Factor de disipación del condensador electrolítico de aluminio

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Estoy usando un condensador electrolítico de aluminio grande (400V / 470uF / 105 ° C) después de un puente rectificador de 220VAC en una aplicación de motor.

Durante la prueba de quemado (180VCC, 6A vista por el motor) con un dispositivo generador de par constante, la parte superior de la tapa se hinchó debido al aumento de la temperatura de la tapa en solo 30 minutos. Posteriormente reemplazamos la tapa con el mismo tipo y registramos su temperatura. Estaba aumentando y aparentemente no alcanzó un estado estable y detuvimos la prueba tan pronto como alcanzamos los 100 ° C.

Luego lo reemplazamos con otro tapón (450V / 470uF / 105 ° C). Tiene el mismo diámetro pero un poco más alto. La prueba de quemado se realizó sin problemas y la temperatura de la tapa alcanzó un estado estable de ~ 85/90 ° C después de una hora.

El fallido es un gorro de Nichicon: enlace

El que se aprobó es un límite de UUcap (lamento que el enlace esté en chino, ya que no pude encontrar la versión en inglés): enlace

Leí las hojas de datos de ambas tapas y las encontré bastante comparables con respecto al factor de disipación (0,15 frente a 0,20) y los parámetros de la corriente de ondulación (1900 mA frente a 1850 mA). Sin embargo, hay algunas variables:

  1. voltaje nominal
    • Error: 400V
    • aprobado: 450V
  2. Área de tamaño (DxL) de los condensadores.
    • Error: 35 mm x 40 mm
    • aprobado: 35 mm x 50 mm
  3. apariencia
    • Fallido: la parte superior de la lata es de aluminio / metálico
    • Aprobado: la parte superior de la lata es de algún tipo de poliéster (no tengo idea de lo que es)

Sin embargo, solo soy consciente de que la superficie más grande puede disipar el calor un poco mejor. En cuanto a lo que ayuda, no tengo ni idea. Leí en alguna parte que para una capacitancia fija, los topes con un voltaje nominal mayor son de ESR más bajos; sin embargo, no tengo ni idea de si es verdad o no.

¿Hay algo que pasé por alto en la hoja de datos que contribuye a una diferencia tan grande con respecto a las temperaturas de los condensadores en la prueba?

Gracias de antemano.

P.S. El circuito es el siguiente. El condensador en cuestión es C5. T2, el estrangulador común, se reemplaza con un par de cables gruesos en el tablero bajo prueba. HV_Bus se mantiene activando el SCR continuamente. El voltaje visto por el motor es un promedio debido al PWM para encender y apagar un MOSFET de potencia del lado bajo.

Mediciones LCR

Capacitancia, DF / Q / ESR / θ

  • Nichicon 400V / 470uF - > 392 uF, 0.211 / 4.71 / 0.08 / -77.8 °
  • UUcap 450V / 470uF - > 446 uF, 0.440 / 2.27 / 0.15 / -66.2 °

Claramente, la medición de la tapa de Nichicon coincide con sus especificaciones, mientras que UUcap está de alguna manera fuera de las especificaciones. La gran diferencia aquí parece ser la capacitancia. Las tapas de Nichicon parecen apuntar al límite inferior de ± 20% de la capacitancia. He medido otros cinco tapones de Nichicon del mismo tipo y todos ellos están alrededor de 400uF ~ 410uF mientras que están clasificados en 470uF ± 20% ...

Los únicos parámetros de la tapa de Nichicon en cuestión que son inferiores a UUcap son la capacitancia y la tensión nominal . ¿Es .it la capacitancia el papel principal en el aumento de la temperatura de la tapa? Si bien tiene sentido que un límite de capacitancia inferior pase por ciclos de carga / descarga más drásticos, ¿marca una diferencia tan grande?

Mediciones de corriente de ondulación

Puse una pinza de CA de verdadero valor eficaz alrededor de la pata de la tapa en el circuito y realicé algunas mediciones. La tensión vista por el motor se controla apagando un MOSFET de potencia. La carga es sólo un cinturón de una cinta de correr. I cap se mide con la pinza de CA y I motor se observa con un medidor de corriente analógico.

  • V motor = 50V, I cap = 0.4A, I motor = 1.0A
  • V motor = 100V, I cap = 0.8A, I motor = 1.5A
  • V motor = 150V, I cap = 1.4A, I motor = 1.5A

También observé la ondulación de voltaje de los condensadores. Con UUcap, la fluctuación del voltaje es un poco más pequeña que la tapa Nichicon. Eso se espera debido a su mayor capacidad. Las medidas de cap parecen estar de alguna manera a la par con las gorras UUcap y Nichicon.

Y sí, la corriente de rizado fácilmente supera la corriente de rizado nominal para los límites máximos cuando aumenta la carga.

Dado que UUcap está muy lejos de sus especificaciones, supongo que no puedo confiar en su parámetro de corriente de rizado. ¿Hay alguna forma de medir la capacidad de la tapa para manejar la corriente de rizado?

¿Un capacitor de voltaje nominal más alto es más tolerante a la ondulación de la corriente que un capacitor con la misma capacitancia?

    
pregunta Brian Wang

3 respuestas

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Como siempre, un diagrama de circuito completo sería invaluable, incluso para demostrar que no hay nada más presente de lo que se ha dicho.

VAC = 220V así que Vpeak = 220 * 1.414 = ~ 310V. 180V DC / 310 = ~ 0.58 Este es el seno del ángulo cuando los rectificadores comienzan (o terminan) conduciendo + 35 grados. Para 35/90 del ciclo, la tensión está por debajo de Vcc, por lo que la tapa DEBE proporcionar la corriente del motor. Si no tiene ningún almacenamiento de energía en los inductores, entonces la tapa está viendo una corriente de rizado en el orden de la corriente del motor y las corrientes pico serán probablemente más altas (dependiendo de la resistencia del transformador y del cableado y más).

Como la disipación será del orden proporcional al cuadrado de la corriente, es probable que tenga aproximadamente 10 veces la disociación nominal debido a un exceso de corriente de ondulación.

Nichicon es una marca muy respetada. Lo más probable es que la capacidad real de la corriente de rizado en un Nichicon genuino cumpla o exceda las especificaciones. Pero es poco probable que lo supere lo suficiente como para salvarlo aquí SI el circuito es lo que parece. Es posible que la tapa sea una falsificación. Esto definitivamente sucede y Nichicon es una marca bastante conocida que la gente PUEDE falsificar, aunque no tengo conocimiento específico de que esto suceda en este caso.

UUCAP No lo sé.
No es inusual que los componentes asiáticos poco conocidos no se acerquen a las afirmaciones de la hoja de especificaciones.
En este caso, parece que superan las especificaciones generosamente!
¡No me quejaría!
Pero mira la corriente actual.
Una pequeña resistencia de detección en el cable de conexión a tierra de la tapa permitirá utilizar un alcance con el debido cuidado (o en el lado "caliente" con un dispositivo de aislamiento Y, si sabe lo que está haciendo. .

Tenga en cuenta que la vida útil de la tapa ~ + horas clasificadas x 2 ^ [(Trated-Trun) / 10]
Es habitual que se ejecute un límite a una temperatura BIEN inferior a la nominal.
30C debajo = 2 ^ (30/10) = 8 x vida útil nominal.
Por lo tanto, un límite nominal de 2000 horas duraría aproximadamente 2000 x 8 = 16000 horas ~ = 2 años.
Cuanto mayor sea el margen, mejor.

¡Tenga en cuenta que un casquillo electrolítico Al con NO aplicado voltaje, mantenido a alta temperatura morirá más rápido que cuando se aplica voltaje!

    
respondido por el Russell McMahon
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Puede ser tan simple como la variación de fabricación. La ESR del segundo condensador puede haber sido lo suficientemente baja como para que la corriente de ondulación no calentara la tapa más allá del límite máximo establecido.

Debería saber que el funcionamiento de un condensador tan caliente le dará una vida útil bastante baja. Una regla general es que por cada 10 C por debajo de la temperatura máxima nominal que mantiene el capacitor, duplicará la vida útil del capacitor. En o cerca de la temperatura nominal, es probable que la veas explotar dentro de un año.

Otra posibilidad podría ser que la tapa más alta y esbelta tuviera más área de superficie, y por lo tanto podría disipar más calor.

Recomendaría usar un límite con un índice de corriente de ondulación más alto (idealmente, el total de 6A) y, si no puede encontrarlo, use tres topes en paralelo que se sumen a la corriente de ondulación nominal.

    
respondido por el Jon Watte
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Russell lo cubrió bastante bien: espera que las corrientes pico sean el doble de la corriente media.

C5 es un depósito: durante gran parte del ciclo es la ÚNICA fuente de corriente del motor, por lo que está suministrando el total de 6A. Eso coloca un límite inferior en la corriente de ondulación ... Durante los picos de CA que se está cargando: la corriente de carga exacta depende de su valor, el voltaje de ondulación y la forma de la onda de CA (su contenido armónico), pero si los diodos se dirigieron por solo 1/3 del ciclo, eso significa que C se está cargando el doble de rápido que se está descargando; una ondulación máxima el doble de la media.

Coloque 0.1R en serie con C5 -ve (a tierra) y coloque una sonda de alcance para ver qué está sucediendo realmente. O use una sonda de corriente CA si hay una disponible.

    
respondido por el Brian Drummond

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