Was ist mit Elektrolytkondensatoren im 21. Jahrhundert passiert?

Wir können manchmal jahrzehntealte Kondensatoren (wie sie in der UdSSR hergestellt wurden) sehen, die noch funktionieren. Sie sind größer und schwerer , aber langlebig und nicht austrocknend. Moderne Aluminiumkondensatoren haben eine Lebensdauer von ca. 11 Jahren. Wenn Sie Glück haben, werden Sie trocken und versagen leise. Ich erinnere mich an Geräte aus den frühen 2000er Jahren, bei denen Kondensatoren nach 3 bis 4 Betriebsjahren ausgefallen sind, und nicht unbedingt an Low-End-Geräte (ein Beispiel ist das E-TECH ICE-200-Kabelmodem im Wert von 240 USD im Jahr 2000). Eine Reparatur aufgrund ausgefallener Elektrolytkondensatoren war für die 1980er Jahre eine Selbstverständlichkeit.

Wurde diese Verschlechterung der neunziger Jahre durch billige Massenproduktion verursacht? Oder durch schlecht getestete Technologien im Zusammenhang mit der Miniaturisierung? Oder war es vielen Herstellern einfach egal?

Es scheint, dass sich der Trend inzwischen umgekehrt hat und die jüngsten Kondensatoren etwas besser sind als die von 1994–2002. Können Experten das bestätigen?

Es gab eine Zeitspanne, in der viele Kondensatoren mit einem zwielichtigen Elektrolyten hergestellt wurden, insbesondere von einigen großen taiwanesischen Herstellern. Die Kondensatoren sahen in einer Vielzahl von Tests im Neuzustand in Ordnung aus, altern jedoch nicht gut. Da es einige Jahre dauerte, bis die Kondensatoren ausfielen und die hohe Ausfallrate bekannt wurde, wurden sehr viele davon hergestellt und eingebaut, bevor die Leute realisierten, dass es ein Problem gab. Es dauerte dann noch ein paar Jahre, bis die Dinge den Verkehr verlassen hatten.

Warum genau diese Hersteller Elektrolytprobleme hatten, ist nicht ganz klar. Sie verwendeten neue Elektrolyte auf Wasserbasis, die in Japan entwickelt worden waren und sehr gut funktionierten. Vermutlich hatten die billigeren Hersteller bei der Reproduktion (oder Abzocke) der japanischen Forschung etwas verpasst oder Abstriche gemacht.

Die Art des betroffenen Kondensators waren billige Kondensatoren mit großer Kapazität und niedrigem ESR. Diese Art von Dingen taucht in einer großen Anzahl von Endgeräten auf, sodass das Problem in der breiteren Community bekannt wurde. Außerdem war der Fehlermodus dieser Kondensatoren ein Bruch und eine Entlüftung, sodass selbst Personen, die nicht mit Elektronik vertraut waren, leicht erkennen konnten, welche Komponente fehlerhaft war, als ihr Motherboard nicht mehr funktionierte.

Wikipedia hat einen Artikel darüber: Kondensatorpest

Wirtschaftsspionage schief gelaufen. Viele Jahre nach der Tat verifiziert.

Obwohl es von Anfang an vermutet wurde. (Artikel mit freundlicher Genehmigung von The Wayback Machine , da das Original aus dem Internet entfernt wurde.)

Grundlegende Geschichte: Guy verlässt den japanischen Kondensatorhersteller Rubycon und arbeitet für ein Unternehmen in China. Er nimmt eine Kopie der Elektrolytformel für Hochleistungs-Aluminium-Elektrolytkondensatoren mit.

Später verlässt ein Teil seiner chinesischen Belegschaft das Unternehmen und arbeitet für einen Kondensatorhersteller in Taiwan. Sie nahmen auch eine Kopie der Rubycon-Formel mit, zerstörten sie aber irgendwo auf dem Weg.

Der taiwanesische Hersteller stellt wertvolle, hochwertige Kappen her, die nach der Rubycon-Formel hergestellt werden. Er verkauft sie zu einem guten Preis, aber billiger als Rubycon und verspricht die gleiche Qualität.

Unmengen von Unternehmen kaufen und installieren diese Kappen, dann scheitern die Dinge in Scharen.

In den 70er Jahren enthielten die Berechnungen nach Mil-Std-HDBK217 für MTBF einen Beschleunigungsfaktor, der zur Schaltung ESR invers ist. Dies implizierte Stoßströme und einen thermischen Anstieg, die wiederum den Arhennius-Effekten eines lokalisierten Abbaus folgen. Ausgasung ist eine vorrangige Frühwarnung bei ausgebauchtem Deckel.

Erinnern wir uns auch, dass die SMPS-Entwicklung zunahm, da der Materialkostendruck niedrigere Kosten und niedrigere ESR-Teile erforderte. Dies impliziert das Ignorieren der natürlichen Fehlermodi der Schaltung ESR, um hocheffiziente Wandler zu erhalten.

Der Trend zu mehr SMPS-Cap-Ausfällen ist zum Teil darauf zurückzuführen, dass die Entwickler die Alterungseffekte auf die ESR und das damit verbundene thermische Durchgehen ignorieren, wenn die Selbsterwärmung folgt.

Die Elektrolyse neuer Technologien hat sich zwar verbessert, aber auch die Oberflächenbeschaffenheit der Leiter wurde verbessert, um den ESR in der Folie zu senken. Steigende Kosten für Tantal aus Ländern wie Russland zwangen die Unternehmen, auf Aluminium-Elektrolyse umzusteigen.

man muss MTBF von Fall zu Fall bewerten, wenn die Grundursache war:

• schlechtes design,
• schlechte teile,
• Schlechter Prozess (kein sauberes oder aquareines Flussmittel mit sauren Rückständen oder übermäßige Wärmespitzen im Reflow-Profil usw.).

Ein High-End-Modem kann nicht validieren, ob es qualitativ hochwertige, qualifizierte Teile mit interner MTBF-Überprüfung verwendet und möglicherweise nur dem Lieferanten vertraut hat.

Im Allgemeinen kommt der beste Kondensator MTBF von Unternehmen in Japan, Taiwan und China, die aufgrund der für langlebige Teile erforderlichen QS-Zuverlässigkeit und Prozesskontrollprüfungs-Sorgfalt einen fernen 3. Platz belegen. Materialverunreinigungen sind eine Hauptursache bei der Herstellung von Kappen.

**** Die größte Verbesserung bei Aluminiumelektrolyten ist, dass die Lade- / Entladezeitkonstante T = ESR x C in einigen, aber nicht allen Fällen auf dasselbe oder besser als Tantal mit niedrigem ESR-Gehalt gesunken ist. Sie müssen dies berechnen, wenn Sie das nächste Mal eine Kappe mit niedrigem ESR auswählen und 10 Teile mit dem 1 @ 10-fachen Wert für eine große Brückenkappe vergleichen. Wenn es kleiner ist, besteht die Möglichkeit, dass Sie einen niedrigeren ESR und einen höheren SRF erhalten oder wenn Sie in der gleichen Spannung und Familie die gleiche Konstante T haben.
Ultra low ESR Caps. sind jetzt <1 ~ 20 us, während der allgemeine Zweck 100 us bis> 1 ms ist. ****

Hauptgründe waren:

• Die Kondensatorpest von 1999–2002 - ein Versuch, die gestohlene Elektrolytformel von Rubycon Inc. zu reproduzieren, die sich verschlechtert hat.
• Sonst wechselnde Elektrolytzusammensetzung; mehr H ₂ O (nützlich, um einen niedrigeren ESR zu erhalten) macht es korrosiver.
• Kostenoptimierung durch zunehmende Serienfertigung von Elektronik.
• Fehler in Design, Verarbeitung oder minderwertigen Materialien; schlechte Qualitätskontrolle.

Ein Grund kann die Schaltung um die Kondensatoren herum sein, nicht die Kondensatoren selbst. Bis (circa) 1980 wurden die meisten Stromversorgungen mit Netzfrequenz (50 oder 60 Hz) betrieben, wobei ein großer Filterkondensator nach der Diodenbrücke und ein linearer Nachregler mit einigen weiteren Kondensatoren, meistens Gleichstrom, nur mit einer Mall verwendet wurden Wechselstromkomponente. Keine großen Probleme durch den Effektivstrom in den Kondensatoren, und der (sehr) niedrige ESR war kein großes Problem, da sich Kondensatoren selbst bei einem hohen Innenwiderstand nicht sehr stark erwärmen würden.

Später wurden Schaltnetzteile (und Nachregler, einschließlich Abwärtswandler) immer beliebter, und die von ihnen verwendeten Kondensatoren erhielten einen viel größeren Effektivstrom. Daher wurde die richtige Auswahl der Kondensatoren immer wichtiger, und unkluge Designentscheidungen spielten eine größere Rolle. Durch die Miniaturisierung gelangen mehr Komponenten in kleinere Gehäuse, wodurch die Wärmeabfuhr kritischer wird. Je kleiner Sie Ihr Gerät bauen, desto schwieriger wird es, heiße Komponenten von wärmeempfindlichen Kondensatoren zu trennen. Ein kleiner Kondensator (5 mm Durchmesser) mit 10 µF / 16 V Nennleistung bei 2000 h / 105 ° C neben einem großen Kühlkörper? Schlechte Idee. Ein großer (25 mm Durchmesser) 47 µF / 400 V Kondensator mit einer Nennleistung von 5000 h / 105 ° C befindet sich an einem kühlen Ort Ihres Schaltnetzteils? Könnte niemals zu einem merklichen Problem werden.

Außerdem könnten Schaltungen für eine Weile mehr verlangt haben, als die Fortschritte in der Kondensatortechnologie mithalten könnten. Die Konstrukteure waren sich möglicherweise der Bedeutung der I _RMS- Werte und der internen Erwärmung nicht bewusst . Nehmen Sie den ständigen Druck auf, bei jeder Komponente ein paar Cent zu sparen, und ziehen Sie die Tatsache in Betracht, dass Kondensatoren in der Regel Ihre teureren Komponenten sind.

Um fair zu sein, es sind nicht nur die Kappen, sondern auch das Gesamtdesign und die Anwendung der Kappen in immer anspruchsvolleren Rennstrecken.

Trotzdem habe ich einige Geräte mit handelsüblichen Schaltnetzteilen jahrelang problemlos eingesetzt und auch eine ganze Reihe von Kondensatoren (Ende der 70er Jahre, zum Beispiel in Sachen hochqualitativer Reel-to-To-Power) ausgetauscht. Tonbandgeräte oder Prüf- und Messgeräte).

Dann holen Keramikkondensatoren auf. Vor circa 2005 waren 22 µF bei 25 V in einem 1206 SMD-Gehäuse ungewöhnlich. Heute können Sie sie anstelle von Elektrolytkappen oder Tantaltypen verwenden und geben nicht einmal mehr Geld aus. Dies macht es möglich, insgesamt sehr gute Designentscheidungen zu treffen: Vermeiden Sie Tantalkappen (da diese sehr empfindlich gegen Strom- oder Spannungsspitzen sind, auch sehr kleine). Verwenden Sie electorlytische Kappen nur, wenn Sie viel Kapazität benötigen und wenn Sie in der Lage sind, große zu wählen Dosen, die normalerweise eine viel längere Lebensdauer haben. Nehmen Sie für alles andere gute Keramikkappen mit.

Kondensatoren variieren in den Fehlermodi aufgrund der Alterung stark, und es ist tatsächlich unwahr, dass ältere Designs immer besser waren.

Leute, die alte Geräte reparieren, ersetzen fast immer bestimmte Kondensatoren, ohne sie zu testen, und stellen sicher, dass sie andere testen, nur um sicherzugehen.

Zum Beispiel sind die alten Wachsrechtecke eine ziemlich giftige Mülldeponie, wenn Sie einen alten Verstärker aufbrechen. Sie werden gut aus der Spezifikation gealtert sein. Ganz zu schweigen von der Annahme, dass sich die Qualität der Netzspannung im Laufe der Jahrzehnte geändert hat. Dies führt dazu, dass Ihr Strom- oder Hochspannungssignal oder die Entkopplungskappen auch im Neuzustand weit über die Nennspezifikationen hinausgehen.

Aber wie andere darauf hingewiesen haben, ist es eine komplizierte Sache. Materialien, Fertigung und Märkte haben sich stark verändert, was sich branchenweit ausgewirkt hat. Im Allgemeinen sind moderne Kondensatoren jedoch zu einem bestimmten Preis pro Tausender viel besser als die gleichen Geräte aus der Vergangenheit.

Meine einzigen Referenzen sind YouTube-Kanäle wie Mr. Carlson's Lab, wie in der SE.EE-Seitenleiste zu sehen!