Pri výrobkoch s vysokou kapacitou a napätím (veľké úložisko energie) s nízkym ekvivalentným sériovým odporom (ESR) sa výrobcovia napájacích zdrojov spoliehajú na elektrolytické kondenzátory. Jedným z takýchto kondenzátorov je hliníkový elektrolytický kondenzátor. Tieto kondenzátory sa široko používajú pri návrhu napájacích obvodov vďaka výhodám, ako je vysoký pomer cena/výkon, vysoká objemová účinnosť a dostupnosť.

Relatívne krátka životnosť hliníkových kondenzátorov však predstavuje výzvu pre bežnú prevádzku, spoľahlivosť a životnosť napájacích zdrojov. Krátka životnosť hliníkových kondenzátorov je jedným z hlavných dôvodov predčasného zlyhania napájacích zdrojov. Prečo však majú hliníkové kondenzátory takú krátku životnosť? Na ich životnosť majú vplyv rôzne faktory. V tomto článku sa budeme venovať triedam kondenzátorov, ako aj príčinám a vplyvom rôznych faktorov na životnosť hliníkových kondenzátorov.

Triedy hliníkových kondenzátorov

K dispozícii sú dve triedy hliníkových elektrolytických kondenzátorov:

• Hliníkové kondenzátory na všeobecné použitie - Podľa publikácií IEC sú hliníkové kondenzátory triedy GP (General Purpose) menej spoľahlivé a majú obmedzenú životnosť.

• Hliníkové kondenzátory pre vysoko spoľahlivé aplikácie - Ide o hliníkové kondenzátory triedy s dlhou životnosťou, ktorých materiály sú špeciálne vybrané tak, aby boli splnené požiadavky na čistotu. Vysoko spoľahlivé hliníkové kondenzátory sa dodávajú s vyrazenými písmenami "LL".

Hliníkové kondenzátory sú náchylné na poruchy a poškodenie. Výrobcovia uvádzajú v technickom liste hliníkového kondenzátora užitočné prevádzkové hodiny pri menovitom napätí, prúde a teplotách hornej kategórie, pričom sú špecifikované limity na zmenu kapacity, rozptylový faktor a zvodový prúd.

Životnosť však klesá vplyvom rôznych parametrov prostredia, ako sú vlhkosť, atmosférický tlak, vibrácie atď. Je dôležité presne odhadnúť životnosť hliníkového kondenzátora, aby sa zabezpečila životnosť výrobku, ktorý ho využíva. Pozrime sa na niekoľko faktorov, ktoré ovplyvňujú životnosť hliníkového kondenzátora.

Životnosť hliníkového kondenzátora

Životnosť hliníkového kondenzátora je počet prevádzkových hodín, ktoré hliníkový kondenzátor dosiahne bez prekročenia stanoveného percenta porúch. Pre každý hliníkový kondenzátor je prípustný rozsah parametrických odchýlok. Ak sa pri prevádzke obvodu nedodržia prípustné parametrické odchýlky uvedené v technickom liste, hliníkový kondenzátor sa odchýli od špecifikovanej užitočnej životnosti. Okolité podmienky sú rozhodujúce pri zhoršovaní vplyvu porúch na hliníkové kondenzátory.

Podľa grafu závislosti poruchovosti hliníkových kondenzátorov od času, ktorý sa bežne označuje ako krivka poruchovosti, možno životnosť hliníkového elektrolytického kondenzátora rozdeliť na päť časových období:

1. Garantovaná životnosť - zachováva špecifikovaný výkon, ktorý je uvedený v transakciách s produktom.
2. Projektovaná životnosť - Zameraná na fázu projektovania.
3. Praktická životnosť - Predbežné časové obdobie, v ktorom hliníkový kondenzátor vstupuje do fázy poruchy vyhorenia.
4. Efektívna životnosť - Časové obdobie, v ktorom hliníkový kondenzátor prekoná fázu detskej úmrtnosti a vstúpi do fázy vyhorenia.
5. Priemerná životnosť - priemerná alebo stredná hodnota životnosti pred fázou vyhorenia.

Faktory, ktoré skracujú životnosť hliníkového kondenzátora

Poruchy spôsobené parametrickými zmenami, inak nazývané degradácia kondenzátora, môžu ukončiť životnosť hliníkových kondenzátorov. Existujú dva hlavné dôvody krátkej životnosti hliníkového kondenzátora:

• Degradácia kondenzátora - Degraduje v dôsledku zmien charakteristík alebo parametrov, ako sú kapacita, ekvivalentný sériový odpor, zvodový prúd atď. Hliníkový kondenzátor sa stáva nevhodným na použitie pri parametrických zmenách.

• Náhle zlyhania - Odparovanie elektrolytu, skraty a otvorené obvody môžu viesť k náhlemu zlyhaniu hliníkového kondenzátora.

Praktická hodnota životnosti hliníkového kondenzátora

Skutočná životnosť hliníkového kondenzátora sa znižuje vplyvom teploty napätia, prúdu atď. Praktická hodnota životnosti hliníkového kondenzátora môže byť daná vzťahom:

L_X = L₀ . K_T . K_R . K_V

L_X je výsledná životnosť, L₀ je životnosť uvedená v technickom liste za nominálnych podmienok, K_T je teplotný faktor, K_R je faktor zvlnenia prúdu a K_V je napäťový faktor.

V nasledujúcej tabuľke je zhrnutý vplyv teploty, napätia a zvlnenia prúdu na životnosť hliníkových kondenzátorov.

Na záver

Ak chcete predĺžiť životnosť koncových zariadení, ako sú napájacie zdroje a meniče výkonovej elektroniky, musíte pochopiť životnosť hliníkového kondenzátora. Aktuálne sú k dispozícii dve triedy hliníkových elektrolytických kondenzátorov, ktoré sú rozdelené do kategórií podľa ich spoľahlivosti. Degradácia kondenzátora alebo jeho náhle zlyhanie sú považované za dva hlavné dôvody krátkej životnosti hliníkového kondenzátora. Celková životnosť hliníkového kondenzátora sa skracuje približne o polovicu pri každom zvýšení teploty okolia o 10 ºC.