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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik X7R Kondensator gestorben


Autor: Sven (Gast)
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Mir hat es mehrfach einen X7R Kondensator zerlegt. Dieser Typ 
http://www.reichelt.de/?ACTION=3;ARTICLE=22889;PROVID=2402 soll für 63V 
ausgelegt sein, wird an etwa 28V betrieben. Schaltung wie im Anhang. Die 
Versorgung ist 24V aus einem Schaltnetzteil, über R8 kommt ein 5V 
Rechteck mit 40kHz von einem AVR. Funktioniert soweit.

Bei 2 von 12 Boards hat es C6 geext.

In einem Fall hab ich kurz nach der ersten Inbetriebnahme eine kleine 
Flamme gesehen, die Leiterbahn war kurz vor dem C weggebrannt und auf 
der Leiterplatte unter dem C ein Brandfleck.

Im zweiten Fall hat es auch die Leiterbahn weggebrannt, der Kondensator 
ist nach dem Auslöten zerbröselt und D1 / D2 waren hinüber. Vor dem 
Auslöten war der Kondensator niederohmig. Das Board hat vorher mehrere 
Wochen funktioniert.

Die 24V sind mit 2AT abgesichert, die Sicherung hat es nicht gejuckt.

Mir ist ziemlich unklar, warum das passiert.

- Die Spannung geht nicht über 28V.
- Es erwischt nur einen der 2 Cs.
- Die Cs sind Abblockkondensatoren für 2 TLE2142, keine bösen Ströme.
- Ich hab schon hunderte von diesen Cs bei bis zu 36V verbaut und nie 
Probleme.
- Im Spice und auf dem Oszi sind keine Auffälligkeiten.
- Ich hab mal testweise einen dieser 100n-Cs auf 60V hochgeprügelt, da 
ist nichts passiert.

Woran können die Cs gestorben sein? Spontane Selbstentzündung?

Autor: MaWin (Gast)
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> hat es C6 geext

Du hättest den Schaltplan zeichnen sollen als sie noch heile waren.

Klar ist, daß auch Kerkos keine beliebig hohen Rippleströme vertragen.

Die 15 Ohm sollten wohl besser in die Leitung zu Elko damit sie auch 
beim nach Masse ziehen wirken. Obwohl natürlich stets die begrenzte 
Stromverstärkung der BC8xx wirkt, die aus 100 Ohm also 4 mA kaum über 
300mA machen werden.

http://www.nxp.com/documents/data_sheet/BC847_BC547_SER.pdf

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Wenn T8 durchschaltet, hast du keinerlei Strombegrenzung. Das halten C2 
und C4, wenn es tatsächlich gepolte Caps (Tantals?!?) sind, nicht lange 
aus und quittieren dies mit einer drastischen Kapazitätsabnahme, wenn 
nicht Schlimmerem. Also Folge davon steigt der Ripplestrom durch C6, was 
auch dessen Lebensdauer verkürzt. Es sind allso alle Bauteile deiner 
Ladungspumpe gefährdet.

Desweiteren könnte dein 24V Schaltnetzteil zusätzlich ungesunde Spitzen 
erzeugen...

Kai Klaas

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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Kai Klaas schrieb:
> Wenn T8 , hast du keinerlei Strombegrenzung. Das halten C2
> und C4, wenn es tatsächlich gepolte Caps (Tantals?!?) sind, nicht lange
> aus

Wenn T8 durchschaltet fließt durch C4 ein hoher Strom, aber nicht durch 
C2. So kann die Erklärung also nicht sein.

Autor: Bürovorsteher (Gast)
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Das müssen die Dinger problemlos aushalten. Da hat dir 
distrelec-Reichelt die billigste Chinascheiße verkauft.

Autor: Martin O. (ossi-2)
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Normalerweise braucht es schon einiges an Strom und Energie um einen X7R 
platzen zu lassen und eine Leiterbahn durchzuschmelzen. Ich denke daher,
dass es eventuell ganz andere Ursachen gibt, als aus dem Schaltplan 
bisher
zu entnehmen.

Ich würde gerne die ganze Schaltung sehen, zusammen mit Photos.

Autor: Sven (Gast)
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Die Leiterbahn ist durchgeschmolzen, weil der C niederohmig geworden ist 
bis zum Kurzschluss. Dabei ist er auch heiss geworden, so dass die 
thermische Belastung am Lötpad für die Leiterbahn am höchsten war und 
sie an dieser Stelle aufgegeben hat. Nehm ich mal an.

Fotos ist nich, weil repariert und wieder eingebaut. Da komm ich so 
schnell nicht ran.

Laut Spice ist der Ripple für C4 bei 160mA beim Aufladen, im Betrieb bei 
40mA. Das sind Alu-Elkos, werd mal das Datenblatt suchen.

Beim Einschalten bekommen die Elkos einmalig ordentlich Strom, aber das 
ist ja bei jedem Elko in jeder Spannungsversorgung so.

Wie gesagt, die Charge dieser Cs wurde schon oft und bei höheren 
Spannungen verbaut.

Autor: Dieter Werner (Gast)
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Die relativ großen (1206) SMD KerKos sind mechanisch recht empfindlich.

Wir hatten vor einiger Zeit auch damit diese Probleme. Es lag daran, 
dass die Leiterplatten beim Trennen aus dem Nutzen zu stark durchgebogen 
wurden und der betroffene Kondi am Rand der Platine dadurch auf Zug 
beansprucht wurde.
Das gab dann offenbar Mikrorisse und nach einigen Tagen bis Wochen 
gingen die Dinger (bei 24V) in Flammen auf.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Dieter Werner (Gast)

>Das gab dann offenbar Mikrorisse und nach einigen Tagen bis Wochen
>gingen die Dinger (bei 24V) in Flammen auf.

Immer wieder diese Legenden. Was soll bei einem KERAMIKkondensator in 
Flammen aufgehen?
Wahrscheinlich war das eher ein Tantal.

Autor: A. R. (redegle)
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>Die relativ großen (1206) SMD KerKos sind mechanisch recht empfindlich.

Keramische Kondensatoren mit dem Material X7R haben einen sogenannten 
piezoelektrischen Effekt. Das heißt, dass eine Änderung der Geometrie zu 
einer Spannungserzeugung führt und das eine Änderung der Spannung zu 
einer Änderung der Geometrie führt.
Hierdurch kann ggf. eine unzulässig hohe mechanische Beanspruchung 
entstehen.
Ob dies jedoch in dem Fall von Relevanz ist kann ich nicht beurteilen.

Autor: A. R. (redegle)
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>Immer wieder diese Legenden. Was soll bei einem KERAMIKkondensator in
>Flammen aufgehen?
>Wahrscheinlich war das eher ein Tantal.

Warum Legenden?
Mir ist auch schon ein Kondensator X7R in Flammen aufgegangen. Die 
Brennen richtig gut wie Fackeln. Gibt keine Explosion. die brennen 
einfach nur.

Autor: faustian (Gast)
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Da ist ja Epoxy/Lack drum, das brennt wohl :)

Autor: Sven (Gast)
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Gut, also Mikrorisse.

Die Cs sind von Hand gelötet, sitzen nicht am Rand, werden bleifrei 
gelötet. Die vorherigen Bestückungen waren verbleit. Kann das in 
Verbindung mit der höheren Löttemperatur ein Problem sein?

Ausserdem, die Cs werden für die Handbestückung nicht in Schutzatmo 
gelagert. Kann es sein, dass die Feuchtigkeit ziehen und dann beim Löten 
reissen?

Was tun? Kleinere Cs (0805) nehmen, mit 47n wegen der 
Spannungsfestigkeit (100n in 0805 mit 50V oder 63V wird schwierig)?

Autor: Sebastian (Gast)
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Ich kann zwar bis heute nicht sagen, ob es mechanische Beanspruchung 
oder die Spannung war, aber in einer Kleinserie eines mit 60 Volt 
Wechselspannung (50 Hz Sinus, aus Trafo) betriebenen Gerätes sind mir 
auch schon zwischen Eingangsspannung und Masse geschaltete 
Keramikkondensatoren (1206, 100V laut Hersteller) bei mehreren 
Exemplaren direkt beim ersten Test verbrannt bzw. zusammengeschmolzen. 
Meine Vermutung war derzeit, daß die Kerkos durchgeschlagen sind, aber 
über eine Wechselspannungsfestigkeit schweig sich der Hersteller aus. 
Inzwischen sind in dem Gerät mechanisch größere (1210) 200V-Typen und 
alles ist in Butter.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Wenn T8 durchschaltet fließt durch C4 ein hoher Strom, aber nicht durch
>C2.

Da hast du natürlich Recht. Hhm, warum habe ich nur geschrieben, daß 
auch durch C2 ein hoher Strom fließt??

>Beim Einschalten bekommen die Elkos einmalig ordentlich Strom, aber das
>ist ja bei jedem Elko in jeder Spannungsversorgung so.

Normale Elkos sollten das in der Tat aushalten. Tantals haben damit aber 
Schwierigkeiten.

>Die Cs sind von Hand gelötet, sitzen nicht am Rand, werden bleifrei
>gelötet. Die vorherigen Bestückungen waren verbleit. Kann das in
>Verbindung mit der höheren Löttemperatur ein Problem sein?

Ja, durchaus. Bleifrei von Hand zu löten belastet die Bauteile wirklich 
deutlich stärker als bleihaltig zu löten.

Ich würde mit Pre-Heating löten. Das kannst du zur Not auch mit einem 
Lötkolben machen: Du legst den Cap auf die Lötpads und berührst mit dem 
Lötkolben vor dem Löten erst mal nur die Lötpads, möglichst ohne die 
Capanschlüsse zu berühren.

>Meine Vermutung war derzeit, daß die Kerkos durchgeschlagen sind, aber
>über eine Wechselspannungsfestigkeit schweig sich der Hersteller aus.

Ich glaube, daß gar nicht so selten 16V- oder 25V-Caps als 50V-Typen 
verkauft werden...

Kai Klaas

Autor: MaWin (Gast)
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> Ich glaube, daß gar nicht so selten 16V- oder 25V-Caps
> als 50V-Typen verkauft werden...

Na ja, wie werden Kerkos gebaut ?

Man walzt die hundert Ton/Metall Schichten immer dünner,
schneidet die Kondensatoren aus, und testet dann.
Will man 50V Kondensatoren haben, legt man 80V an,
was beim walzen zu dicht aneinanderkam brennt weg.
Dann misst man ob die Restkapazität noch reicht,
und in welches Kistchen er kommt. So wird's wohl laufen.

Autor: Michael O. (mischu)
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Autor: Arc Net (arc)
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Sven schrieb:
> Gut, also Mikrorisse.
>
> Die Cs sind von Hand gelötet, sitzen nicht am Rand, werden bleifrei
> gelötet. Die vorherigen Bestückungen waren verbleit. Kann das in
> Verbindung mit der höheren Löttemperatur ein Problem sein?
>
> Ausserdem, die Cs werden für die Handbestückung nicht in Schutzatmo
> gelagert. Kann es sein, dass die Feuchtigkeit ziehen und dann beim Löten
> reissen?
>
> Was tun? Kleinere Cs (0805) nehmen, mit 47n wegen der
> Spannungsfestigkeit (100n in 0805 mit 50V oder 63V wird schwierig)?

100 nF gibt's für 100 Vdc im 0603 Gehäuse (X7R und X7S)
http://search.murata.co.jp/Ceramy/image/img/PDF/EN...
http://media.digikey.com/PDF/Data%20Sheets/TDK%20P...

Wie sich der Kondensator verhält bzw. ob er abfackelt kann man, falls 
der Hersteller diese Spezifikationen angibt, ausrechnen/abschätzen.

P=I^2 R, R = ESR des Kondensator, I = RMS
I = 2 PI f C VRMS
R = df / (2 PI f C), df = dissipation factor
=> P = 2 PI C VRMS^2 df
Den Rest muss man sich aus den Datenblättern/Grafiken zusammensuchen 
bzw. abschätzen

http://www.amccaps.com/technical-notes/ac-power-ra...
http://www.theta-j.com/pdf/ce/articles/atc_article...

Autor: Sven (Gast)
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Naja, wenn er abfackelt, weil er aufgrund mechanischem Stresses bricht, 
helfen die Formeln nicht viel.

Und beschaffbar müssen die auch sein...

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