Hallo zusammen,
ich habe eine Frage zu Elektrolytkondensatoren.
Ich habe hier eine Schaltung die Kondenatoren auf Grund von
Rippleströmen ziemlich warm bzw. heiß werden lässt.
Wie genau läuft das Ableben eines SMD-Kondensators auf Grund von
Übertemperatur ab? Es geht um diesen hier:
(http://de.farnell.com/panasonic/eeefth101xap/kondensator-smd-50v-100uf/dp/1868426).
Übertemperatur bedeutet kurzzeitig 130°C.
Verliert das Bauteil langsam an Kapazität, oder bläht es sich auf und
platzt (wäre schlecht).
Vielen Dank für eure Erfahrungen.
Jedi
Oder soll das eine Sollsterben der Schaltung werden, um Kunden zu ärgern
und Reparaturkosten zu provozieren?
Ist doch ziemlich wurscht wie die Cs sterben. Wenn die 130Grad heiß
werden, so ist die ganze Chose falsch dimensioniert.
Such mal nach Low ESR Kondensatoren, durch den geringeren
Innenwiderstand werden die bei hohen Rippleströmen nicht so warm, das
steigert die Lebensdauer. Vergleich mal angegebenen Innenwiderstand
(ESW) mit dem von anderen Kondensatoren. Bei zu hoher
Temperaturbelastung kann der Elko platzen.
Zum Beispiel:
http://de.farnell.com/epcos/b41142a4107m/kondensator-elko-smd-16v-100uf/dp/1735328
Hat nur die hälfte Innenwiderstand
Jedi82 schrieb:> wäre schlecht
:-D
Wie schlecht denn? ;-) Will sagen: Wenn davon irgendetwas wichtiges
abhängt, würde ich mich nicht auf den seidenen Faden verlassen, der in
der Hoffnung besteht, dass das Teil beim nächsten mal tatsächlich wieder
nur Kapazität verliert, und nicht aus irgendwelchen Gründen
(Fertigungstoleranz, Art des erwärmenden Signals, Alter, etc..) doch
platzt.
Dass Elkos schon mal unschöne Dinge tun, wenn sie überlastet werden, ist
wohl hinreichend bekannt.
Ich habe schon viele alte PC-Netzteile von innen gesehen, und meistens
waren einige Elkos aufgebläht und einige hatten Elektrolyt verloren. Am
Komponententester meines HM203-4 sehen solche Elkos komplett anders aus,
als gleichwertige neue. Sie verlieren viel Kapazität. Auch die, an denen
äußerlich nichts zu erkennen ist, haben oft nur noch einen Bruchteil der
aufgedrucken Kapazität.
Diese Elkos wurden aber innerhalb ihrer Spezifikationen betrieben und
sind nur gealtert, bis das Netzteil irgendwann seinen Geist aufgegeben
hat.
Was Du vor hast, würde ich nur draußen mit Schutzbrille machen.
Also, der letze Elko, den ich falsch herrum eingelötet und dadurch mit
-12V beaufschlagt hatte, verteilte sich explosionsartig im gesammten
raum. der knall war etwas lauter als eine knallerbse ;-)
Michael H. schrieb:> Such mal nach Low ESR Kondensatoren
Ist bereits einer.
Michael H. schrieb:> Zum Beispiel:>> http://de.farnell.com/epcos/b41142a4107m/kondensat...>> Hat nur die hälfte Innenwiderstand
Häh?
PANASONIC - EEEFTH101XAP 50V 100µF 0,34 Ohm ESR
EPCOS - B41142A4107M 16V 100µF 0,26 Ohm ESR
sind bei mir nur 25% kleinerer Innenwiderstand.
Du solltest Elkos auf keinen Fall überlasten.
Die meisten aktuellen Elkos haben einen Elektrolyten auf Wasserbasis,
das Waaser verdampft bie Überlastung und sprengt dir den Elko.
Bei normaler Alterung verlieren Elkos Kapazität und der ESR steigt an.
Dadurch steigt die am Elko umgesetzte Verlustleistung an.
Übrigens:
SMD-Elkos sind nicht für Belastung mit hohen Rippleströmen gemacht.
Sieht man, wenn man genau hinsieht, an den Datenblattangaben.
Es wird fast immer bei SMD-Elkos die Lebensdauer bei angelegter
Nennspannung ohne Strombelastung angegeben. Wenn der Elko dann mit
max. zulässigem Strom beaufschlagt wird, halbiert sich dieser Wert.
Bei THT-Elkos wird dagegen immer die Lebendauer bei angelegter Spannung
und maximal zulässiger Strombelastung angegeben.
Bei uns sind SMD-Elkos aus diesem Grund schon nicht mehr im Einsatz.
Gregor B. schrieb:> SMD-Elkos sind nicht für Belastung mit hohen Rippleströmen gemacht.
Wo ist da der technische Zusammenhang? "Normale" Elkos und SMD-Elkos
sind jeweils Alubecherchen, in denen 2 Folien mit feuchtem Papier
dazwischen an Beinchen befestigt und umeinander gewickelt sind. Diese
Beinchen gehen durch einen Gummiboden nach außen. Bei SMD-Elkos sind die
Beinchen außen plattgekloppt, kurz, und nach außen gebogen. Außerdem
sitzt das ganze in einem kleinen Plastikkörbchen.
Die mir bekannten Artikel und Datenblätter machen die Qualität eines
Elkos am verwendeten Elektrolyt, den Folien, dem Aufwand beim Aging und
der Qualität der Dichtung aus.
Über den Einfluss der Form der Beinchen auf die Lebensdauer habe ich
noch nichts gefunden.
Jedi: Mach' doch mal Nägel mit Köpfen und sag' und was über die
Betriebsbedingungen (Spannung, Ripplestrom, Umgebungstemperaturbereich
und ggf. festgestellte Temperaturüberhöhung). Schön wären auch ein paar
Worte zum Einsatz (Schaltregler Ein- oder Ausgang, Daten desselben)...
Dann könnte man sinnvolle Tipps geben.
Es geht um den Zwischenkreis an einem Wechselrichter mit 42V DC.
Bei einem DC-Strom von 20A bleiben die Kondensatoren noch angenehme 60°C
kühl. Bei 25-30A erreiche ich lockere 90°C, und bei 45A geht mir die
Temperatur auf 130°C.
Ich könnte die Umladung der Gates etwas langsamer machen (derzeit
200ns), aber dadurch würde ich wieder Verluste an den MOSFETs bekommen
(die bleiben übrigens dauerhaft unterhalb von 60°C bei 45A.
Umgebungstemperatur ca. 30° stehende Luft.
Danke und Gruß!
Ich will die nicht kühlen, ich will wissen wie lange sie leben können
unter diesen stressigen Bedingungen und ich will wissen wie sich die
Kondensatoren über Lebenszeit verhalten.
Wie verändert sich:
ESR
Leckstrom
Kapazität
Mechanik (Platzen, Ausbeulen, oder keine Veränderung)
Danke!
Jedi82 schrieb:> Wie verändert sich:> ESR> Leckstrom> Kapazität> Mechanik (Platzen, Ausbeulen, oder keine Veränderung)
Da gibt es keinen Fahrplan und auf keinen Fall linear. Mit anderen
Worten - es macht plötzlich Bummm.
Jedi82 schrieb:> Bei einem DC-Strom von 20A bleiben die Kondensatoren noch angenehme 60°C> kühl. Bei 25-30A erreiche ich lockere 90°C, und bei 45A geht mir die> Temperatur auf 130°C.
Verdopple oder verdreifache die Anzahl der Elkos. Denn im Moment
scheinen es zu wenige zu sein.
Bei 130°C wird dir kein Hersteller irgendeine Aussage für 105° Typen
machen. Heißt für dich im Klartext: Die überleben vermutlich keine
100Stunden oder entlüften sich schon früher. Mit 125° Typen könntest du
mehr Glück haben, aber wie scon oben gesagt: EIn Elko der sich bei 30°C
Umgebung auf 130° aufheizt ist heillos überlastet. Im Normalfall lässt
man bei 105° Typen bei der angegebenen Temperatur noch eine
Kernerwärmung von 5 maximal 10° aufgrund Eigenerwärmung zu. Bei 30°
Umgebung vielleicht das doppelte oder dreifache.
zu deinen Fragen:
Wie verändert sich:
ESR -> steigt
Leckstrom -> steigt
Kapazität -> sinkt
Mechanik (Platzen, Ausbeulen, oder keine Veränderung) -> all das
Wenn du es genau wissen willst: dazu gibts von jedem halbwegs seriösen
Hersteller tausende App-Notes, aber wirklich voraussagen wird es dir
KEINER können, weil das KEINER mit solchen Kondensatoren macht
Nimm halt grössere Kondensatoren, eventuell auch Folienkondensatoren in
THT-Technik. Macht deinen Wechselrichter zwar grösser, aber dafür hält
er und der Kunde ist vermutlich glücklicher.
Danke! Sowas ist hilfreich.
Autor: hgd (Gast)
Datum: 06.03.2012 23:12
Bei 130°C wird dir kein Hersteller irgendeine Aussage für 105° Typen
machen. Heißt für dich im Klartext: Die überleben vermutlich keine
100Stunden oder entlüften sich schon früher. Mit 125° Typen könntest du
mehr Glück haben, aber wie scon oben gesagt: EIn Elko der sich bei 30°C
Umgebung auf 130° aufheizt ist heillos überlastet. Im Normalfall lässt
man bei 105° Typen bei der angegebenen Temperatur noch eine
Kernerwärmung von 5 maximal 10° aufgrund Eigenerwärmung zu. Bei 30°
Umgebung vielleicht das doppelte oder dreifache.
Re: Wenn Kondensatoren den Hitzetot sterben.
Autor: hgd (Gast)
Datum: 06.03.2012 23:17
zu deinen Fragen:
Wie verändert sich:
ESR -> steigt
Leckstrom -> steigt
Kapazität -> sinkt
Mechanik (Platzen, Ausbeulen, oder keine Veränderung) -> all das
Wenn du es genau wissen willst: dazu gibts von jedem halbwegs seriösen
Hersteller tausende App-Notes, aber wirklich voraussagen wird es dir
KEINER können, weil das KEINER mit solchen Kondensatoren macht
Gregor B. schrieb:> Häh?> PANASONIC - EEEFTH101XAP 50V 100µF 0,34 Ohm ESR> EPCOS - B41142A4107M 16V 100µF 0,26 Ohm ESR> sind bei mir nur 25% kleinerer Innenwiderstand.
Wer lesen und rechnen kann ist im Vorteil. Der in meinem Link hat die
folgenden Daten:
Widerstand, ESW: 0.16ohm, und 0,16 ist nun mal etwas weniger als die
Hälfte von 0,34.
Um die üblen Spitzen von den Elkos fernzuhalten, wäre es eine Überlegung
wert, parallel zu ihnen einige kleinere Kerkos zu schalten. Allerdings
musst du trotzdem die Temperatur in den Griff kriegen, die macht auf
Dauer auch anderen Bauteilen zu schaffen und deinem Platinenmaterial.
Ich hab im Moment 2 x 10µF Kerkos parallel, aber von denen könnte ich
noch einige platzieren. Von den 100µF Kondensatoren habe ich im Moment 8
Stk. montiert, bekomme aber leider keinen mehr zusätzlich drauf.
Kerkos parallel ist so eine Sache: Die High-Cap-Kerkos sehen zwar
totschick aus mit ihren 'riesigen' Kapazitaeten, bei Nennspannung geht
die Kapazitaet aber dramatisch zurueck - steht im Datenblatt.
Hallo Jedi82
Wie wärs mit dem hier?
EEEFP1H221AP von PANASONIC, 220µF, 50V, 120mOhm
Lebensdauer 2000 Stunden bei 105°C.
Nach meinem Verständnis sind ESR und maximaler Ripple Current
bauartbedingt und hängen hauptsächlich von der Größe des Elkos ab.
Pv = Iripple^2 * ESR erzeugt die Wärme und der Wärmewiderstand des
Gehäuses bestimmt die Temperaturüberhöhung. Es gehen möglicherweise auch
mehr als 105°C, dann aber noch kürzere Lebensdauer. Die Kapazität hat
hier praktisch keinen Einfluss. Es gibt aber auch Elkos für 150°C max.
Betriebstemperatur.
Wie die einzelne Bauart reagiert, wann er abbläst oder explodiert, weiß
nur der Hersteller. Das müsste man dann ausprobieren. Beim Überschreiten
der maximalen Spannung bzw. Verpolen findet vermutlich eine Elektrolyse
statt mit starker Gasentwicklung.
Gruß, Bernd
Jedi82 schrieb:> Ich hab im Moment 2 x 10µF Kerkos parallel, aber von denen könnte ich> noch einige platzieren.
Ich dachte eher an 100n oder ähnlich kleine Werte. Die sind auch nicht
so gross, vllt. kannst du da ein paar von unterbringen. Ich habe das in
einigen 700 Watt ATX Netzteilen von der Stange nachgerüstet, weil diese
in einem Spezialprojekt verbaut sind und nicht eben mal so getauscht
werden können. Und was soll ich sagen? Läuft seit 7 Jahren ohne Probleme
:-)
Da hatte ich reichlich 100n SMDs von unten gegen die Platine geklatscht.
Jedi82 schrieb:> Ich benötige aber 50V DC :)
Da rate ich dir dringend zu 63 Volt Typen.
Abgesehen davon, dass ich 50V-Kondensatoren fuer zu knapp bemessen
halte:
Ein 10uF-50V-Kerko in 1206 von Murata hat bei 42V ~10% seiner Kapazitaet
- also 1uF. 2 Stueck ergeben 2uF - neben den 800uF der Elkos faellt das
kaum ins Gewicht, schaetze ich (vl mal simulieren?). Von 100n ganz zu
schweigen...
David ... schrieb:> in 10uF-50V-Kerko in 1206 von Murata hat bei 42V ~10% seiner Kapazitaet> - also 1uF
Das ist ja interessant. Hab ich so noch nicht beachtet. Bisher habe ich
mit den 42V bei 50V Nennspannung keine Probleme. Hab allerdings auch
keine 20 Wechselrichter parallel Test auf Lebenszeit.
Ich werd dem Problem mal mit 1µF Folienkondensatoren begegen um zu sehen
ob hier die Spannungsspitzen das Problem sind...
Jedi82 schrieb:> David ... schrieb:>> in 10uF-50V-Kerko in 1206 von Murata hat bei 42V ~10% seiner Kapazitaet>> - also 1uF>> Das ist ja interessant. Hab ich so noch nicht beachtet. Bisher habe ich> mit den 42V bei 50V Nennspannung keine Probleme. Hab allerdings auch> keine 20 Wechselrichter parallel Test auf Lebenszeit.>> Ich werd dem Problem mal mit 1µF Folienkondensatoren begegen um zu sehen> ob hier die Spannungsspitzen das Problem sind...
Hae? Es geht nicht um die Spannung, es geht darum, dass ein solcher
Kerko nur ein Zehntel seiner Kapazitaet hat... Und warum weisst du das
nicht, liest du nicht die Datenblaetter der Bauteile, die du verbaust?
David ... schrieb:> liest du nicht die Datenblaetter
wobei Datenblätter auch manche Werte optimistischer darstellen
könnten...
Übrigens fliegen überlastetete Elkos manchmal unerwartet weit. Etwas
robustes Plexiglas als Schutz ist der menschlichen Gesundheit
förderlich! Überhaupt sollte man schon bei der Konstruktion die Flugbahn
nicht in kritische Bereiche lenken. Alu-Konfetti könnte auch Leiterzüge
überbrücken und unbemerkt die galvanische Trennung aufheben...
mhh schrieb:> ... und> Strom, Brumm-, AC-: 1229mA>> Eher sowas>> http://de.farnell.com/panasonic/eeufr1j821/kondens...>> in ausreichernder Stückzahl.
ja, solche Kondensatoren funktionieren bereits mit der Schaltung. Mein
Ziel ist aber Bauhöhe max. 8mm. d.h. ich muss mit vielen flachen
kondensatoren klar kommen. groß kann jeder ;)
ja nur wenn man die 8mm flach auf die platine legt braucht man enorm
viel platz und hat die lange drahtbeine als induktivität... für einen
zwischenkreis müssten die schon direkt auf der platine stehen, aber dann
wäre die bauhöhe mit 20mm wieder zu hoch.
Jedi82 schrieb:> Mein> Ziel ist aber Bauhöhe max. 8mm. d.h. ich muss mit vielen flachen> kondensatoren klar kommen. groß kann jeder ;)
Das klingt aber nach einem Entwurfsproblem. Nicht umsonst sind starke
Netzteile auch räumlich gross. Bei 8mm Bauhöhe und gedrängtem Aufbau
sind thermische Probleme vorprogrammiert. Die Elkos müssen ein wenig
Luft um sich haben. Denke dran: ein 105°C Typ hat bei 105°C gerade mal
2000 Stunden garantierte Lebensdauer. Das sind 3 Monate Dauerbetrieb,
dann ist Feierabend.
>Luft um sich haben. Denke dran: ein 105°C Typ hat bei 105°C gerade mal>2000 Stunden garantierte Lebensdauer. Das sind 3 Monate Dauerbetrieb,
Ja - im Mittel ist es garantiert. Einzelne Examplare können schon viel
früher puff machen ...
Naja, wenn der Platz so vorgegeben ist und der Strom nicht verringert
werden kann, kann man vielleicht an anderer Stelle was drehen. Wie wird
die Schaltung gespeist, kann man da tricksen? Dreiphasen-Versorgung,
Sechspulsgleichrichter?
in Kombination mit dem flachen Gehäuese besteht die Möglichkeit die
Kondensatoren über den Gehäusedeckel direkt zu Kühlen. Wird mechanisch
anspruchsvoll, aber sollte machbar sein.
Was noch helfen könnte, wäre ein sehr flacher, breit bauender
Kondensator. Muss ja keine Ware von der Stange sein und und auf den
letzten cent kommt es nicht an. Gibt es solche speziellen Bauteile
irgendwo?
mit den Hybrid Polymer Elkos habe ich auch schon gute Erfahrungen
gemacht. Leider ist ist Kapazität recht klein, was noch härtere
zeitliche Anforderungen an den Überspannungsschutz im Zwischenkreis
stellt...
Mehr Kapa = mehr Zeit im Fehlerfall.
Hi Jedi,
mach doch bitte mal Angaben zur Schaltfrequenz, dem Ripplestrom
(alternativ zur Eingangsspannung und Induktivität) und der Topologie.
Überlege doch mal, ob du das Ausgangsfilter als CLC aufbauen könntest.
Hinter dem Schaltregler als Pufferkapazität mit Keramikkondensatoren
arbeiten (mit einem höheren Spannungsripple), dann ein Filter-L um die
Spannungsspitzen etwas zu glätten und danach Elkos als Pufferkapazität.
Das macht die Regelung etwas komplizierter (weitere Pole), reduziert die
Ripplebelastung der Elkos erheblich.
Achtung: Wenn die Elkos aktuell zu heiß werden, dann puffern sie auch
nicht besonders gut. Es kann also sein, dass deine MOSFETs derzeit
deutlich höhere Spannungsspitzen sehen, als Du vermuten würdest. =>
Zerstörung der FETs
Sonst fällt kannst du nur die Schaltfrequenz erhöhen um den Stromripple
zu reduzieren. Die Bilder sehen nach einer Multiphasen-Topologie aus -
sind die Ansteuerungen der Phasen auch zeitlich gegeneinader verschoben?
=> Drastische Reduktion des Ripples.
PS:
Versuch doch mal solche Teile:
http://search.digikey.com/de/de/products/CKG57NX7S2A226M/445-5217-1-ND/2116352
Hallo Michael,
ich takte die 3 Halbbrücken im Moment mit 18kHz. Vom Treiber her habe
ich da noch Luft nach oben. Ist vielleicht keine schlechte Möglichkeit
um die Verlustleistung ein Stückchen von den Elkos zu den MOSFETs zu
schieben, die sind wesentlich besser thermisch angebunden und bleiben im
Moment zu kühl. Vielen Dank für den Tip.
Bzgl. Ausgangsfilter ist es besonders vom Package her extremst eng... da
geht nichts mehr. Ich werde jetzt vielleicht noch 3-4 µF als
Folienkondensatoren mit in den Zwischenkreis legen. Ist halt u.a. eine
Kostenfrage. Mit solchen hier habe ich mal die EMV optimiert.
http://de.farnell.com/evox-rifa/mmc10-2-105k50a31-tr16/kondensator-4036-50v-1uf/dp/1753094RL
Dann erhöhe mal die Schaltfrequenz drastisch (Faktor 5-10), damit geht
der Stromripple um den gleichen Faktor runter.
Was steuerst Du damit eigentlich an?
