เกิดอะไรขึ้นกับตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าในศตวรรษที่ 21

บางครั้งเราสามารถเห็นตัวเก็บประจุที่มีอายุหลายสิบปี (เช่นตัวทำในสหภาพโซเวียต) ยังคงทำงานได้ พวกเขามีขนาดใหญ่และหนักขึ้นแต่ทนทานและไม่ทำให้ผึ่งให้แห้ง ตัวเก็บประจุอลูมิเนียมที่ทันสมัยให้บริการประมาณ 11 ปีถ้าคุณโชคดีจากนั้นกลายเป็นแห้งและล้มเหลวอย่างเงียบ ๆ ฉันจำอุปกรณ์ในช่วงต้นยุค 2000 ที่ตัวเก็บประจุล้มเหลวหลังจากใช้งานได้นาน 3-4 ปีและไม่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ระดับล่าง (ตัวอย่างหนึ่งคือเคเบิลโมเด็ม E-TECH ICE-200 มูลค่า 240 ดอลลาร์สหรัฐในปี 2000) การซ่อมแซมเนื่องจากตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าที่ล้มเหลวกลายเป็นเรื่องธรรมดาสิ่งที่ไม่เคยมีมาก่อนในปี 1980

ความเสื่อมโทรมของปี 1990 เกิดจากการผลิตจำนวนมากในราคาถูกหรือไม่ หรือโดยเทคโนโลยีที่ผ่านการทดสอบไม่ดีที่เกี่ยวข้องกับ miniaturization หรือผู้ผลิตหลายรายไม่สนใจ

ดูเหมือนว่าแนวโน้มจะกลับตัวในขณะนี้และตัวเก็บประจุล่าสุดนั้นดีขึ้นกว่าในปี 1994-2002 ผู้เชี่ยวชาญสามารถยืนยันได้หรือไม่

มีช่วงเวลาหนึ่งที่ตัวเก็บประจุจำนวนมากถูกสร้างขึ้นด้วยอิเล็กโทรไลต์หลบโดยเฉพาะอย่างยิ่งจากผู้ผลิตไต้หวันรายใหญ่บางราย ตัวเก็บประจุดูดีในการทดสอบที่หลากหลายเมื่อใหม่ แต่ก็ไม่ได้อายุเท่ากัน เพราะมันใช้เวลาสองสามปีกว่าที่ตัวเก็บประจุจะล้มเหลวและอัตราความล้มเหลวสูงที่จะกลายเป็นที่รู้จักจำนวนมากของพวกเขาได้รับการผลิตและสร้างในสิ่งต่าง ๆ ก่อนที่ผู้คนจะรู้ว่ามีปัญหา จากนั้นใช้เวลาอีกไม่กี่ปีกว่าจะถึงสิ่งที่จะทำให้ยอดขาย

สาเหตุที่ผู้ผลิตเหล่านี้มีปัญหาอิเล็กโทรไลไม่ชัดเจนอย่างสมบูรณ์ พวกเขาใช้อิเล็กโทรไลต์แบบน้ำที่พัฒนาขึ้นในญี่ปุ่นและใช้งานได้ดีมาก สันนิษฐานว่าผู้ผลิตที่ถูกกว่าพลาดอะไรบางอย่างหรือตัดมุมในขณะที่ทำซ้ำ (หรือฉีกออก) วิจัยญี่ปุ่น

ประเภทของตัวเก็บประจุที่ได้รับผลกระทบคือราคาถูกความจุขนาดใหญ่ตัวเก็บประจุ ESR ต่ำ สิ่งเหล่านี้เป็นสิ่งที่ปรากฏในอุปกรณ์ผู้บริโภคจำนวนมากดังนั้นปัญหาจึงเป็นที่รู้จักในชุมชนที่กว้างขึ้น ยิ่งไปกว่านั้นโหมดความล้มเหลวของตัวเก็บประจุเหล่านี้แตกและระบายออกดังนั้นจึงเป็นเรื่องง่ายสำหรับคนที่ไม่คุ้นเคยกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เพื่อดูว่าองค์ประกอบใดผิดพลาดเมื่อมาเธอร์บอร์ดหยุดทำงาน

Wikipedia มีบทความเกี่ยวกับเรื่องนี้: ตัวเก็บประจุกาฬโรค

จารกรรมอุตสาหกรรมผิดพลาด ตรวจสอบแล้วหลายปีหลังจากข้อเท็จจริง

แม้ว่ามันจะถูกสงสัยตั้งแต่เริ่มต้น (บทความสุภาพของThe Wayback Machineเนื่องจากต้นฉบับหายไปจากเว็บ)

เรื่องราวพื้นฐาน: Guy ออกจาก Rubycon ผู้ผลิตตัวเก็บประจุญี่ปุ่นและไปทำงานกับ บริษัท ในประเทศจีนคัดลอกสูตรอิเล็กโทรไลต์สำหรับตัวเก็บประจุอลูมิเนียมอิเล็กโทรไลต์ประสิทธิภาพสูงร่วมกับเขา

ต่อมาพนักงานชาวจีนของเขาออกจากงานและไปทำงานให้กับผู้ผลิตตัวเก็บประจุในไต้หวัน พวกเขายังได้คัดลอกสูตร Rubycon แต่ทำให้มันบางที่อยู่ระหว่างทาง

ดังนั้นผู้ผลิตในไต้หวันจึงสร้างสิ่งที่เขาคิดว่ามีคุณค่าและคุณภาพสูงซึ่งผลิตโดยใช้สูตรของ Rubycon เขาขายพวกเขาในราคาที่ดี แต่ราคาถูกกว่า Rubycon และรับประกันคุณภาพเดียวกัน

บริษัท จำนวนมากซื้อและติดตั้งตัวพิมพ์ใหญ่เหล่านี้จากนั้นสิ่งต่าง ๆ เริ่มล้มเหลวเป็นจำนวนมาก

ในช่วงยุค 70 การคำนวณ Mil-Std-HDBK217 สำหรับ MTBF นั้นรวมถึงปัจจัยเร่งที่ตรงกันข้ามกับวงจร ESR กระแสน้ำโดยนัยนี้และการเพิ่มขึ้นของความร้อนซึ่งจะติดตามผลของ Arhennius ของการย่อยสลายที่มีการแปล การส่งแก๊สออกเป็นสัญญาณเตือนภัยเบื้องต้นที่มีฝาปิดป่อง

ยังจำได้ว่าการพัฒนา SMPS เพิ่มขึ้นเนื่องจากแรงกดดันด้านต้นทุนวัตถุดิบต้องการต้นทุนที่ต่ำลงและชิ้นส่วน ESR ที่ลดลง นี่หมายถึงการเพิกเฉยต่อโหมดความล้มเหลวตามธรรมชาติของวงจร ESR เพื่อให้ได้ตัวแปลงประสิทธิภาพสูง

ดังนั้นแนวโน้มที่จะเห็นความล้มเหลวของ SMPS เพิ่มขึ้นส่วนหนึ่งเป็นผลมาจากนักออกแบบรายที่ไม่สนใจผลกระทบต่ออายุของ ESR และการระบายความร้อนโดยธรรมชาติเมื่อมีการให้ความร้อนด้วยตนเอง

จริงเทคโนโลยีอิเล็กโทรไลต์ใหม่ได้รับการปรับปรุงเช่นเดียวกับพื้นผิวตัวนำเพื่อลด ESR ในฟอยล์ ค่าใช้จ่ายที่เพิ่มขึ้นในแทนทาลัมจากสถานที่เช่นรัสเซียบังคับให้ บริษัท เปลี่ยนมาใช้อลูมิเนียมอิเล็กโทรไลติก

เราต้องประเมิน MTBF ในแต่ละกรณีถ้าสาเหตุที่แท้จริงคือ:

• การออกแบบที่ไม่ดี
• ส่วนที่ไม่ดี
• กระบวนการที่ไม่ดี (ไม่มีฟลักซ์ที่สะอาดหรือ Aqua clean ที่มีสารตกค้างที่เป็นกรดหรือเข็มความร้อนส่วนเกินในโปรไฟล์การ reflow ฯลฯ )

โมเด็มระดับสูงไม่สามารถตรวจสอบได้หากใช้ชิ้นส่วนที่มีคุณภาพสูงซึ่งมีการตรวจสอบ MTBF ภายในองค์กรและอาจเชื่อถือได้กับผู้จัดจำหน่าย

โดยทั่วไปตัวเก็บประจุ MTBF ที่ดีที่สุดนั้นมาจาก บริษัท ในญี่ปุ่นไต้หวันและจีนซึ่งอยู่ไกลเป็นอันดับ 3 เนื่องจากความน่าเชื่อถือในการตรวจสอบคุณภาพและการตรวจสอบการควบคุมกระบวนการที่จำเป็นสำหรับชิ้นส่วนที่มีอายุการใช้งานยาวนาน การปนเปื้อนของวัสดุเป็นสาเหตุสำคัญในการผลิตฝา

**** การปรับปรุงที่ใหญ่ที่สุดในอลูมิเนียมอิเล็กโทรไลติคคือค่าคงที่ / เวลาในการชาร์จ T = ESR x C ลดลงเป็นแบบเดียวกันหรือดีกว่าแทนทาลัมในระดับ ESR ต่ำในบางกรณี แต่ไม่ใช่ทั้งหมด คุณต้องคำนวณในครั้งถัดไปที่คุณเลือกหมวกที่ต้องการ ESR ต่ำและเปรียบเทียบ 10 ส่วนด้วยค่า 1 @ 10x สำหรับ Cap Cap ขนาดใหญ่ ถ้ามันมีขนาดเล็กมีโอกาสที่คุณได้รับ ESR ต่ำและ SRF ที่สูงขึ้นหรือหากมีแรงดันไฟฟ้าขนาดและครอบครัวเพียงตันคงที่เดียวกันเดียวกัน
อัลตร้าแคป ESR ต่ำ ตอนนี้ <1 ~ 20us ในขณะที่จุดประสงค์ทั่วไปคือ 100us ถึง> 1ms ****

เหตุผลหลักคือ:

• กาฬโรคตัวเก็บประจุของปี 1999-2002 - ความพยายามที่จะสร้างสูตรของอิเล็กโทรไลต์ของ Rubycon ที่ขโมยมาซึ่งไม่ดี
• มิฉะนั้นการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของอิเล็กโทรไล; H ₂ O มากขึ้น(มีประโยชน์ในการลด ESR ที่ต่ำกว่า) ทำให้กัดกร่อนได้มากกว่า
• การเพิ่มประสิทธิภาพค่าใช้จ่ายเนื่องจากการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จำนวนมากขึ้น
• ข้อผิดพลาดในการออกแบบกระบวนการหรือวัสดุคุณภาพต่ำ การควบคุมคุณภาพไม่ดี

เหตุผลหนึ่งอาจเกี่ยวข้องกับวงจรรอบตัวเก็บประจุไม่ใช่ตัวเก็บประจุ จนกระทั่ง (ประมาณ) 2523 อุปกรณ์ไฟฟ้าส่วนใหญ่ทำงานที่ความถี่ไฟ (50 หรือ 60 เฮิร์ตซ์เฮิร์ตซ์) ใช้ตัวเก็บประจุกรองขนาดใหญ่หลังจากไดโอดบริดจ์ ส่วนประกอบ AC มีปัญหาไม่มากนักที่เกิดจากกระแส RMS ภายในตัวเก็บประจุและ ESR ที่ต่ำมาก (ไม่มาก) ก็เป็นเรื่องที่น่ากังวลเพราะถึงแม้จะมีความต้านทานภายในสูง แต่ตัวเก็บประจุก็จะไม่ร้อนเพียงอย่างเดียว

ต่อมาอุปกรณ์จ่ายไฟแบบสวิตช์ (และตัวควบคุมหลังรวมถึงตัวแปลงจุดลงโหลด) ได้รับความนิยมมากขึ้นเรื่อย ๆ และทำให้กระแส RMS มีขนาดใหญ่กว่าบนตัวเก็บประจุที่ใช้ ดังนั้นตัวเลือกที่ถูกต้องของตัวเก็บประจุจึงมีความสำคัญมากขึ้นเรื่อย ๆ และการตัดสินใจออกแบบที่ไม่ฉลาดจึงมีความสำคัญมากขึ้น ยิ่งไปกว่านั้นเมื่อใช้ miniaturization ส่วนประกอบอื่น ๆ ก็จะมีจำนวนน้อยลงทำให้การระบายความร้อนมีความสำคัญยิ่งขึ้น ยิ่งคุณสร้างอุปกรณ์ให้เล็กลงเท่าไหร่การแยกส่วนประกอบร้อนออกจากตัวเก็บประจุที่ไวต่อความร้อนก็จะยิ่งยากขึ้น ตัวเก็บประจุขนาดเล็ก (เส้นผ่าศูนย์กลาง 5 มม.) 10 µF / 16 V ตัวเก็บประจุที่ 2000 h / 105 ° C ถัดจากฮีตซิงก์ขนาดใหญ่? ความคิดที่ไม่ดี ตัวเก็บประจุขนาดใหญ่ (เส้นผ่าศูนย์กลาง 25 มม.) 47 µF / 400 V ตัวเก็บประจุที่ 5000 h / 105 ° C อยู่ในที่เย็นของแหล่งจ่ายไฟสลับของคุณ? อาจไม่เคยเป็นปัญหาที่สังเกตได้

นอกจากนี้ในขณะที่วงจรอาจมีความต้องการมากกว่าสิ่งที่ก้าวหน้าในเทคโนโลยีตัวเก็บประจุสามารถติดตาม ผู้ออกแบบอาจไม่ได้ตระหนักถึงความสำคัญของการจัดอันดับI _RMSและการทำความร้อนภายใน เพิ่มแรงดันคงที่เพื่อบันทึกเพนนีบนส่วนประกอบใด ๆ พิจารณาข้อเท็จจริงที่ว่าตัวเก็บประจุมีแนวโน้มที่จะเป็นส่วนประกอบที่มีราคาแพงกว่าของคุณสรุปได้ว่าสิ่งนี้ทำให้แคปเป็นพื้นที่โฟกัสเมื่อมันมาถึงการนับเงิน

ดังนั้นเพื่อความเป็นธรรมไม่เพียง แต่ตัวแคปเท่านั้น แต่ยังเป็นการออกแบบโดยรวมและแอปพลิเคชันของตัวพิมพ์ใหญ่ในวงจรที่มีความต้องการมากขึ้นเรื่อย ๆ

ที่ถูกกล่าวว่าฉันได้ใช้อุปกรณ์บางอย่างอย่างมีความสุขกับแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตช์เชิงพาณิชย์เป็นเวลาหลายปีโดยไม่มีปัญหาและฉันได้เปลี่ยนตัวเก็บประจุจำนวนพอสมควร (เช่นจากช่วงปลายยุค 70 เป็นต้นมา) ในสิ่งต่าง ๆ เช่นรอกคุณภาพสูง เครื่องบันทึกเทปม้วนหรืออุปกรณ์ทดสอบและตรวจวัด)

จากนั้นตัวเก็บประจุเซรามิกกำลังไล่ตาม ก่อนประมาณปี 2005, 22 µF ที่ 25 V ในแพคเกจ 1206 SMD เป็นเรื่องแปลก วันนี้คุณสามารถใช้พวกเขาแทนแคปอิเล็กโทรไลติคหรือแทนทาลัมชนิดและไม่ต้องใช้เงินมากขึ้น สิ่งนี้ทำให้เป็นไปได้ในการตัดสินใจออกแบบโดยรวมที่ดีมาก: หลีกเลี่ยงตัวแทนทาลัมแคป (เพราะพวกมันไวต่อกระแสไฟฟ้าหรือแรงดันไฟฟ้าหรือแม้แต่ตัวเล็กมาก ๆ ) ให้ใช้อิเล็กโตรไลติกแคปเฉพาะในกรณีที่คุณต้องการความจุมาก กระป๋องซึ่งโดยทั่วไปจะมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าใช้ฝาเซรามิคที่ดีสำหรับทุกสิ่ง

ตัวเก็บประจุแตกต่างกันอย่างมากในโหมดความล้มเหลวเนื่องจากอายุและเป็นจริงที่ไม่จริงว่าการออกแบบที่เก่ากว่าดีกว่าเสมอ

ผู้ที่ซ่อมแซมอุปกรณ์โบราณมักจะแทนที่ตัวเก็บประจุบางตัวโดยไม่ต้องทำการทดสอบและตรวจสอบให้แน่ใจว่าพวกเขาทำการทดสอบผู้อื่นเพื่อให้แน่ใจ

ตัวอย่างเช่นรูปสี่เหลี่ยมขี้ผึ้งเก่าเป็นหลุมฝังกลบพิษสวยมากเมื่อคุณเปิดเครื่องขยายเสียงเก่า พวกเขาจะมีอายุมากจากสเป็ค ไม่ต้องพูดถึงอุปกรณ์เดียวกันนี้สันนิษฐานว่าคุณภาพแรงดันไฟฟ้าหลักบางอย่างเปลี่ยนไปในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมาซึ่งจะผลักดันพลังงานหรือสัญญาณแรงดันสูง

แต่อย่างที่คนอื่น ๆ ชี้ไปมันเป็นสิ่งที่ซับซ้อน วัสดุการผลิตและการตลาดมีการเปลี่ยนแปลงมากมายซึ่งส่งผลกระทบต่ออุตสาหกรรมอย่างกว้างขวาง โดยทั่วไปแล้วตัวเก็บประจุที่ทันสมัยในราคาที่กำหนดต่อพันต่อล็อตนั้นดีกว่าอุปกรณ์ตัวเดียวกันในอดีต

สิ่งเดียวที่ฉันอ้างถึงสำหรับเรื่องนี้คือช่อง YouTube เช่น Mr. Carlson's Lab ดังที่เห็นในแถบด้านข้าง SE.EE!