Неисправность конденсатора: Как проверить конденсатор и емкость конденсатора

Содержание

Как проверить конденсатор и емкость конденсатора

Конденсаторы (от лат. condenso — уплотняю, сгущаю) — это радиоэлементы с сосредоточенной электрической емкостью, образуемой двумя или большим числом электродов (обкладок), разделенных диэлектриком (специальной тонкой бумагой, слюдой, керамикой и т. д.). Емкость конденсатора зависит от размеров (площади) обкладок, расстояния между ними и свойств диэлектрика.

Важным свойством конденсатора является то, что для переменного тока он представляет собой сопротивление, величина которого уменьшается с ростом частоты.

Как и резисторы, конденсаторы разделяют на конденсаторы постоянной емкости, конденсаторы переменной емкости (КПЕ), подстроечные и саморегулирующиеся. Наиболее распространены конденсаторы постоянной емкости. Их применяют в колебательных контурах, различных фильтрах, а также для разделения цепей постоянного и переменного токов и в качестве блокировочных элементов.
 Конденсаторы постоянной емкости. Условное графическое обозначение конденсатора постоянной емкости—две параллельные липни — символизирует его основные части: две обкладки и диэлектрик между ними . Около обозначения конденсатора на схеме обычно указывают его номинальную емкость, а иногда и номинальное напряжение. Основная единица измерения емкости — фарад (Ф) — емкость такого уединенного проводника, потенциал которого возрастает на один вольт при увеличении заряда на один кулон. Это очень большая величина, которая на практике не применяется. В радиотехнике используют конденсаторы емкостью от долей пикофарада (пФ) до десятков тысяч микрофарад (мкФ). 

Согласно ГОСТ 2.702—75 номинальную емкость от 0 до 9 999 пФ указывают на схемах в пикофарадах без обозначения единицы измерения, от 10 000 пФ до 9 999 мкФ — в микрофарадах с обозначением единицы измерения буквами мк.

Номинальную емкость и допускаемое отклонение от нее, а в некоторых случаях и номинальное напряжение указывают на корпусах конденсаторов.

В зависимости от их размеров номинальную емкость и допускаемое отклонение указывают в полной или сокращенной (кодированной) форме. Полное обозначение емкости состоит из соответствующего числа и единицы измерения, причем, как и на схемах, емкость от 0 до 9 999 пФ указывают в пикофарадах (22 пФ, 3 300 пФ и т. д.), а от 0,01 до 9 999 мкФ —в микрофарадах (0,047 мкФ, 10 мкФ и т. д.). В сокращенной маркировке единицы измерения емкости обозначают буквами П (пикофарад), М (микрофарад) и Н (нанофарад; 1 нано-фарад=1000 пФ = 0,001 мкФ). При этом емкость от 0 до 100 пФ обозначают в пикофарадах, помещая букву П либо после числа (если оно целое), либо на месте запятой (4,7 пФ — 4П7; 8,2 пФ —8П2; 22 пФ — 22П; 91 пФ — 91П и т. д.). Емкость от 100 пФ (0,1 нФ) до 0,1 мкФ (100 нФ) обозначают в на нофарадах, а от 0,1 мкФ и выше — в микрофарадах. В этом случае, если емкость выражена в долях нанофарада или микрофарада, соответствующую единицу измерения помещают на месте нуля и запятой (180 пФ=0,18 нФ—Н18; 470 пФ=0,47 нФ —Н47; 0,33 мкФ —МЗЗ; 0,5 мкФ —МбО и т.

д.), а если число состоит из целой части и дроби — на месте запятой (1500 пФ= 1,5 нФ — 1Н5; 6,8 мкФ — 6М8 и т. д.). Емкости конденсаторов, выраженные целым числом соответствующих единиц измерения, указывают обычным способом (0,01 мкФ —ЮН, 20 мкФ — 20М, 100 мкФ — 100М и т. д.). Для указания допускаемого отклонения емкости от номинального значения используют те же кодированные обозначения, что и для резисторов.

   Потери в конденсаторах, определяемые в основном потерями в диэлектрике, возрастают при повышении температуры, влажности и частоты. Наименьшими потерями обладают конденсаторы с диэлектриком из высокочастотной керамики, со слюдяными и пленочными диэлектриками, наибольшими — конденсаторы с бумажным диэлектриком и из сегнетокерамики. Это обстоятельство необходимо учитывать при замене конденсаторов в радиоаппаратуре. Изменение емкости конденсатора под воздействием окружающей среды (в основном, ее температуры) происходит из-за изменения размеров обкладок, зазоров между ними и свойств диэлектрика.

В зависимости от конструкции и примененного диэлектрика конденсаторы характеризуются различным температурным коэффициентом емкости (ТКЕ), который показывает относительное изменение емкости при изменении температуры на один градус; ТКЕ может быть положительным и отрицательным. По значению и знаку этого параметра конденсаторы разделяются на группы, которым присвоены соответствующие буквенные обозначения и цвет окраски корпуса.

  Для сохранения настройки колебательных контуров при работе в широком интервале температур часто используют последовательное и параллельное соединение конденсаторов, у которых ТКЕ имеют разные знаки. Благодаря этому при изменении температуры частота настройки такого термокомпенсированного контура остается практически неизменной.

  Как и любые проводники, конденсаторы обладают некоторой индуктивностью. Она тем больше, чем длиннее и тоньше выводы конденсатора, чем больше размеры его обкладок и внутренних соединительных проводников.

Наибольшей индуктивностью обладают бумажные конденсаторы, у которых обкладки выполнены в виде длинных лент из фольги, свернутых вместе с диэлектриком в рулон круглой или иной формы. Если не принято специальных мер, такие конденсаторы плохо работают на частотах выше нескольких мегагерц. Поэтому на практике для обеспечения работы блокировочного конденсатора в широком диапазоне частот параллельно бумажному подключают керамический или слюдяной конденсатор небольшой емкости.

  Однако существуют бумажные конденсаторы и с малой собственной индуктивностью. В них полосы фольги соединены с выводами не в одном, а во многих местах. Достигается это либо полосками фольги, вкладываемыми в рулон при намотке, либо смещением полос (обкладок) к противоположным концам рулона и пропайкой их 

  Для защиты от помех, которые могут проникнуть в прибор через цепи питания и наоборот, а также для различных блокировок используют так называемые проходные конденсаторы. Такой конденсатор имеет три вывода, два из .которых представляют собой сплошной токонесущий стержень, проходящий через корпус конденсатора. К этому стержню присоединена одна из обкладок конденсатора. Третьим выводом является металлический корпус, с которым соединена вторая обкладка. Корпус проходного конденсатора закрепляют непосредственно на шасси или экране, а токоподводящий провод (цепь питания) припаивают к его среднему выводу. Благодаря такой конструкции токи высокой частоты замыкаются на шасси или экран устройства, в то время как постоянные токи проходят беспрепятственно. На высоких частотах применяют керамические проходные конденсаторы, в которых роль одной из обкладок играет сам центральный проводник, а другой — слой металлизации, нанесенный на керамическую трубку. 

  С той же целью, что и проходные, применяют опорные конденсаторы, представляющие собой своего рода монтажные стойки, устанавливаемые на металлическом шасси. Обкладку, соединяемую с ним, выделяют в обозначении такого конденсатора тремя наклонными линиями, символизирующими «заземление»

Для работы в диапазоне звуковых частот, а также для фильтрации выпрямленных напряжений питания необходимы конденсаторы, емкость которых измеряется десятками, сотнями и даже тысячами микрофарад. Такую емкость при достаточно малых размерах имеют оксидные конденсаторы (старое название — электролитические).

В них роль одной обкладки (анода) играет алюминиевый или танталовый электрод, роль диэлектрика — тонкий оксидный слой, нанесенный на него, а роль другой обкладки (катода) — специальный электролит, выводом которого часто служит металлический корпус конденсатора. В отличие от других большинство типов оксидных конденсаторов полярны, т. е. требуют для нормальной работы поляризующего напряжения. Это значит, что включать их можно только в цепи постоянного или пульсирующего напряжения и только в той полярности (катод — к минусу, анод — к плюсу), которая указана на корпусе. Невыполнение этого условия приводит к выходу конденсатора из строя, что иногда сопровождается мощнейшим взрывом.

Оксидные конденсаторы очень чувствительны к перенапряжениям, поэтому на схемах часто указывают не только их номинальную емкость, но и номинальное напряжение.

  С целью уменьшения размеров в один корпус иногда заключают два конденсатора, но выводов делают только три (один — общий). 

  Конденсаторы переменной емкости (КПЕ). Конденсатор переменной емкости состоит из двух групп металлических пластин, одна из которых может плавно перемещаться по отношению к другой. При этом движении пластины подвижной части (ротора) обычно вводятся в зазоры между пластинами неподвижной части (статора), в результате чего площадь перекрытия одних пластин другими, а следовательно, и емкость изменяются. Диэлектриком в КПЕ чаще всего служит воздух. В малогабаритной аппаратуре, например в транзисторных карманных приемниках, широкое применение нашли КПЕ с твердым диэлектриком, в качестве которого используют пленки из износостойких высокочастотных диэлектриков (фторопласта, полиэтилена и т. п.). Параметры КПЕ с твердым диэлектриком несколько хуже, но зато они значительно дешевле в производстве и размеры их намного меньше, чем КПБ с воздушным диэлектриком.

Основными параметрами КПЕ, позволяющими оценить его возможности при работе в колебательном контуре, являются минимальная и максимальная емкость, которые, как правило, указывают на схеме рядом с символом КПЕ.

  В большинстве радиоприемников и радиопередатчиков для одновременной настройки нескольких колебательных контуров применяют блоки КПЕ, состоящие из двух, трех и более секций. Роторы в таких блоках закреплены на одном общем валу, вращая который можно одновременно изменять емкость всех секций. Крайние пластины роторов часто делают разрезными (по радиусу). Это позволяет еще на заводе отрегулировать блок так, чтобы емкости всех секций были одинаковыми в любом положении ротора.

  В измерительной аппаратуре, например в плечах емкостных мостов, находят применение так называемые дифференциальные (от лат. differentia — различие) конденсаторы. У них две группы статорных и одна — роторных пластин, расположенные так, что когда роторные пластины выходят из зазоров между пластинами одной группы статора, они в то же время входят между пластинами другой. При этом емкость между пластинами первого статора и пластинами ротора уменьшается, а между пластинами ротора и второго статора увеличивается.

Суммарная же емкость между ротором и обоими статорами остается неизменной. 

Подстроечные конденсаторы. Для установки начальной емкости колебательного контура, определяющей максимальную частоту его настройки, применяют подстроечные конденсаторы, емкость которых можно изменять от единиц пикофарад до нескольких десятков пикофарад (иногда и более). Основное требование к ним — плавность изменения емкости и надежность фиксации ротора в установленном при настройке положении. Оси подстроечных конденсаторов (обычно короткие) имеют шлиц, поэтому регулирование их емкости возможно только с применением инструмента (отвертки). В радиовещательной аппаратуре наиболее широко применяют конденсаторы с твердым диэлектриком.

  Конструкция керамического подстроечного конденсатора (КПК) одного из наиболее распространена. Он состоит из керамического основания (статора) и подвижно закрепленного на нем керамического диска (ротора). Обкладки конденсатора—тонкие слои серебра — нанесены методом вжигания на статор и наружную сторону ротора. Емкость изменяют вращением ротора. В простейшей аппаратуре применяют иногда проволочные подстроечные конденсаторы. Такой элемент состоит из отрезка медной проволоки диаметром 1 … 2 и длиной 15 … 20 мм, на который плотно, виток к витку, намотан изолированный провод диаметром-0,2… 0,3 мм. Емкость изменяют отматыванием провода, а чтобы обмотка не сползла, ее пропитывают каким-либо изоляционным составом (лаком, клеем и т. п.).

Саморегулируемые конденсаторы. Используя в качестве диэлектрика специальную керамику, диэлектрическая проницаемость которой сильно зависит от напряженности электрического поля, можно получить конденсатор, емкость которого зависит от напряжения на его обкладках. Такие конденсаторы получили название варикондов (от английских слов vari (able) — переменный и cond(enser) —конденсатор). При изменении напряжения от нескольких вольт до номинального емкость вариконда изменяется в 3—6 раз.

Вариконды можно использовать в различных устройствах автоматики, в генераторах качающейся частоты, модуляторах, для электрической настройки колебательных контуров и т. д.

  Условное обозначение вариконда — символ конденсатора со знаком нелинейного саморегулирования и латинской буквой U.

Аналогично построено обозначение термоконденсаторов, применяемых в электронных наручных часах. Фактор, изменяющий емкость такого конденсатора—температуру среды — обозначают символом t°.

Допускаемое отклонение емкости любого конденсатора  от номинала обычно указывают в процентах, но на конденсаторах очень малых емкостей допускаемое отклонение от номинала обозначают в пикофарадах. Если на конденсаторе указано «100± 10%», это означает, что емкость его не может быть меньше 90,и больше 11О пФ. Если в маркировке допуск не указан, то у такого конденсатора допускаемое отклонение от номинала ±20%. На конденсаторах, изготовляемых только с одним, определенным допускаемым отклонением от номинала, например, оксидных (старое название — электролитические) конденсаторов серии КЭ, сегнетокерамических КДС, допуск также не указывается.

При работе конденсатора в цепи, где имеется и переменная и постоянная составляющие, общая сумма напряжения постоянного тока и амплитудного значения напряжения, переменного тока не должна превышать номинального напряжения. Если переменная составляющая напряжения мала (что имеет место во всех каскадах усиления высокой и промежуточной частот приемника), то, выбирая конденсатор, достаточно учитывать только постоянное напряжение на нем. Но в цепях оконечного каскада и выпрямителя надо учитывать также и переменную составляющую..

Следует, однако, иметь в виду, что запас по напряжению не должен слишком завышаться, так как у конденсаторов с большим номинальным напряжением обычно больше габариты, что приводит к увеличению габаритов всего устройства в целом, а также в конечном итоге к повышению стоимости устройства.

Оксидные конденсаторы (или как их ранее называли — электролитические) не рекомендуется использовать при напряжениях переменной составляющей, близких к половине рабочего напряжения конденсатора. Это объясняется особенностями устройства и режимом их работы.

При нормальной температуре фактическая емкость оксидного конденсатора может быть на 20% меньше и на 80% больше обозначенной на его корпусе. При максимальной рабочей температуре, которая для конденсатора широкого применения составляет 70 — 80°С, емкость может увеличиваться на 20 — 30% по сравнению с измеренной при нормальной температуре. У конденсаторов, предназначенных для бытовой аппаратуры, емкость при температуре — 10° С может уменьшиться в два раза но сравнению с емкостью при нормальной температуре (кондсенсаторы К50-6, К50-7). В аппаратуре для полевых, условий работы используются конденсаторы (К50-3, К50-ЗА, К50-ЗБ), у которых емкость снижается не более чем в два раза при температуре — 40 … — 60° С.

Оксидные конденсаторы полярны. Они хорошо работают в цепях постоянного и пульсирующего напряжения. Вместе с тем выпускаются и неполярные оксидные конденсаторы с алюминиевыми и танталовыми фольговыми электродами. Такие конденсаторы могут работать в цепях переменного тока.

Номинальные напряжения выпускаемых промышленностью оксидных конденсаторов находятся в пределах от 3 до 450 В, а номинальные емкости — от долей микрофарады до нескольких тысяч микрофарад, причем конденсаторы с большой емкостью, как правило, имеют меньшие номинальные напряжения.

Так как максимально допустимое напряжение включает в себя и амплитуду переменной составляющей, то для полярных оксидных конденсаторов с рабочим напряжением 100 — 450 В величина переменной составляющей не должна превышать 8% от этих напряжений. Чем больше емкость и номинальное напряжение, тем меньше допустимая амплитуда переменного тока. Если переменная составляющая имеет большую величину, оксидный конденсатор перегревается. В таких случаях оксидные конденсаторы следует заменять конденсаторами других типов, например, бумажными большой емкости.

К особенностям оксидных конденсаторов относится и то, что в фильтрах выпрямителей их можно применять лишь на частотах до 1000 Гц. При повышении частоты (выше 50 Гц) действующая емкость их будет становиться все меньше и меньше по отношению к номинальной, При более высоких частотах допустимая амплитуда переменной составляющей также уменьшается обратно пропорционально частоте. Так, при частоте 100 Гц допустимая амплитуда вдвое меньше, чем при частоте 50 Гц.

Оксидные конденсаторы имеют сравнительно низкое сопротивление изоляции. При номинальном для данного типа конденсаторов рабочем напряжении ток утечки может доходить до 0,1 мА на каждую микрофараду емкости. Утечка свыше этой нормы свидетельствует о плохом качестве конденсатора. Такой конденсатор необходимо заменить.

Оксидные конденсаторы применяют преимущественно в фильтрах блоков питания, в развязывающих фильтрах, а в транзисторной аппаратуре — в цепях связи между транзисторными каскадами и для шунтирования резисторов в цепях эмиттеров транзисторов. 

Как и для других радиодеталей, требования к жесткости допускаемых отклонений емкости от номинального значения определяются для конденсаторов в зависимости от того, какую функцию они выполняют в том или другом аппарате. Так, для конденсаторов, шунтирующих резисторы в цепях катодов ламп усилителей ВЧ и ПЧ, конденсаторов фильтра и блокирующих в анодных и экранных цепях, емкости могут быть сколь угодно большие, но не меньше номинальной, указанной на схеме; для разделительных конденсаторов, применяемых в усилителях низкой частоты, отклонения от номинала могут составлять 20 — 30%. Емкость конденсаторов, применяемых в корректирующих цепях, улучшающих частотную характеристику усилителей низкой частоты, не должна отличаться более чем на ±10% от расчетной. 

Тип диэлектрика, используемого в конденсаторе, играет решающую роль при определении области применения конденсатора. В колебательных контурах диапазона длинных и средних волн можно использовать практически конденсаторы самых разных типов, в том числе и со слюдяным диэлектриком, хотя такие конденсаторы не всегда обладают достаточно малыми потерями.

Во всех цепях токов высокой частоты можно применять керамические конденсаторы (при емкостях до 1000 — 5000 пФ) или безындукционные бумажные (при емкостях более 1000 — 5000 пФ).

В цепях экранирующих сеток ламп и в анодных фильтрах высокочастотных, каскадов для развязывания цепей допустимо применять безындукционные бумажные конденсаторы; при этом должна быть заземлена или соединена с проводом общего минуса наружная обкладка конденсатора (этот вывод помечается соответствующим знаком на корпусе или торце безындукционных конденсаторов). В низкочастотных каскадах все конденсаторы могут быть бумажные.

Конденсаторы переменной емкости для настройки колебательного контура приемников желательно иметь с воздушным диэлектриком. Еще в большей мере это от- носится к колебательным контурам измерительных приборов. Из подстроечных конденсаторов лучшими являются конденсаторы с воздушными и керамическими диэлектриками.

Основные неисправности конденсаторов: пробой изоляции (короткое замыкание между обкладками), большой ток утечки (плохая изоляция между обкладками), обрыв выводов, а у оксидных (электролитических) — и потеря емкости.

Проверка исправности конденсаторов. Неисправности конденсаторов, особенно большой емкости, такие, как потеря емкости, короткое замыкание и большой ток утечки, могут быть легко обнаружены с помощью мегаомметра, а также омметра или даже простейшего пробника.

Если конденсатор большой емкости исправен, то при подключении к нему пробника стрелка прибора сначала резко отклонится вправо, причем отклонение это будет тем больше, чем больше емкость конденсатора, а затем относительно медленно начнет возвращаться влево и установится над одним из делений в начале шкалы. Если же конденсатор неисправен, то есть потерял емкость или имеет утечку, то в первом случае стрелка прибора вообще не отклонится вправо, а во втором — отклонится почти на всю шкалу, а затем установится на одном из делений в конце ее в зависимости от величины сопротивления утечки. Проверяя конденсатор этим способом, следует всегда обращать внимание на то, не превышает ли напряжение питания прибора допустимого напряжения конденсатора, иначе в конденсаторе может произойти пробой изоляции уже при проверке.

Состояние изоляции у конденсаторов емкостью порядка микрофарад, а иногда и десятых долей микрофарады может быть оценено и по интенсивности искры, если конденсатор подключить сначала к источнику напряжения и зарядить, а затем замкнуть его выводы. Таким способом можно проверять конденсаторы любых типов (кроме электролитических).

В ряде случаев вызывает затруднение проверка конденсаторов малой емкости (порядка десятков и сотен пикофарад), у которых искра при разряде незначительна, а сопротивление утечки настолько велико, что конденсатор с обрывом вывода может быть легко принят за вполне исправный с высоким сопротивлением утечки.

С помощью омметра или авометра в режиме измерения сопротивлений можно в случае необходимости определить полярность оксидного конденсатора (типа К50-6 и др.). При подключении к конденсатору прибор в. зависимости от того, как подключены щупы, в одном положении покажет большее, а в другом меньшее сопротивление. Большее сопротивление соответствует тому случаю, когда плюсовой щуп прибора соединен с положительным полюсом конденсатора.

Оксидные (электролитические) конденсаторы, имеющие полярные выводы, также могут быть включены и параллельно и последователыю. Однако при последовательном их включении всегда следует принимать дополнительные меры для предотвращения пробоя изоляции. Особенно это важно, когда при отсутствии оксидных конденсаторов на нужные рабочие напряжения их заменяют конденсаторами меньше-го рабочего напряжения. Чтобы выровнять напряжения, параллельно каждому из последовательно соединенных конденсаторов  подключают резисторы одинакового сопротивления (0,5 — 1,5 МОм). Потери, которые вызываются подключением таких резисторов, незначительны, и практически не отражаются на-работе выпрямителя. Общая емкость двух одинаковых по емкости конденсаторов, последовательно соединенных, равна половине емкости каждого из них.

Как проверить конденсатор

При конструировании и ремонте электронной техники часто возникает необходимость в проверке радиоэлементов, в том числе и конденсаторов. О том, как с достоверной точностью проверить исправность конденсаторов перед их использованием и пойдёт речь.

Самым доступным и распространённым прибором, с помощью которого можно проверить практически любой конденсатор, является цифровой мультиметр, включенный в режим омметра.

Наиболее важным является проверка конденсатора на пробой.

Пробой конденсатора – это неисправность, связанная с изменением сопротивления диэлектрика между обкладками конденсатора вследствие превышения допустимого рабочего напряжения на обкладках конденсатора.

При значительном превышении рабочего напряжения на конденсаторе, между его обкладками происходит электрический пробой. На корпусе пробитых конденсаторов можно обнаружить потемнения, вздутия, тёмные пятна и другие внешние признаки неисправности элемента.

Поскольку конденсатор не пропускает постоянный ток, то сопротивление между его выводами (обкладками) должно быть очень большим и ограничиваться лишь так называемым сопротивлением утечки. В реальных конденсаторах диэлектрик, несмотря на то, что он является, по сути, изолятором, пропускает незначительный ток. Этот ток для исправного конденсатора очень мал и не учитывается. Он называется током утечки.

Данный способ подходит для проверки неполярных конденсаторов. В неполярных конденсаторах, в которых диэлектриком является слюда, керамика, бумага, стекло, воздух, сопротивление утечки бесконечно большое и если измерить сопротивление между выводами такого конденсатора цифровым мультиметром, то прибор зафиксирует бесконечно большое сопротивление.

Обычно, если у конденсатора присутствует электрический пробой, то сопротивление между его обкладками составляет довольно малую величину – несколько единиц или десятки Ом. Пробитый конденсатор, по сути, является обычным проводником.

На практике проверить на пробой любой неполярный конденсатор можно так:

Переключаем цифровой мультиметр в режим измерения сопротивления и устанавливаем самый большой из возможных пределов измерения сопротивления.
Далее подключаем измерительные щупы к выводам проверяемого конденсатора. При исправном конденсаторе прибор не покажет никакого значения и на дисплее засветиться единичка. Это свидетельствует о том, что сопротивление утечки конденсатора более 2 Мегаом. Этого достаточно, чтобы в большинстве случаев судить об исправности конденсатора. Если цифровой мультиметр чётко зафиксирует какое-либо сопротивление, меньшее 2 Мегаом, то, скорее всего, конденсатор неисправен.

Следует учесть, что держаться обеими руками выводов и щупов мультиметра при измерении нельзя. Так как в таком случае прибор зафиксирует сопротивление Вашего тела, а не сопротивление утечки конденсатора. Поскольку сопротивление тела человека меньше сопротивления утечки, то ток потечёт по пути наименьшего сопротивления, то есть через ваше тело по пути рука – рука. Поэтому не стоит забывать о правилах при проведении измерения сопротивления.

Проверка полярных электролитических конденсаторов с помощью омметра несколько отличается от проверки неполярных.

Сопротивление утечки полярных конденсаторов обычно составляет не менее 100 кОм. Для более качественных полярных конденсаторов это значение не менее 1 Мегаом. При проверке таких конденсаторов омметром следует сначала разрядить конденсатор, замкнув выводы накоротко.

Далее необходимо установить предел измерения сопротивления не ниже 100 килоОм. Для упомянутых выше конденсаторов это будет предел 200k (200.000 Ом). Далее соблюдая полярность подключения щупов, измеряют сопротивление утечки конденсатора. Так как электролитические конденсаторы имеют довольно высокую емкость, то при проверке конденсатор начнёт заряжаться. Этот процесс занимает несколько секунд, в течение которых сопротивление на цифровом дисплее будет расти, и будет расти до тех пор, пока конденсатор не зарядится. Если значение измеряемого сопротивления перевалило за 100 килоОм, то в большинстве случаев можно с достаточной уверенностью судить об исправности конденсатора.

Ранее, когда среди радиолюбителей были распространены стрелочные омметры, проверка конденсаторов проводилась аналогичным образом. При этом конденсатор заряжался от батареи омметра и сопротивление, показываемое стрелочным прибором росло, в конечном итоге достигая значения сопротивления утечки.

По скорости отклонения стрелки измерительного прибора от нуля и до конечного значения оценивали емкость электролитического конденсатора. Чем дольше проходила зарядка (дольше отклонялась стрелка прибора), тем соответственно, была больше ёмкость конденсатора. Для конденсаторов с небольшой ёмкостью (1 – 100 мкф) стрелка измерительного прибора отклонялась достаточно быстро, что свидетельствовало о небольшой ёмкости конденсатора, а вот при проверке конденсаторов с большой ёмкостью (1000 мкф и более), стрелка отклонялась значительно медленнее.
Проверка конденсаторов с помощью омметра является косвенным методом. Более точную и правдивую оценку об исправности конденсатора и его параметрах позволяет получить мультиметр с возможностью измерения ёмкости конденсатора.

При проверке электролитических конденсаторов необходимо перед проведением измерения ёмкости полностью разрядить проверяемый конденсатор. Особенно этого правила стоит придерживаться при проверке полярных конденсаторов, имеющих большую ёмкость и высокое рабочее напряжение. Если этого не сделать, то можно испортить измерительный прибор.

Например, часто приходиться проверять исправность конденсаторов, которые выполняют роль фильтрующих, и применяются в импульсных блоках питания. Их ёмкость и рабочее напряжение достаточно велики и при неполном разряде могут привести к порче измерительного прибора.

Поэтому такие конденсаторы перед проверкой следует разрядить, закоротив выводы накоротко (для низковольтных конденсаторов с малой ёмкостью), либо подсоединив к выводам резистор, сопротивлением 5-10 килоОм (для высоковольтных конденсаторов). При проведении данной операции не стоит касаться руками выводов конденсатора, иначе можно получить неприятный удар током при разряде обкладок. При закорачивании выводов заряженного электролитического конденсатора проскакивает искра. Чтобы исключить появление искры, выводы высоковольтных конденсаторов и закорачивают через резистор.

Одной из существенных неисправностей электролитических конденсаторов является частичная потеря ёмкости, вызванная повышенной утечкой. В таких случаях ёмкость конденсатора заметно меньше, чем указанная на корпусе. Определить такую неисправность при помощи омметра довольно сложно. Для точного обнаружения такой неисправности, как потеря ёмкости потребуется измеритель ёмкости, который есть не в каждом мультиметре.

Также с помощью омметра трудно обнаружить такую неисправность конденсатора как обрыв. При обрыве конденсатор электрически представляет собой два изолированных проводника не имеющих никакой ёмкости.

Для полярных электролитических конденсатором косвенным признаком обрыва может служить отсутствие изменения показаний на дисплее мультиметра при замере сопротивления. Для неполярных конденсаторов малой ёмкости обнаружить обрыв практически невозможно, поскольку исправный конденсатор также имеет очень высокое сопротивление.

Обнаружить обрыв в конденсаторе возможно лишь с помощью приборов для измерения ёмкости конденсатора.

На практике обрыв в конденсаторах встречается довольно редко, в основном при механических повреждениях. Куда чаще при ремонте аппаратуры приходиться заменять конденсаторы, имеющие электрический пробой либо частичную потерю ёмкости.
Например, люминесцентные компактные лампы частенько выходят из строя по причине электрического пробоя конденсаторов в электронной схеме преобразователя.

Причиной неисправности телевизора может служить потеря ёмкости электролитического конденсатора в схеме источника питания.

Потеря ёмкости электролитическими конденсаторами легко обнаруживается при замере ёмкости таких конденсаторов с помощью мультиметров с функцией измерения ёмкости. 
Неисправность конденсатора можно определить при внешнем осмотре, например, корпус электролитических конденсаторов имеет разрыв насечки в верхней части корпуса. Это свидетельствует о том, что на конденсатор действовало завышенное напряжение, вследствие чего и произошёл, так называемый «взрыв” конденсатора. Корпуса неполярных конденсаторов при значительном превышении рабочего напряжения имеют свойство раскалываться, на поверхности образуются расколы и трещины.

Такие дефекты конденсаторов появляются, например, при воздействии мощного электрического разряда на электронный прибор во время грозовых разрядов и сильных скачков напряжения электроосветительной сети.

Как проверить конденсатор, неисправности конденсаторов и их устранение

Рассмотрены возможные неисправности конденсаторов, способы проверки при помощи подручных средств и приборов. Как показывает практика ремонта за последние годы, наибольшее число отказов аппаратуры происходит по вине электролитических конденсаторов. При этом наблюдается снижение числа отказов по вине других компонентов.

Здесь будут перечислены основные виды неисправностей конденсаторов, и способы их выявления. Считается, что основными видами неисправностей конденсаторов являются пробой и обрыв, на самом деле их больше.

Обрыв электролитического конденсатора, снижение емкости

Обрыв характеризуется отсутствием емкости. Если номинальная емкость конденсатора (та, которая должна быть) ниже 20 мкФ, то единственным способом проверки будет измерение емкости. На этот случай желательно иметь мультиметр с функцией измерения емкости. Обычно такие мультиметры способны измерять емкость до 20 мкФ.

Пример мультиметра с измерением емкости из разряда «бюджетной цены» — DT9206A, но есть и масса других. Здесь все ясно, -измеряем емкость, прибором и делаем выводы:

Если емкости нет — конденсатор неисправен, — только выбросить. Если емкость понижена — конденсатор неисправен, и использовать его можно, но не желательно, потому что емкость может и еще снизиться.

Проверить наличие емкости электролитического конденсатора с номинальной емкостью более 20 мкФ в принципе можно с помощью любого мультиметра, на режиме измерения сопротивления. Выбираем предел измерения «200 кОм», сначала замыкаем выводы конденсатора чтобы снять возможно имеющийся в нем заряд, затем размыкаем выводы и подключаем к ним щупы мультиметра. На дисплее появится некоторая величина сопротивления, которая будет расти тем быстрее, чем меньше емкость

конденсатора, и через некоторое время достигнет «бесконечности». Это происходит потому что, в процессе зарядки емкости конденсатора ток через конденсатор снижается, а сопротивление, которое мультиметр определяет по функции обратной току, соответственно, растет. У полностью заряженного конденсатора сопротивление будет стремиться к бесконечности.

Если все именно так и происходит, значит, емкость у конденсатора имеется. Если же сразу «бесконечность» — увы, у конденсатора обрыв, и его можно только выкинуть. Измерить емкость электролитического конденсатора при помощи омметра в принципе то же можно.

Но весьма необычным способом. Кроме мультиметра для этого потребуется секундомер, лист бумаги, карандаш и большая кучка заведомо исправных конденсаторов разных емкостей.

Нужно расположить эти конденсаторы в порядке возрастания емкости и измеряя их сопротивление омметром, как написано выше, замерять секундомером сколько времени у каждого из них уходит от начала измерения до «бесконечности» сопротивления. Затем, эти данные записать в виде таблицы. При этом, не забыв указать на каком пределе измерения сопротивления данные были получены.

Теперь, чтобы определить емкость электролитического конденсатора, нужно измеряя его сопротивление мультиметром, определить секундомером сколько уйдет времени на достижение «бесконечности». А затем по этой таблице определить примерно емкость. Не забывайте перед каждым измерением разряжать конденсатор, временно замыкая его выводы.

Данный способ годится только для электролитических конденсаторов номинальной емкостью более 20 мкФ. У конденсаторов меньшей емкости процесс нарастания сопротивления до «бесконечности» будет происходить слишком быстро, — вы его просто не заметите.

Пробой электролитического конденсатора

Практически, пробой это замыкание внутри конденсатора. Классический пробой легко определяется омметром, потому что прибор либо показывает ноль сопротивления, либо некоторое небольшое сопротивление, которое не увеличивается или немного увеличивается, но не достигает «бесконечности».

Пробой можно определить и без приборов по внешнему виду конденсатора. Дело в том, что при пробое электролитического конденсатора внутри него электролит вскипает и выделяется газ. На верхушке корпуса современных электролитических конденсаторов есть крестообразные насечки, которые при избытке давления внутри конденсатора раскрываются, выбухают.

Внешне это очень заметно, особенно на фоне рядом находящихся исправных конденсаторов.

Впрочем, бывает, что пробой происходит как-то мягко, и «голову» конденсатору не разрывает. В любом случае — разрыв или выбухание насечек говорит о непригодности конденсатора, и его необходимо заменить.

Снижение максимального допустимого напряжения

Есть интересная неисправность конденсатора, при которой с ним происходит обратимый пробой, наступающий при превышении определенного напряжения на его обкладках. Обычно, максимально допустимое напряжение на обкладках конденсатора указано в его маркировке.

Но есть такая неисправность, при которой величина максимально допустимого напряжения снижается. При этом, конденсатор может казаться вполне исправным, -измеритель емкости покажет правильный результат, а сопротивление в заряженном состоянии будет «бесконечным». Но в схеме конденсатор ведет себя так, как будто он пробит.

Здесь дело именно в том, что понизилось максимально допустимое напряжение на обкладках конденсатора. И теперь конденсатор пробивает при значительно более низком напряжении. Но пробой этот обратимый, и при проверке омметром на напряжении ниже напряжения, вызывающего пробой, конденсатор кажется исправным.

Для проверки конденсатора на максимальное напряжение нужен лабораторный источник постоянного тока. Установите на его клеммах минимальное напряжение, подключите к ним испытуемый конденсатор (соблюдая полярность), и плавно увеличивайте напряжение до величины, немного ниже указанной на корпусе конденсатора.

Например, есть конденсатор, у которого на корпусе написано «40V», это значит, что пробоя при напряжении от нуля до 40V быть не должно. И вот выясняется, что уже при напряжении 25V у этого конденсатора начался пробой со всеми признаками, — увеличение тока, нагрев, вскипание. .. даже возможен переход лабораторного блока питания в режим защиты от короткого замыкания.

Все это говорит о том, что конденсатор не пригоден, потому что даже если вы планируете его использовать в цепи, где напряжение не более 25V, нет никакой гарантии, что его напряжение пробоя не опустится в любой момент еще ниже. Такой конденсатор будет вести себя нестабильно, — лучше его не паять в схему.

Увеличение внутреннего сопротивления конденсатора

Физически это выглядит так, как будто последовательно конденсатору подключили резистор. При увеличении данного параметра снижается пиковый ток через конденсатор при его заряде или разряде, вносится задержка в цепи, где этот конденсатор работает.

Данный параметр называется ЭПС (эквивалентное последовательное сопротивление) или в английской аббревиатуре — ESR. Для определения эквивалентного последовательного сопротивления нужен специальный прибор — измеритель ESR.

Андреев С.

Неисправности электролитических конденсаторов

Как электрический прибор конденсатор участвует во множестве электрических схем. Основа работы такого элемента основана на постепенном накоплении электричества разного потенциала между обкладками и его последующего резкого разряда. Сегодня наиболее распространенными в схемотехнике являются два вида конденсаторов:. На практике эти электронные компоненты являются небольшими по размерам приборами, но при этом имеют очень большую и довольно чувствительную емкость, поэтому при работе с ними необходимо максимально соблюдать осторожность и внимательность. Принцип работы, на котором основана работа этого радиоэлемента заключается в том, что при использовании его в электрических схемах он способен накапливать электрический заряд.


Поиск данных по Вашему запросу:

Неисправности электролитических конденсаторов

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

  • Электролитический конденсатор
  • Свойства электролитического конденсатора
  • Как проверять конденсаторы мультиметром?
  • Как проверять конденсаторы мультиметром: пошаговая инструкция
  • Как проверить конденсатор?
  • Разновидности конденсаторов по типу диэлектрика
  • КОНДЕНСАТОРЫ
  • Как заменить конденсатор в электронной аппаратуре
  • Неисправности конденсаторов

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: КАК ПРОВЕРИТЬ КОНДЕНСАТОРЫ НА ПЛАТЕ НЕ ВЫПАИВАЯ ИХ

Электролитический конденсатор


Конденсаторы — самые распространенные после резисторов компоненты электронных схем. Кроме этого они применяются в устройствах силовой электроники и электротехнике: блоках питания, схемах пуска электродвигателей, в установках компенсации реактивной мощности. Поэтому проверять исправность конденсаторов приходится не так уж редко.

Рассмотрим, как это делается. Сначала проверяется их внешний вид. У зарубежных конденсаторов бочкообразной формы сверху нанесена крестообразная насечка. Неисправности электролитических конденсаторов часто сопровождаются повышением давления внутри корпуса.

При этом отечественные компоненты могут взорваться, испачкав содержимым все вокруг. Насечка у импортных конденсаторов позволяет этого избежать.

При повышении давления она вздувается, а затем лопается. Если при осмотре обнаружены элементы с вздувшимся или поврежденным корпусом, то их неисправность не вызывает сомнений. Для дальнейшей проверки конденсатор придется выпаять. Проверка его в составе схемы невозможна, так как в ней всегда найдется элементы, искажающие результаты теста. То же относится и к остальным категориям конденсаторов. Перед тем, как проверять исправность конденсатора, его разряжают.

Для этого замыкают его выводы между собой при помощи пинцета, отрезка проволоки или другим доступным металлическим предметом. Конденсаторы большой емкости, рассчитанные на напряжение 50 В и более, работающие в силовых устройствах, лучше разряжать в два этапа. Сначала — через нагрузку лампочку или резистор , затем — замыканием выводов накоротко.

Если устройство, в состав которого они входят, только что отключено от питающей сети, то разрядить элемент нужно до выпаивания из схемы и после этого. Для проверки потребуется мультиметр или тестер. Тестер в этом случае предпочтительнее, так как движение стрелки нагляднее иллюстрирует процесс. Прибор переключают на предел измерения сопротивлений не менее 1 мегаома. Обратите внимание: у некоторых приборов для работы на этом пределе требуется внешний источник питания.

Нельзя касаться руками одновременно обоих щупов прибора. Так он измерит сопротивление вашего тела. Касаемся щупами выводов проверяемого элемента. Проверка заключается в том, что измерительный прибор своей батарейкой будет заряжать конденсатор. В момент начала зарядки ток наибольший, при этом сопротивление элемента стремиться к нулю.

По мере заряда ток падает, а сопротивление — увеличивается. Когда конденсатор заряжен, ток через исправный элемент равен нулю, а его сопротивление — бесконечности. При токе утечки через конденсатор сопротивление в конце заряда отличается от бесконечности. При замыкании между обкладками прибор покажет ноль.

Чем больше емкость конденсатора, тем медленнее он заряжается. Но чтобы по времени заряда определить емкость, нужен богатый опыт, полученный при проверке не одной сотни элементов. А потеря емкости — одна из неисправностей конденсаторов. Чтобы ее измерить, понадобится мультиметр с возможностью измерения емкостей. Но эти приборы имеют недостаток: верхний предел измеряемой емкости у них ограничен 20 микрофарадами.

Для измерения емкости в широких пределах используются LC-метры или цифровые измерители емкости. Выглядят они, как обыкновенный мультиметр, но ничего, кроме емкости, не измеряют. Не всегда описанные методы помогают определить неисправный элемент. Некоторые неисправности проявляют себя только при рабочем напряжении на обкладках конденсатора, а все приборы имеют питание не более 1,5 — 4,5 В. В таких случаях поможет только установка заведомо исправного элемента вместо проверяемого.

Заряжая конденсатор от мультиметра или тестера можно проверить исправность элементов, емкость которых не ниже 0,5 мкФ. Полярность подключения при этом не имеет значения. При меньших значениях вы не успеете заметить изменений показаний прибора. В этом случае поможет только цифровой измеритель емкости. Если емкость проверяемого элемента не укладывается в границы, определяемые ее номинальным значением с учетом допуска, то он неисправен.

Мультиметр же сможет показать только ярко выраженное замыкание между обкладками. Конденсаторы с рабочим напряжением В и выше можно проверить, зарядив его от сети. При этом место подключения должно быть защищено от короткого замыкания автоматическим выключателем, а последовательно с конденсатором нужно подключить резистор, сопротивлением не менее Ом для ограничения первоначального броска тока.

Сразу после зарядки и через некоторое время измеряется напряжение на выводах элемента, заряд должен сохраняться продолжительное время. Затем его нужно разрядить, для чего лучше использовать тот же резистор, через который он был заряжен. При выпаивании элемента из схемы он неизбежно нагревается.

Иногда при этом его работоспособность восстанавливается, поэтому полной гарантии в исправности выпаянного конденсатора после успешной проверки не бывает никогда. Если в ходе поиска неисправности вы зашли в тупик, пробуйте поочередно менять элементы на новые.

Номинальное значение емкости переменных и подстроечных конденсаторов состоит из двух значений — минимального и максимального. В этих пределах изменяется емкость при регулировке. Поэтому и проверять их исправность нужно, выполняя измерения цифровым измерителем емкости на крайних положениях.

К тому же стоит посмотреть, как изменяться показания при перемещении регулятора от одного крайнего положения к другому. При скачкообразных изменениях измеренных значений или при их исчезновении конденсатор тоже бракуется.

У конденсаторов переменной емкости визуально проверяется отсутствие механических повреждений, отсутствие затираний и замыканий обкладок между собой при движении. Сохранить моё имя, email и адрес сайта в этом браузере для последующих моих комментариев. Перейти к контенту Автоматика и Узо Устройство и принцип работы автоматов защиты в электрической цепи УЗО Где размещают вводной автоматический выключатель?

Датчик контроля протечки воды — защита имущества Устройства плавного пуска двигателей — залог качественной работы электродвигателя ИБП UPS — источник бесперебойного питания для дома и офиса Как выбрать стабилизатор напряжения для газового котла? Как подключить фотореле сумеречный выключатель для уличного освещения?

Схемы Как подключить электросчетчик правильно? Модульный таймер времени Ограничитель перенапряжения: классификация, назначение, принцип Ограничитель мощности: принцип работы ОМ. Как правильно подключить устройство защитного отключения УЗО? Энергосберегающие лампы — реальная экономия! Как правильно организовать освещение в детской комнате? Как правильно организовать освещение в прихожей? Как правильно организовать освещение в спальной комнате?

Какое должно быть освещение на кухне? Декоративное освещение интерьера — акцент света Как правильно подобрать освещение в доме? Плюсы и минусы энергосберегающей лампы Светодиодное освещение — что это такое и где их используют?

Освещение дома в стиле ретро Люстры в стиле ретро в современном дизайне освещения Подводные светодиодные светильники — особенности и преимущества Проводники Монтаж электропроводки в квартире Как проделать штробу в стене под электрическую проводку? Как сделать монтаж скрытой проводки? Чем отличается ноль от нуль? Схема звезда Как защитить дом от молнии? Дополнительное уравнивание потенциалов Потребители электричества Как выбрать электрический конвектор отопления? Как правильно купить полотенцесушитель и его монтаж Правила установки посудомоечной машины Электрическая схема подключения водонагревателя Электрический духовой шкаф: выбрать, установить и подключить Подключение электроплиты: основные вопросы Как проложить электропроводку для вентиляции?

Как сделать монтаж инфракрасного теплого пола? Монтаж электропроводки для рольставней Стиральная машина — какой провод проложить? Электрический теплый пол: правила установки Электропроводка для кондиционера Электрические обогревательные приборы для дома и дачи Нагревательная лента кабель для кровли и водостоков Электрический котел для отопления загородного дома Электрика. Аппараты для сварки скруток медных проводов Электрика слаботочная.

Оцените качество статьи:. Понравилась статья? Поделиться с друзьями:. Добавить комментарий Отменить ответ. Основы электротехники Электрика для дома Автоматика и Узо Освещение Проводники Заземление Потребители электричества Электрика в вопросах и ответах Электрика слаботочная Электричество в природе.


Свойства электролитического конденсатора

Думаю всем известно, что такое конденсатор. Если кто не видел данный элемент микросхем, то точно слушал о нем. Самой распространенной причиной неисправности в радиоэлектронике является повреждение именно этого элемента. Чтобы определить какой именно конденсатор в схеме вышел из строя их необходимо проверить на работоспособность.

и устранение неисправностей СЦБ — Отказы конденсаторов и способы их . Во избежание уменьшения емкости электролитических конденсаторов.

Как проверять конденсаторы мультиметром?

Конденсаторы от лат. Емкость конденсатора зависит от размеров площади обкладок, расстояния между ними и свойств диэлектрика. Важным свойством конденсатора является то, что для переменного тока он представляет собой сопротивление, величина которого уменьшается с ростом частоты. Как и резисторы, конденсаторы разделяют на конденсаторы постоянной емкости, конденсаторы переменной емкости КПЕ , подстроечные и саморегулирующиеся. Наиболее распространены конденсаторы постоянной емкости. Их применяют в колебательных контурах, различных фильтрах, а также для разделения цепей постоянного и переменного токов и в качестве блокировочных элементов. Конденсаторы постоянной емкости. Условное графическое обозначение конденсатора постоянной емкости—две параллельные липни — символизирует его основные части: две обкладки и диэлектрик между ними. Около обозначения конденсатора на схеме обычно указывают его номинальную емкость, а иногда и номинальное напряжение. Основная единица измерения емкости — фарад Ф — емкость такого уединенного проводника, потенциал которого возрастает на один вольт при увеличении заряда на один кулон.

Как проверять конденсаторы мультиметром: пошаговая инструкция

Теория и практика. Кейсы, схемы, примеры и технические решения, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой.

В радиоэлектронике используются огромное количество всевозможных конденсаторов. Все конденсаторы различаются по таким основным параметрам как номинальная ёмкость, рабочее напряжение и допуск.

Как проверить конденсатор?

При конструировании и ремонте электронной техники часто возникает необходимость в проверке радиоэлементов, в том числе и конденсаторов. О том, как с достоверной точностью проверить исправность конденсаторов перед их использованием и пойдёт речь. Самым доступным и распространённым прибором, с помощью которого можно проверить практически любой конденсатор, является цифровой мультиметр, включенный в режим омметра. Пробой конденсатора — это неисправность, связанная с изменением сопротивления диэлектрика между обкладками конденсатора вследствие превышения допустимого рабочего напряжения на обкладках конденсатора. При значительном превышении рабочего напряжения на конденсаторе, между его обкладками происходит электрический пробой. На корпусе пробитых конденсаторов можно обнаружить потемнения, вздутия, тёмные пятна и другие внешние признаки неисправности элемента.

Разновидности конденсаторов по типу диэлектрика

Самая распространённая поломка современной электроники — это неисправность электролитических конденсаторов. Если вы после разбора корпуса электронного устройства замечали, что на печатной плате имеются конденсаторы с деформированным, вздутым корпусом, из которого сочится ядовитый электролит, то самое время разобраться, как распознать поломку или дефект в конденсаторе и подобрать адекватную замену. Содержание Что такое конденсатор Почему взрываются конденсаторы электролитического типа Полярность подключения электролитических конденсаторов Немного о безопасности Что такое конденсатор По сути, конденсатор — радиоэлектронный компонент, основная цель которого — это накопление и отдача электроэнергии с целью фильтрации, сглаживания и генерации переменных электрических колебаний. Любой конденсатор имеет два важнейших электрических параметра: ёмкость и максимальное постоянное напряжение, которое может быть приложено к конденсатору без его пробоя или разрушения. Ёмкость, как правило, определяет, какое количество электрической энергии может вобрать в себя конденсатор, если приложить к его обкладкам постоянное напряжение, не превышающее заданного лимита. Ёмкость измеряется в Фарадах. Наибольшее распространение получили конденсаторы, ёмкость которых исчисляется в микрофарадах мкФ , пикофарадах пкФ и нанофарадах нФ.

Неисправности конденсаторов, особенно большой емкости, такие, как потеря Проверка полярных электролитических конденсаторов с помощью .

КОНДЕНСАТОРЫ

Неисправности электролитических конденсаторов

Без конденсаторов, пожалуй, не обходится ни одна электрическая или электронная схема. Этот довольно простой по строению и, в общем-то, нехитрый по принципу своего действия элемент — буквально незаменим. Многие конденсаторы способны служить десятилетиями, и при этом не потребовать замены.

Как заменить конденсатор в электронной аппаратуре

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: КАК ПРОВЕРИТЬ КОНДЕНСАТОР МУЛЬТИМЕТРОМ

Выход из строя такой, казалось бы, простой детали как конденсатор часто приводит к поломке электротехники. Чтобы определить его исправность, даже не понадобится изучать основы электротехники, достаточно знать как проверить мультиметром конденсатор, после чего восстановить работоспособность микроволновки или холодильника не составит труда. Прежде чем произвести ремонт необходимо определить какая деталь неисправна, для этого нам потребуется цифровой мультиметр, такой как показан на рисунке ниже и паяльник. Не все неисправности конденсатора поддаются тестированию в режиме омметра, например, при обрыве. И если мультиметр показывает бесконечно большое сопротивление полярного элемента, что может является явным признаком его неисправности при условии правильного подключения , то для неполярных радиодеталей этот способ совершенно не годится. Проверить потерю номинальной емкости в режиме омметра также невозможно.

В радиоэлектронике используются огромное количество всевозможных конденсаторов.

Неисправности конденсаторов

Выключатель света для сарая. УКВ-ЧМ передатчик для организации местного вещания. Как показывает практика ремонта за последние годы, наибольшее число отказов аппаратуры происходит по вине электролитических конденсаторов. Здесь будут перечислены основные виды неисправностей конденсаторов, и способы их выявления. Считается, что основными видами неисправностей конденсаторов являются пробой и обрыв, на самом деле их больше. Обрыв характеризуется отсутствием емкости.

Главная особенность электролитических конденсаторов, наверняка, состоит в том, что они по сравнению с остальными обладают большой ёмкостью и довольно небольшими габаритами. Широко распространённые алюминиевые конденсаторы по сравнению с другими имеют некоторые специфические свойства, которые следует учитывать при их использовании. За счёт того, что алюминиевые обкладки электролитических конденсаторов скручивают для помещения в цилиндрический корпус, образуется индуктивность.


Как проверить конденсатор мультиметром: инструкции, фото, видео

Конденсатор — часть разных микросхем. Если с ними возникли проблемы, нужно проверить именно этот элемент. В таком важном деле помогает с виду незатейливый, но очень полезный прибор — мультиметр. Чтобы вы смогли ощутить всю прелесть этого скромного измерителя, мы расскажем вам, как проверить конденсатор мультиметром.

Contents

  • 1 Обязательно к прочтению!
  • 2 Как проверить конденсатор мультиметром на работоспособность
    • 2.1 Как измерить емкость конденсатора мультиметром: режим сопротивления
    • 2.2 Измерение емкости мультиметром у конденсатора: используем специальную функцию
    • 2.3 Проверка обрыва через прозвонку
  • 3 Как проверить пусковой конденсатор мультиметром
  • 4 Как проверить керамический конденсатор мультиметром
    • 4. 1 Вопрос — ответ

Обязательно к прочтению!

Перед началом измерительных процессов учтите несложные, но очень важные правила проверки конденсатора мультиметром на работоспособность:

  1. Проверять разрешается только разряженные конденсаторы. Они копят электрозаряд, поэтому необходимо их разряжать. Для этого можно использовать отвертку: дотроньтесь до выводов для образования искры. После этого можно заниматься прозвонкой. Кстати, некоторые используют для проверки конденсатора кабели и лампы, но применение мультиметра отличается точностью и надежностью.
  2. Если ёмкость конденсатора больше 20 мкФ, даже и думать не стоит о простом коротком замыкании. Включите сопротивление на 5-20 КОм, которое подразумевает один-два Вт, между контактами. Если не учесть этого, в ходе разрядки будет мощная искра, а это уже риск для здоровья. Помните, что взаимодействовать с высокоёмкими элементами нужно в защитных очках!
  3. До того, как начать мерить, изучите внешнее состояние конденсатора. Когда нарушена изоляция, имеются трещины и прочие дефекты, лучше сразу менять его на рабочую деталь. Если видимых проблем нет, стоит использовать тестер.
  4. Важно понять тип конденсатора. Когда он с полярностями, важно их соблюдать, если вы не планируете распрощаться с устройством. Если неполярный, то можно не определять “-” и “+” выходы.
  5. Для проверки ёмкости конденсатора придется его выпаять. Если вы думаете, как прозвонить конденсатор мультиметром на плате, придется вас разочаровать: никак. Если вы попытаетесь проводить измерения прямо на плате, процесс будет подвергаться влиянию других составных цепи, то есть показания будут неточным. Впрочем, продаются определенные измерители, у которых на щупах напряжение снижено, что позволяет осуществлять проверку даже на плате.

Есть ещё момент в отношении того, на плате как проверить конденсатор мультиметром, не выпаивая. Без выпаивания допускается проверить возможность функционирования элемента, если нет зашунтирования низкоомной цепью. Неисправность можно проверять, например, с помощью функции постоянного напряжения. То есть, если не выпаять элемент, можно даже на плате узнавать, рабочий конденсатор или нет.

Видео о проверке конденсатора мультиметром, не выпаивая:

Как проверить конденсатор мультиметром на работоспособность

Мы уже упоминали о полярности. Что нужно для определения полярного устройства? На корпусе будет контрастная полоса (на светлом фоне темная полоса и наоборот). Она является отметкой для вывода со знаком “-”.

Перед тем как измерить конденсатор мультиметром, посмотрите на наличие полоски. Если её нет, расположение щупов не важно.

Видео, как проверить мультиметром конденсатор электролитический, то есть полярный:

Как измерить емкость конденсатора мультиметром: режим сопротивления

Вот как должен измеряться конденсатор:

  1. Выбрать на мультиметре функцию сопротивления (омметра). Благодаря такому режиму можно определить наличие замыкания или обрыва.
  2. Выставить границу значений. Если элемент неполярный, ставим 2МОм. Иначе нам понадобится значение в 200 Ом.
  3. Не забываем, что механизм должен быть отпаянным от платы.
  4. Щупами соединиться с конденсаторными выводами в зависимости от полярности. Если полярности нет, на расположение можно не обращать внимания.
  5. Орлиным глазом смотрим на дисплей включенного мультиметра. Там появятся цифры, постепенно увеличивающиеся до 1. Объясняется это просто: измеритель заряжает деталь.

Если появилась цифра 1, можно смело делать вывод о том, что с функционированием механизма всё в порядке. Если при соединении контактов сразу появилось это значение, радовать не чему: в детали есть обрыв и она не пригодна к дальнейшему использованию. Да и цифра 0 не особо оптимистична, ведь указывает на короткое замыкание.

Если конденсатор без полярностей, работоспособная цифра — 2. Всё, что ниже, указывает на отсутствие функционирования конденсатора. Теперь вы знаете, как проверить емкость мультиметром у конденсатора. Но эта инструкция предназначена для цифровых измерителей. Кстати, советуем к прочтению материал о том, как пользоваться тестером.

Для аналоговых моделей процесс измерений ещё более простой. Главное — смотреть на движение стрелки.  Если она перемещается спокойно, всё в порядке. Если видите очень маленькое или большое значение, значит, конденсатор сломан.

Измерение конденсаторов мультиметром с функцией омметра осуществляется для элементов, ёмкость которых больше 0.25 мкФ. Если значение меньше, нужно использовать специальные измерители с высоким разрешением.

Измерение емкости мультиметром у конденсатора: используем специальную функцию

Сейчас поговорим о мультиметрах, у которых есть режим измерения ёмкости. Принцип действия практически такой же. Для начала выбираем нужную функцию мультиметра, затем:

  1. Выбираем значение измерений. Для этого смотрим, что написано на конденсаторе и выбираем ближайшее сверху значение. К примеру, мы видим, что на элементе стоит ёмкость в 1 мкФ. Тогда выставляем 2.
  2. Соединяем провода мультиметра с контактными выводами нашего конденсатора.
  3. Фиксируем на бумаге или просто у себя в голове показатели с дисплея.

Не замыкайте щупы на выводах собственноручно! Проводимость нашего организма по сравнению с конденсатором лучше, в результате чего ток тестера будет проходить по цепи из одной руки в другую. Поэтому на дисплее вы увидите цифры, которые относятся к вам, а не к конденсатору.

Есть тестеры с отверстиями для конденсаторов. Это удобно, так нужно только выбрать функцию и значения измерений, а затем вставить элемент в гнездо, после чего дисплей покажет значение проверки.

Теперь вы знаете самое необходимое о проверке емкости мультиметром.

Проверка обрыва через прозвонку

Здесь мы снова имеем дело с ёмкостью. А всё потому, что принцип анализа на обрыв основан на том, чтобы поймать хотя бы какие-то признаки того, что у конденсатора есть ёмкость. Один из способов это осуществить — сигнал на функции прозвонки.

Очень простая пошаговая инструкция, как проверить конденсатор мультиметром:

  1. Выбрать на измерителе функцию прозвонки.
  2. Дотронуться щупами до выводов конденсатора.
  3. Внимательно слушать.

Мультиметр должен выдать короткий писк. Он может звучать как щелчок, поэтому держите ухо востро.

Есть секрет, как сделать продолжительность сигнала больше. Для этого заранее зарядите конденсаторы напряжением со знаком “-”: приложите щупы в обратном порядке. За счет этого при следующей прозвонке измеритель сначала перезарядит элемент от “-” напряжение до 0, а потом от 0 до момента выключения писка. Так как этот процесс протекает дольше, писк тоже станет более продолжительным, и вам будет легче услышать его.

Посмотрите, как замерить конденсатор мультиметром:

Как проверить пусковой конденсатор мультиметром

Пусковой конденсатор нужен для стабильного функционирования электродвигателя. Проверить его работу мультиметром просто:

  1. Обесточить кондиционер.
  2. Разрядить конденсатор.
  3. Снять клемму.
  4. Выбрать на мультиметре функцию измерения ёмкости.
  5. Выбрать предел значений. Для этого, как обычно, смотрим на значения корпуса и выставляем на приборе параметр больше.
  6. Прислонить щупы к выводам.
  7. Устремляем взор на цифры, которые появились на экране.

Если значение отличается от того, что на корпусе, скорее всего, механизм нуждается в замене.

Как проверить керамический конденсатор мультиметром

Элементы из керамики обычно без полярностей. Как мы уже упоминали, их проверка практически такая же, отличается лишь норма полученных значений:

  1. На мультиметре выбираем функцию измерения сопротивления.
  2. Ставим максимальный предел замеров.
  3. Дотрагиваемся проводами мультиметра до контактов, но не прикасаемся к ним сами!

Если на дисплее вы увидели цифру от 2 Мом — всё в порядке. Если же значение меньше, конденсатор не пригоден для дальнейшего использования.

Теперь вы знаете самое главное о том, как проверить исправность конденсатора мультиметром и сможете сделать это самостоятельно.

Желаем вам безопасных и точных проверок!

Вопрос — ответ

Вопрос: Как можно проверить конденсатор обычным мультиметром на работоспособность?

Имя: Даниил

Ответ: Сначала нужно разрядить конденсатор, а также определить его тип: если полярный, нужно соблюдать полярность. Если неполярный, то определять “-” и “+” выходы не обязательно. Также нужно выпаять конденсатор.

 

Вопрос: Как прозвонить конденсатор с помощью мультиметра?

Имя: Даниил

Ответ: Нужно выбрать режим прозвонки, дотронуться щупами до выводов конденсатора и внимательно слушать. Мультиметр издаст короткий писк.

 

Вопрос: Как проверить конденсатор простым мультиметром, не выпаивая?

Имя: Дмитрий

Ответ: Если оставить компонент на плате, результаты будут неточным. Без выпаивания можно только проверить, работает конденсатор или нет, если не зашунтирован низкоомной цепью. Для этого нужен режим проверки постоянного напряжения или сопротивлений.

 

Вопрос: Как правильно проверить электролитический конденсатор мультиметром?

Имя: Рамиль

Ответ: Электролитический или полярный конденсатор проверяется в режиме омметра или на функции измерения ёмкости. В первом случае выбираем режим омметра, устанавливаем пределы измерений (200 Ом), щупами касаемся выводов конденсатора в зависимости от полярности.

 

Вопрос: Как лучше всего проверить пусковой конденсатор мультиметром?

Имя: Ильгиз

Ответ: Для этого нужно обесточить кондиционер, разрядить конденсатор и снять клемму. На мультиметре выбирается режим измерения ёмкости. Также выбирается предел значений в зависимости от того, что указано на корпусе. Клемма снимается, щупы присоединяются к конденсаторным выводам.

 

Как проверить конденсатор на работоспособность мультиметром

Не знаете, как проверить конденсатор на работоспособность мультиметром? Технология проверки этого элемента схемы довольно простая, главное – уметь пользоваться тестером и соблюдать несколько простых рекомендаций. Итак, далее мы расскажем с помощью каких приборов легче всего определить исправность конденсатора и как это правильно сделать.

  • Подготовительные работы
  • Способ №1 – Мультиметр в помощь
  • Измеряем сопротивление
  • Измеряем емкость
  • Измеряем напряжение
  • Способ № 2 – Обойдемся без приборов
  • Что еще важно знать?

Подготовительные работы

Перед тем, как проверять исправность конденсатора, нужно его обязательно разрядить. Для этого лучше всего использовать обычную отвертку. Жалом Вы должны прикоснуться одновременно к двум выводам бочонка, чтобы возникла искра. После небольшой вспышки можно переходить к проверке работоспособности.

Способ №1 – Мультиметр в помощь

Если конденсатор не работает, то лучше всего проверить его работоспособность мультиметром либо цешкой. Этот прибор позволяет определить емкость «кондера», наличие обрыва внутри бочонка либо возникновение короткого замыкания в цепи. О том, как пользоваться мультиметром мы уже Вам рассказывали, поэтому изначально рекомендуем ознакомиться с этой статьей. Если Вы умеете работать тестером, то дела обстоят гораздо проще.

Первым делом Вы должны определить, какой конденсатор находится в схеме: полярный (электролитический) или неполярный. Дело в том, что при проверке полярного изделия нужно соблюдать полярность: плюсовой щуп должен быть прижат к плюсовой ножке, а минусовой, соответственно, к минусу. В случае с неполярным вариантом детали соблюдать полярность не нужно, но и проверять его придется по другой технологии (об этом мы расскажем ниже). После того, как Вы определитесь с типом элемента, можно переходить к проверочным работам, которые мы сейчас рассмотрим по очереди.

Измеряем сопротивление

Итак, сначала нужно проверить сопротивление конденсатора мультиметром. Для этого отпаиваем бочонок со схемы и с помощью пинцета аккуратно перемещаем его на рабочую поверхность, к примеру, свободный стол.

После этого переключаем тестер в режим прозвонки (измерение сопротивления) и дотрагиваемся щупами до выводов, соблюдая полярность.

Обращаем Ваше внимание на то, что если Вы перепутаете минус с плюсом, проверка работоспособности может закончиться неудачно, т. к. конденсатор сразу же выйдет из строя. Чтобы такого не произошло, запомните следующий момент – производители всегда отмечают минусовой контакт галочкой!

После того, как Вы дотронетесь щупами до ножек, на дисплее цифрового мультиметра должно появиться первое значение, которое моментально начнет расти. Это связано с тем, что тестер при контакте начнет заряжать конденсатор.

Через некоторое время на дисплее появиться максимальное значение – «1», что говорит об исправности детали.

Если же Вы только начали проверять конденсатор мультиметром, и у Вас появилась «1», значит внутри бочонка произошел обрыв и он неисправен. В то же время появление нуля на табло свидетельствует о том, что внутри кондера произошло короткое замыкание.

Если для проверки сопротивления Вы решите использовать аналоговый мультиметр (стрелочный), то определить работоспособность элемента будет еще проще, наблюдая за ходом стрелки. Как и в предыдущем случае, минимальное и максимальное значение будет говорить о поломке детали, а плавное повышение сопротивления будет означать пригодность полярного конденсатора.

Чтобы самостоятельно проверить целостность неполярного кондера в домашних условиях, достаточно без соблюдения полярности прикоснуться щупами тестера к ножкам, выставив диапазон измерений на отметку 2 МОм. На дисплее должно появиться значение больше двойки. Если это не так, конденсатор не рабочий и его нужно заменить.

Следует также отметить, что предоставленный выше способ проверки подойдет только для изделий, емкостью более 0,25 мкФ. Если же номинал элемента схемы меньше, нужно сначала убедиться, что мультиметр способен работать в таком режиме, ну или купить специальный тестер – LC-метр.

Измеряем емкость

Следующий способ проверки работоспособности изделия – на пробой, измерив емкостные характеристики кондера и сравнив их с номинальным значением (указано производителем на внешней оболочке, что наглядно видно на фото).

Самостоятельно измерить емкость конденсатора мультиметром совсем не сложно. Необходимо всего лишь перевести переключатель в диапазон измерений, опираясь на номинал и, если в тестере есть специальные посадочные гнезда, вставить в них деталь, как показано на фото ниже.

Если же такой функции в тестере нет, можно проверить емкость с помощью щупов, аналогично предыдущему методу. При подключении щупов на дисплее должна высветиться емкость, близка по значению к номинальным характеристикам. Если это не так, значит, конденсатор пробит и нужно заменить деталь.

Измеряем напряжение

Еще один способ, позволяющий узнать, рабочий конденсатор или нет – проверить его напряжение вольтметром (ну или «мультиком») и сравнить результат с номиналом. Для проверки Вам понадобится источник питания с немного меньшим напряжением, к примеру, для 25-вольтного кондера достаточно источника напряжения в 9 Вольт. Соблюдая полярность, подключите щупы к ножкам и подождите несколько секунд, чего вполне хватит для зарядки.

После этого переведите тестер в режим измерения напряжения и выполните проверку работоспособности. В самом начале замера на дисплее должно появиться значение, примерно равное номиналу. Если это не так, конденсатор неисправен.

Обращаем Ваше внимание на то, что при подключении вольтметра бочонок будет постепенно терять заряд, поэтому достоверное напряжением можно увидеть только в самом начале замеров!

Тут же хотелось бы сказать пару слов о том, как проверить конденсатор большой емкости простым способом. Сначала Вы должны полностью зарядить элемент в течение нескольких секунд, после чего замкнуть контакты обычной отверткой с изолированной ручкой. Если бочонок рабочий, должна возникнуть яркая искра. Если искры нет либо она очень тусклая, скорее всего, конденсатор не работает, а точнее — не держит заряд.

Какой-либо этап проверки был Вам непонятен? Тогда просмотрите технологию проверки работоспособности конденсатора мультиметром на данном видео уроке:

Как проверить целостность «кондера»

Способ № 2 – Обойдемся без приборов

Менее качественный способ проверки работоспособности емкостного элемента – с помощью самодельной прозвонки в виде лампочки и двух проводов. Таким способом можно только проверить конденсатор на короткое замыкание. Как и в случае с отверткой, сначала заряжаем деталь, после чего выводами пробника прикасаемся к ножкам. Если кондер работает, произойдет искра, которая моментально его разрядит. О том, как сделать контрольную лампу электрика, мы также рассказывали.

Что еще важно знать?

Не всегда проверка работоспособности конденсатора требует использование мультиметра либо других тестеров. Иногда достаточно визуально посмотреть на внешнее состояние изделия, что проверить его на вздутие либо пробой. Сначала внимательно просмотрите верхнюю часть бочонка, на которой производителем нанесен крестик (слабое место, предотвращающее взрыв кондера при выходе из строя).

Если Вы увидите там подтекание либо разрушение изоляции, значит, конденсатор пробит, и проверять его тестером уже нет смысла. Также внимательно просмотрите, не потемнел либо не взудлся ли этот элемент схемы, что случается очень часто. Ну и не следует забывать о том, что возможно повреждения возникли на самой плате рядом с местом подключения конденсатора. Эту неисправность можно увидеть невооруженным глазом, особенно, когда происходит отслоение дорожек либо изменение цвета платы.

Еще один важный момент, который Вы должны учитывать – проверку изделия нужно выполнять, только демонтировав его с платы. Если Вы хотите проверить конденсатор, не выпаивая из схемы, учтите, что может возникнуть большая погрешность измерений из-за находящихся рядом остальных элементов цепи.

Вот и все, что хотелось рассказать Вам о том, как проверить работоспособность конденсатора мультиметром в домашних условиях. Эту инструкцию мы рекомендуем Вам использовать при ремонте микроволоновки либо стиральной машины своими руками, т.к. у данного вида бытовой техники очень часто происходит эта поломка. Помимо этого кондер часто перестает работать на кондиционерах, усилителях и даже видеокартах. Поэтому если Вы желаете что-либо отремонтировать своими силами, надеемся, что эта инструкция Вам поможет!

Также читают:

  • Как проверить правильность работы счетчика электроэнергии
  • Способы проверки УЗО
  • Как определить фазу и ноль без приборов

Как проверить конденсатор мультиметром на работоспособность

По сути ремонт любой радиоэлектронной аппаратуры сводится к поиску и замене неисправных деталей. И, возможно, вы удивитесь тому, насколько часто выходят из строя такие, казалось бы, простые компоненты как конденсаторы. В то время как нежные диоды, чувствительные транзисторы и сложные микросхемы остаются целыми и невредимыми.

Типичные неисправности конденсаторов:

  • КЗ между обкладками. Как правило, это следствие механического повреждения, перегрева или превышения рабочего напряжения (пробой). Самый простой случай, т.к. легко выявляется любым мультиметром в режиме прозвонки;
  • внутренний обрыв с полной потерей емкости (вот почему нельзя коротить отвертками). В случае с конденсаторами большой емкости этот дефект достаточно просто диагностируется. Выявление обрыва у мелких кондеров (менее 500 пФ) является довольно трудоемкой задачей и осуществляется только при помощи спец. приборов;
  • частичная потеря емкости. Для электролитических конденсаторов потеря емкости с годами практически неизбежна, однако это не всегда приводит к неисправности устройства (но может ухудшать его характеристики). Керамические, пленочные и прочие с твердым диэлектриком, как правило, более стабильны, но могут потерять емкость в результате механического повреждения;
  • слишком низкое сопротивление утечки (конденсатор «не держит» заряд). В основном это свойственно электролитическим конденсаторам. Хотя танталовые в этом плане очень хороши;
  • слишком большое эквивалентное последовательное сопротивление (ЕПС или ESR). Проблема по большей части касается «электролитов» и проявляется только при работе с высокочастотными или импульсными токами.

Существует масса способов как проверить конденсатор мультиметром на работоспособность. Пойдем по-порядку.

Содержание статьи:

  • Внешний осмотр.
  • Проверка на короткое замыкание:
    — «прозвонка» тестером;
    — светодиодом и батарейкой;
    — с помощью лампочки на 220 В.
  • Проверка на внутренний обрыв:
    — звуковой сигнал в режиме «прозвонки»;
    — измерение сопротивления постоянному току;
    — по остаточному напряжению.
  • Определяем рабочее напряжение конденсатора:
    — по напряжению пробоя;
    — по току утечки.
  • Измерение тока утечки конденсатора.
  • Измерение емкости конденсатора:
    — с использованием специальных приборов;
    — с использованием второго конденсатора известной емкости;
    — расчет емкости через постоянную времени цепи;
    — другие методы (контроль сопротивления, яркость лампы, баланс моста).
  • Как проверить конденсатор не выпаивая из схемы.

Внешний осмотр

Иногда достаточно одного взгляда, чтобы определить неисправный конденсатор на плате. В таких случаях нет смысла проверять его какими-либо приборами.Конденсатор подлежит замене, если визуальный осмотр показал наличие:

  • даже незначительного вздутия, следов подтеков;
  • механических повреждений, вмятин;
  • трещин, сколов (актуально для керамики).

Конденсаторы, имеющие любой из указанных признаков, эксплуатировать НЕЛЬЗЯ.

Измерение емкости конденсатора мультиметром и специальными приборами

Некоторые мультиметры имеют функцию измерения емкости. Взять хотя бы эти распространенные модели: M890D, AM-1083, DT9205A, UT139C и т.д.Также в продаже есть цифровые измерители емкости, например, XC6013L или A6013L.

С помощью любого из этих приборов можно не только узнать точную емкость конденсатора, но и убедиться в отсутствии короткого замыкания между обкладками или внутреннего обрыва одного из выводов.

Некоторые производители даже уверяют, что их мультиметры способны проверить емкость конденсатора не выпаивая его с платы. Что, конечно же, противоречит здравому смыслу.

К сожалению, проверка конденсатора мультиметром не поможет определить такие наиважнейшие параметры, как ток утечки и эквивалентное последовательное сопротивление (ESR). Их измерить только с помощью специализированных тестеров. Например, с помощью весьма недорогого LC-метра.

Проверка на короткое замыкание

Способ №1: определение КЗ в режиме прозвонки

Как прозванивать конденсаторы мультиметром? Нужно включить мультиметр в режим прозвонки или измерения сопротивления и приложить щупы к выводам конденсатора.

В зависимости от емкости мультиметр либо сразу же покажет бесконечное сопротивление, либо через какое-то время (от нескольких секунд до десятков секунд).

Если же прибор постоянно пищит в режиме прозвонки (или показывает очень низкое сопротивление в режиме измерения сопротивления), то конденсатор можно смело выкидывать.

Способ №2: определение КЗ конденсатора с помощью светодиода и батарейки

Если нет мультиметра (и даже старой советской «цешки» нету), то можно попробовать подключить светодиод или лампочку к батарейке через исследуемый конденсатор.

Т.к. исправный конденсатор имеет ооочень большое сопротивление постоянному току, лампочка гореть не должна. Хотя, если емкость конденсатора достаточно большая, лампочка может вспыхнуть на короткое время (пока конденсатор не зарядится).

Если же светодиод горит постоянно, конденсатор 100% неисправен.

Если при проверке конденсатора наблюдается эффект постепенного роста сопротивления вплоть до бесконечности (ну или светодиод на какое-то время вспыхивает и гаснет) то конденсатор совершенно точно имеет какую-то емкость. Следовательно, проверку на обрыв можно не делать.

Способ №3: проверка конденсатора лампочкой на 220В

Подходит для высоковольтных неполярных конденсаторов (например, пусковые конденсаторы из стиральных машин, насосов, различных станков и т.п.).

Все что нужно сделать — просто подключить лампу накаливания небольшой мощности (25-40 Вт) через конденсатор. Полярность конденсатора не имеет значения:

Способ позволяет одним выстрелом убить двух зайцев: обнаружить КЗ, если оно есть, и убедиться в том, что конденсатор имеет ненулевую емкость (не находится в обрыве).

При исправном конденсаторе лампочка будет гореть в полнакала. Чем меньше емкость — тем тусклее будет гореть лампочка.

Если лампа горит в полную мощность (точно также как и без конденсатора), значит конденсатор «пробит» и подлежит замене. Если лампочка совсем не светится — внутри конденсатора обрыв.

Способ №3 очень наглядно продемонстрирован в этом видео:

Проверка на отсутствие внутреннего обрыва

Обрыв — распространенный дефект конденсатора, при котором один из его электродов теряет электрическое соединение с обкладкой и фактически превращается в короткий, ни с чем не соединенный (висящий в воздухе), проводник.

Чаще всего обрыв происходит из-за превышения рабочего напряжения конденсатора. Этим грешат не только электролитические конденсаторы, но и специальные помехоподавляющие конденсаторы типа Y (они, кстати говоря, специально так спроектированы, чтобы уходить в отрыв, а не в КЗ).

Конденсатор с внутренним обрывом внешне ничем не отличается от исправного, кроме случаев, когда ножку физически оторвали от корпуса 🙂

Разумеется, в случае отрыва одного из выводов от обкладки конденсатора, емкость такого конденсатора становится равной нулю. Поэтому суть проверки на обрыв состоит в том, чтобы уловить хоть малейшие признаки наличия емкости у проверяемого конденсатора.

Как это сделать? Есть три способа.

Способ №1: исключение обрыва через звуковой сигнал в режиме прозвонки

Включить мультиметр в режим прозвонки, прикоснуться щупами к выводам конденсатора и в этот момент мультиметр должен издать непродолжительный писк. Иногда звук настолько короткий (зависит от емкости конденсатора), что больше похож на щелчок и нужно очень постараться, чтобы его услышать.

Небольшой лайфхак: чтобы увеличить продолжительность звукового сигнала при прозвонке совсем маленьких конденсаторов, нужно предварительно зарядить их отрицательным напряжением, приложив щупы мультиметра в обратном порядке. Тогда при последующей прозвонке мультиметру сначала придется перезарядить конденсатор от какого-то отрицательного напряжения до нуля, и только потом — от нуля до момента отключения пищалки. На все это уйдет значительно больше времени, а значит сигнал будет звучать дольше и его проще будет расслышать.

Вот какой-то чувак, сам того не подозревая, применяет этот лайфхак на видео:

Из своей практике могу сказать, что с помощью уловки, описанной выше, мне удавалось уловить реакцию мультиметра на конденсатор емкостью всего лишь 0.1 мкФ (или 100 нФ)!

Способ №2: увеличение сопротивления постоянному току как признак отсутствия обрыва

Если предыдущий способ не помог и вообще не понятно, как проверить конденсатор тестером, то вот вам более чувствительный метод проверки.

Необходимо переключить мультиметр в режим измерения сопротивления. Выбрать максимально доступный предел измерения (20 или лучше 200 МОм). Приложить щупы к выводам конденсатора и наблюдать за показаниями мультиметра.

По мере заряда конденсатора от внутреннего источника мультиметра, его сопротивление будет постоянно расти до тех пор, пока не выйдет за пределы диапазона измерения. Если такой эффект наблюдается, значит обрыва нет.

Кстати говоря, может так оказаться, что рост сопротивления остановится на значении от единиц до пары десятков МОм — для конденсаторов с жидким электролитом (кроме танталовых) это абсолютно нормально. Для остальных конденсаторов сопротивление утечки должно быть больше, как минимум, на порядок.

При измерении таких высоких сопротивлений необходимо следить за тем, чтобы не касаться пальцами сразу обоих измерительных щупов. Иначе сопротивление кожи внесет свои коррективы и исказит все результаты.

С помощью измерения сопротивления на пределе 200 МОм мне удавалось однозначно определить отсутствие обрыва в конденсаторах емкостью всего 0.001 мкФ (или 1000 пФ).

Вот видео для наглядности:

Способ №3: измерение остаточного напряжения для исключения внутреннего обрыва

Это самый чувствительный способ, позволяющий убедиться в отсутствии обрыва конденсатора даже тогда, когда все предыдущие способы не помогли.

Берется мультиметр в режиме прозвонки или в режиме измерения сопротивления (не важно в каком диапазоне) и на пару секунд прикладываем щупы к выводам испытуемого конденсатора. В этот момент конденсатор зарядится от мультиметра до какого-то небольшого напряжения (обычно 2.8 В).

Затем мы быстро переключаем мультиметр в режим измерения постоянного напряжения на самом чувствительном диапазоне и, не мешкая слишком долго, снова прикладываем щупы к конденсатору, чтобы измерить на нем напряжение. Если у кондера есть хоть какая-нибудь вразумительная емкость, то мультиметр успеет показать напряжение, до которого был заряжен конденсатор.

Этим способом мне удавалось с помощью обычного цифрового мультиметра M890D отловить емкость вплоть до 470 пФ (0.00047 мкФ)! А это очень маленькая емкость.

Вообще говоря, это наиболее эффективный метод прозвонки конденсаторов. Таким способ можно проверять кондеры любой емкости — от малюсеньких до самых больших, а также любого типа — полярные, неполярные, электролитические, пленочные, керамические, оксидные, воздушные, металло-бумажные и т.д.

Правда, если конденсатор имеет совсем маленькую емкость, до 470 пФ, то, увы, проверить его на обрыв без специального прибора, вроде упомянутого ранее LC-метра, никак не получится.

Определение рабочего напряжения конденсатора

Строго говоря, если на конденсаторе нет маркировки и не известна схема, в которой он стоял, то узнать его рабочее напряжение неразрушающими методами НЕВОЗМОЖНО.

Однако, имея некоторый опыт, можно оооочень приблизительно прикинуть «на глазок» рабочее напряжение исходя из габаритов конденсатора. Естественно, чем больше размеры конденсатора и чем меньше при этом его емкость, тем на большее напряжение он расчитан.

Способ №1: определение рабочего напряжения через напряжения пробоя

Если имеется несколько одинаковых конденсаторов и одним из них не жалко пожертвовать, то можно определить напряжение пробоя, которое обычно раза в 2-3 выше рабочего напряжения.

Напряжение пробоя конденсатора измеряется следующим образом. Конденсатор подключается через токоограничительный резистор к регулируемому источнику напряжения, способного выдавать заведомо больше, чем напряжение пробоя. Напряжение на конденсаторе контроллируется вольтметром.

Затем напряжение плавно повышают до тех пор, пока не произойдет пробой (момент, когда напряжение на конденсаторе резко упадет до нуля).

За рабочее напряжение можно принять значение, в 2-3 раза меньше, чем напряжение пробоя. Но это такое… Вы можете иметь свое мнение на этот счет.

Внимание! Обязательно соблюдайте все меры предосторожности! При проверке конденсатора на пробой необходимо использовать защищенный стенд, а также индивидуальные средства защиты зрения.

Энергии заряженного конденсатора бывает достаточно, чтобы устроить небольшой ядерный взрыв прямо на рабочем столе. Вот, можно посмотреть, как это бывает:

А некоторые типы керамических конденсаторов при электрическом пробое способны разлетаться на очень мелкие, но твердые осколки, без труда пробивающие кожу (не говоря уже о глазах).

Способ №2: нахождение рабочего напряжения конденсатора через ток утечки

Этот способ узнать рабочее напряжение конденсатора подходит для алюминиевых электролитических конденсаторов (полярных и неполярных). А таких конденсаторов большинство.

Суть заключается в том, чтобы отловить момент, при котором его ток утечки начинает нелинейно возрастать. Для этого собираем простейшую схему:

и делаем замеры тока утечки при различных значениях приложенного напряжения (начиная с 5 вольт и далее). Напряжение следует повышать постепенно, одинаковыми порциями, записывая показания вольтметра и микроампераметра в таблицу.

У меня получилась такая табличка (моя чуйка подсказала мне, что это довольно высоковольтный конденсатор, так что я сразу начал прибавлять по 10В):

Напряжение на
конденсаторе, В		Ток утечки,
мкА		Прирост тока,
мкА
101.11.1
202.21.1
303.31.1
404.51.2
505.81.3
607. 21.4
708.91.7
8011.02.1
9013.42.4
10016.02.6

Как только станет заметно, что одинаковый прирост напряжения каждый раз приводит к непропорционально бОльшему приросту тока утечки, эксперимент следует остановить, так как перед нами не стоит задача довести конденсатор до электрического пробоя.

Если из полученных значений построить график, то он будет иметь следующий вид:

Видно, что начиная с 50-60 вольт, график зависимости тока утечки от напряжения обретает явно выраженную нелинейность. А если принять во внимание стандартный ряд напряжений:

Стандартный ряд номинальных рабочих напряжений конденсаторов, В
6.3101620253240506380100125160200250315350400450500

то можно предположить, что для данного конденсатора рабочее напряжение составляет либо 50 либо 63 В.

Согласен, метод достаточно трудоемкий, но не сказать о нем было бы ошибкой.

Как измерить ток утечки конденсатора?

Чуть выше уже была описана методика измерения тока утечки. Хотелось бы только добавить, что Iут измеряется либо при максимальном рабочем напряжении конденсатора либо при таком напряжении, при котором конденсатор планируется использовать.

Также можно вычислить ток утечки конденсатора косвенным методом — через падение напряжения на заранее известном сопротивлении:

При проверке полярных конденсаторов на утечку необходимо соблюдать полярность их подключения. В противном случае будут получены некорректные результаты.

При измерении тока утечки электролитических конденсаторов после подачи напряжения очень важно выждать какое-то время (минут 5-10) для того, чтобы все электрохимические процессы завершились. Особенно это актуально для конденсаторов, которые в течение длительного времени были выведены из эксплуатации.

Вот видео с наглядной демонстрацией описанного метода измерения тока утечки конденсатора:

Определение емкости неизвестного конденсатора

Способ №1: измерение емкости специальными приборами

Самый просто способ — измерить емкость с помощью прибора, имеющего функцию измерения емкостей. Это и так понятно, и об этом уже говорилсь в начале статьи и тут нечего больше добавить.Если с приборами совсем туган, можно попробовать собрать простенький самодельный тестер. В интернете можно найти неплохие схемы (посложнее, попроще, совсем простая).

Ну или раскошелиться, наконец, на универсальный тестер, который измеряет емкость до 100000 мкФ, ESR, сопротивление, индуктивность, позволяет проверять диоды и измерять параметры транзисторов. Сколько раз он меня выручал!

Способ №2: измерение емкости двух последовательно включенных конденсаторов

Иногда бывает так, что имеется мультиметр с измерялкой емкости, но его предела не хватает. Обычно верхний порог мультиметров — это 20 или 200 мкФ, а нам нужно измерить емкость, например, в 1200 мкФ. Как тогда быть?

На помощь приходит формула емкости двух последовательно соединенных конденсаторов:Суть в том, что результирующая емкость Cрез двух последовательных кондеров будет всегда меньше емкости самого маленького из этих конденсаторов. Другими словами, если взять конденсатор на 20 мкФ, то какой бы большой емкостью не обладал бы второй конденсатор, результирующая емкость все равно будет меньше, чем 20 мкФ.

Таким образом, если предел измерения нашего мультиметра 20 мкФ, то неизвестный конденсатор нужно последовательно с конденсатором не более 20 мкФ.Остается только измерить общую емкость цепочки из двух последовательно включенных конденсаторов. Емкость неизвестного конденсатора рассчитывается по формуле:Давайте для примера рассчитаем емкость большого конденсатора Сх с фотографии выше. Для проведения измерения последовательно с этим конденсатором включен конденсатор С1 на 10.06 мкФ (он был предварительно измерен). Видно, что результирующая емкость составила Cрез = 9. 97 мкФ.

Подставляем эти цифры в формулу и получаем:

Способ №3: измерение емкости через постоянную времени цепи

Как известно, постоянная времени RC-цепи зависит от величины сопротивления R и значения емкости Cх:Постоянная времени — это время, за которое напряжение на конденсаторе уменьшится в е раз (где е — это основание натурального логарифма, приблизительно равное 2,718).

Таким образом, если засечь за какое время разрядится конденсатор через известное сопротивление, рассчитать его емкость не составит труда.Для повышения точности измерения необходимо взять резистор с минимальным отклонением сопротивления. Думаю, 0.005% будет нормально =)Хотя можно взять обычный резистор с 5-10%-ой погрешностью и тупо измерить его реальное сопротивление мультиметром. Резистор желательно выбирать такой, чтобы время разряда конденсатора было более-менее вменяемым (секунд 10-30).

Вот какой-то чел очень хорошо все рассказал на видео:

Другие способы измерения емкости

Также можно очень приблизительно оценить емкость конденсатора через скорость роста его сопротивления постоянному току в режиме прозвонки. Об этом уже упоминалось, когда шла речь про проверку на обрыв.

Яркость свечения лампочки (см. метод поиска КЗ) также дает весьма приблизительную оценку емкости, но тем не менее такое способ имеет право на существование.

Существует также метод измерения емкости посредством измерения ее сопротивления переменному току. Примером реализации данного метода служит простейшая мостовая схема:Вращением ротора переменного конденсатора С2 добиваются баланса моста (балансировка определяется по минимальным показаниям вольтметра). Шкала заранее проградуирована в значениях емкости измеряемого конденсатора. Переключатель SA1 служит для переключения диапазона измерения. Замкнутое положение соответствует шкале 40…85 пФ. Конденсаторы С3 и С4 можно заменить одинаковыми резисторами.

Недостаток схемы — необходим генератор переменного напряжения, плюс требуется предварительная калиброка.

Можно ли проверить конденсатор мультиметром не выпаивая его с платы?

Не существует однозначного ответа на вопрос как проверить конденсатор мультиметром не выпаивая: все зависит о схемы, в которой стоит конденсатор.

Все дело в том, что принципиальные схемы, как правило, состоят из множества элементов, которые могут быть соединены с исследуемым конденсатором самым замысловатым образом.

Например, несколько конденсаторов могут быть соединены параллельно и тогда прибор покажет их суммарную емкость. Если при этом один из конденсаторов будет в обрыве, то это будет очень сложно заметить.

Или, например, довольно часто параллельно электролитическому конденсатору устанавливают керамический. В этом случае нет ни малейшей возможности прозвонить конденсатор мультиметром на плате и определить внутренний обрыв.В колебательных контурах, вообще, параллельно кондеру может оказаться катушка индуктивности. Тогда прозвонка конденсатора покажет короткое замыкание, хотя на самом деле его нет.

Вот пример, когда все пять конденсаторов покажут ложное КЗ:

Таким образом, проверка конденсаторов мультиметром без выпаивания вообще невозможна.

В схемах импульсных блоков питания очень часто встречаются контура, состоящие из вторичной обмотки трансформатора, диода и выпрямительного конденсатора. Так вот любая «прозвонка» конденсатора при пробитом диоде покажет КЗ. А на самом деле конденсатор может быть вполне исправен.Вообще-то, проверить электролитический конденсатор мультиметром не выпаивая можно, но это только для кондеров ощутимой емкости (>1 мкФ) и только проверить наличие емкости и отсутствие коротыша. Ни о каком измерении емкости и речи быть не может. К тому же, если прибор покажет КЗ, то выпаивать все-таки придется, так как коротить может что угодно на плате.

Мелкие кондеры проверяются только на отсутствие КЗ, обрыв и нулевую емкость таким образом не проверишь.

Вот очень правильный и понятный видос на эту тему:

Примеры выше (а также доходчивое видео) не оставляют никаких сомнений, что проверка конденсаторов не выпаивая из схемы — это фантастика.

Если какой-либо конденсатор вызывает сомнения, лучше сразу заменить его на заведомо исправный. Или хотя бы временно подпаять хороший конденсатор параллельно сомнительному, чтобы подтвердить или опровергнуть подозрения.

Почему конденсаторы выходят из строя? Виды отказа конденсатора и распространенные причины

Главная   / Технические бюллетени   / Почему конденсаторы выходят из строя


Посмотреть в формате PDF

Бумажные и пленочные конденсаторы подвержены двум классическим отказам: обрыву или короткому замыканию. В эти категории входят прерывистое открытие, шорты или шорты с высоким сопротивлением. В дополнение к этим отказам конденсаторы могут выйти из строя из-за дрейфа емкости, нестабильности при изменении температуры, высокого коэффициента рассеяния или низкого сопротивления изоляции.

Отказы могут быть результатом электрических, механических или экологических перегрузок, «износа» из-за разрушения диэлектрика во время эксплуатации или производственных дефектов.

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРОБОЙ (КОРОТКИЕ ЗАМЫКАНИЯ)

Классическим механизмом отказа конденсатора является пробой диэлектрика. Диэлектрик в конденсаторе подвергается воздействию полного потенциала, которым заряжается устройство, и из-за небольших физических размеров конденсатора часто возникают высокие электрические напряжения. Пробой диэлектрика может произойти после многих часов удовлетворительной работы. Существует множество причин, которые могут быть связаны с эксплуатационными сбоями. Если устройство работает в максимальных номинальных условиях или ниже, большинство диэлектрических материалов со временем и температурой постепенно изнашиваются, вплоть до возможного выхода из строя. Большинство обычных диэлектрических материалов подвергаются медленному процессу старения, в результате которого они становятся хрупкими и более восприимчивыми к растрескиванию. Чем выше температура, тем больше ускоряется процесс. Химическая или водная очистка также может оказать неблагоприятное воздействие на конденсаторы (см. Технический бюллетень №11).

Пробой диэлектрика может произойти в результате неправильного применения или скачков высокого напряжения. Конденсатор может выдержать множество повторных применений переходных процессов высокого напряжения; однако это может привести к преждевременному отказу.

ОТКРЫТЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ

Открытые конденсаторы обычно появляются в результате перегрузки в приложении. Например, работа конденсаторов с номиналом постоянного тока при высоких уровнях переменного тока может вызвать локальный нагрев на концевых клеммах. Локализованный нагрев обусловлен большими потерями 12R. (См. Технический бюллетень №10). Продолжительная работа конденсатора может привести к повышенному сопротивлению оконечной нагрузки, дополнительному нагреву и возможному выходу из строя. Состояние «разомкнут» вызвано разъединением концевого соединения конденсатора. Это состояние чаще возникает с конденсаторами малой емкости и диаметром менее 0,25 дюйма. Вот почему необходимо соблюдать осторожность при выборе конденсатора для приложений переменного тока.

Установка конденсаторов за провода в среде с высокой вибрацией также может привести к «открытому» состоянию. Военные спецификации требуют, чтобы компоненты весом более половины унции не могли быть установлены только за их выводы. Провод может утомиться и сломаться в области выхода, если будет достигнут сильный резонанс. Корпус конденсатора необходимо закрепить на месте с помощью зажима или структурного клея.

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Следующий список представляет собой сводку наиболее распространенных экологически «критических факторов» в отношении конденсаторов. Инженер-конструктор должен принимать во внимание свои собственные приложения и эффекты, вызванные комбинациями различных факторов окружающей среды.

СРОК СЛУЖБЫ

Необходимо учитывать срок службы конденсатора. Срок службы уменьшается с повышением температуры.

ЕМКОСТЬ

Емкость будет изменяться вверх и вниз в зависимости от температуры в зависимости от диэлектрика. Это вызвано изменением диэлектрической проницаемости и расширением или сжатием самого диэлектрического материала/электродов. Изменения емкости могут быть результатом чрезмерных зажимных давлений на нежестких корпусах. (См. Технический бюллетень №4).

СОПРОТИВЛЕНИЕ ИЗОЛЯЦИИ

При повышении температуры конденсатора сопротивление изоляции уменьшается. Это связано с повышенной электронной активностью. Низкое сопротивление изоляции также может быть результатом попадания влаги в обмотки, длительного воздействия чрезмерной влажности или попадания влаги в процессе производства. (См. Технический бюллетень № 5).

КОЭФФИЦИЕНТ ПОТЕРИ

Коэффициент рассеяния представляет собой сложную функцию, связанную с «неэффективностью» конденсатора. «Д.Ф.» может изменяться в большую или меньшую сторону с повышением температуры в зависимости от материала диэлектрика. (См. Технический бюллетень № 6).

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ

Уровень диэлектрической прочности (диэлектрическое выдерживаемое напряжение или «напряжение напряжения») снижается по мере повышения температуры. Это связано с химической активностью диэлектрического материала, которая вызывает изменение физических или электрических свойств конденсатора.

УПЛОТНЕНИЕ

Герметичные конденсаторы
При повышении температуры внутреннее давление внутри конденсатора увеличивается. Если внутреннее давление становится достаточно большим, это может вызвать пробой в конденсаторе, что может вызвать утечку пропиточной жидкости или восприимчивость к влаге.

Конденсаторы в эпоксидном корпусе/обернутые и заполненные конденсаторы
Эпоксидные уплотнения как на конденсаторах с эпоксидным покрытием, так и на оболочке и заполнении выдерживают кратковременное воздействие среды с высокой влажностью без ухудшения характеристик. Эпоксидные смолы и «пластиковые» ленты образуют «псевдонепроницаемый барьер» для воды и химикатов. Эти материалы корпуса несколько пористые и через осмос могут привести к попаданию загрязняющих веществ в конденсатор. Второй областью поглощения загрязняющих веществ является интерфейс провод/эпоксидная смола. Поскольку эпоксидные смолы не могут на 100 % соединиться с лужеными проводами, может образоваться путь вверх по проводу в секцию конденсатора. Это может усугубиться водной очисткой печатных плат. (Electrocube предлагает решение для поглощения влаги/загрязняющих веществ. См. Технический бюллетень №11).

ВИБРАЦИЯ, УСКОРЕНИЕ И УДАР

Конденсатор может быть механически разрушен или выйти из строя, если он не спроектирован, не изготовлен или не установлен в соответствии с требованиями к вибрации, удару или ускорению в конкретном приложении. Движение конденсатора внутри корпуса может привести к низкому ИК, короткому замыканию или обрыву. Усталость проводов или монтажных кронштейнов также может привести к катастрофическому отказу.

БАРОМЕТРИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ

Высота над уровнем моря, на которой должны эксплуатироваться герметичные конденсаторы, определяет номинальное напряжение конденсатора. По мере снижения барометрического давления увеличивается предельная восприимчивость к дуговому перекрытию.

На негерметичные конденсаторы могут влиять внутренние напряжения из-за изменений давления. Это может быть в форме изменений емкости или диэлектрических дуговых перекрытий, а также низкого ИК-излучения.

Теплопередача также может быть нарушена при работе на большой высоте. Тепло, генерируемое на выводах проводов, не может рассеиваться должным образом и может привести к высоким потерям 12R и возможному выходу из строя.

ИЗЛУЧЕНИЕ

Для космических и ядерных применений необходимо учитывать возможности излучения конденсаторов. Электрическая деградация в форме диэлектрической хрупкости может иметь место, вызывая «короткие замыкания» или «размыкания». Радиационные эффекты в конденсаторах могут быть временными или постоянными. Переходные эффекты — это изменения электрических параметров, то есть изменение емкости и уменьшение сопротивления изоляции (только во время облучения). Специальные методы и процессы могут быть применены к конденсаторам для улучшения радиационной стойкости различных пластиковых диэлектриков.

Конденсаторы с неорганическими диэлектриками и корпусами, такими как стекло, более устойчивы к радиации, чем те, в которых используются органические материалы, такие как бумага, пропитанная маслом. В дополнение к электрическим изменениям, вызванным ионизирующим излучением и бомбардировкой частицами, газовыделение из импрегнантов может создавать разрушающее давление в герметичных корпусах.

На рис. 1 перечислены различные категории конденсаторов в порядке убывания их стойкости к излучению (наиболее устойчивый тип указан первым) согласно Space Material Handbook NASA SP-3025:

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧАСТОТЫ ОТКАЗОВ

Рисунки 2 и 3 взяты из Mil-HBK-217. Цены указаны для полиэфирных конденсаторов типа CTM (конденсаторы в неметаллических корпусах). Данные должны использоваться только в качестве справочных и могут быть применены к большинству пластиковых конденсаторов, не отвечающих требованиям QPL. Частота отказов является ожидаемой. Для продуктов OPL следует проконсультироваться с Mil-HBK-217 для конкретного применения.

Рисунок 1Рисунок 3: Коэффициенты умножения для интенсивности отказов, полученные из рисунка 2

Чтобы избежать выхода из строя конденсатора, поговорите с нашей ведущей в отрасли командой разработчиков электроники.

Посмотреть возможности индивидуальной конструкции »

Неисправности конденсаторов (15 практических примеров использования конденсаторов в различных областях)

Введение

Конденсаторы AIC tech разработаны и изготовлены в соответствии со строгим контролем качества и стандартами безопасности. Чтобы обеспечить более безопасное использование наших конденсаторов, мы просим наших клиентов соблюдать меры предосторожности при использовании и принимать соответствующие меры по проектированию и защите (например, установку цепей защиты).

Однако при нынешнем уровне технологий трудно свести количество отказов конденсаторов к нулю. Поэтому в этом отчете объясняется поиск и устранение неисправностей (диагностика отказов и соответствующие меры), чтобы обеспечить правильное и безопасное использование конденсаторов.

 Скачать

Содержание

  • Возможно, вышел из строя конденсатор?
  • Как выходит из строя конденсатор?
  • 15 практических примеров
    • Алюминиевые электролитические конденсаторы
      Случай 1 Конденсатор начал курить
      Случай 2 Конденсатор выработал тепло и вышел из строя
      Случай 3 Уменьшение емкости
      Случай 4 Выброс пара из конденсатора
      Случай 5 Конденсатор вышел из строя в горячем месте Не нравится срок годности конденсатора Cold
      Case 8?
      Случай 9 Искра от алюминиевого электролитического конденсатора
      Случай 10 Горизонтально установленный алюминиевый электролитический конденсатор
      Случай 11 Вышел из строя конденсатор в последовательно соединенных цепях
    • Пленочные конденсаторы
      Case12 Пленочный конденсатор постоянного тока / переменного тока
      Case13 Что такое электрод, металлизированный или фольгированный?
      Case14 Конденсатор пострадал от термического стресса
      Case15 Странный звук исходил от пленочного конденсатора
  • Приложение (что такое конденсатор)
  • Заключение

Возможно, вышел из строя конденсатор?

Когда конденсатор выходит из строя, он теряет свои основные функции по накоплению заряда постоянного тока и устранению шумов и пульсаций тока. В худшем случае конденсатор может воспламениться, что приведет к пожару.

Если в конденсаторе обнаружены какие-либо из следующих отклонений, немедленно отключите питание и примите соответствующие меры.

  1. Вздутый и деформированный футляр
  2. Трещины в корпусе
  3. Зазор между корпусом и зоной уплотнения
  4. Открыть клапан сброса давления
  5. Разрыв корпуса, повреждение зоны уплотнения
  6. Горячие, выделяющие тепло
  7. Курение
  8. Утечка жидкости
  9. Странный шум
  10. Странный запах

Даже если внешний вид вышедшего из строя конденсатора не является отклонением от нормы, необходимо соблюдать осторожность при обращении с конденсатором. В частности, следует избегать поражения электрическим током *1 из-за остаточного заряда конденсатора, попадания раствора электролита *2 на кожу или в глаза, а также вдыхания паров раствора электролита.

*1 Когда вывод заряженного конденсатора замыкается накоротко (коротко замыкается), чтобы сделать напряжение между выводами равным нулю, а затем короткое замыкание снимается, на выводе конденсатора снова создается напряжение, называемое «напряжением восстановления». конденсатор. Восстанавливающееся напряжение отчетливо наблюдается после длительного применения постоянного напряжения, особенно при повышении температуры.

*2 Электролит в алюминиевых электролитических конденсаторах не содержит вредных веществ. AICtech также предоставляет информационный лист продукта. Однако электролит, выделившийся при сгорании, имеет резкий запах.

Как выходит из строя конденсатор?

Конденсаторы имеют три основных вида отказа

(1) Обрыв, при котором сопротивление (импеданс) конденсатора достигает предельного значения
(2) Отказ в результате короткого замыкания, при котором изоляция разрушается и проходит постоянный ток до
(3) Отказ, при котором характеристики конденсатора, такие как емкость и потери, значительно превышают указанные в спецификациях

Отказ, который наиболее вероятен, зависит от типа конденсатора. Документ IITRI США *3 резюмирует относительную частоту возникновения режимов отказа для каждого конденсатора, как показано в таблице 1. Слюдяные и танталовые конденсаторы чаще выходят из строя на начальном этапе использования (ранний отказ), в то время как алюминиевые электролитические конденсаторы более подвержены износу. выход из строя из-за старения использования. В случае пленочных конденсаторов, когда происходит локальное короткое замыкание, закороченная область может временно самовосстановиться.

*3 Научно-исследовательский институт IIT, Анализ видов и последствий отказов и критичности (FMECA), 1993
    IIT: Illinois Institute of Technology

Отказ в открытом режиме

Отказ конденсатора в открытом режиме может иметь нежелательные последствия для электронного оборудования и компонентов схемы. Например, если в сглаживающей цепи источника питания используется большой конденсатор, большое волнообразное напряжение *4 может быть преобразовано в плоское постоянное напряжение, но если конденсатор разомкнут, большая волна напряжения напрямую применяется к цепи, что может привести к выходу из строя полупроводников и других компонентов.

*4 Это называется напряжение пульсаций.

Причины открытых отказов

Например, когда конденсатор был установлен на плате, сильное воздействие на конденсатор повредило внешние клеммы, что привело к обрыву (область, показанная красным цветом на рис. 1).

Открытая неисправность также возникает при обрыве внутренней проводки между элементом конденсатора и внешней клеммой или при значительном повышении сопротивления в соединениях (красная пунктирная линия на рис. 2).

Рисунок 1
Отсоединение проводов Рис. 2
Отсоединение внутренних выводов

Существует множество спецификаций и способов подключения внешних клемм и внутренней проводки. И это зависит от типа конденсатора, но к факторам, которые могут вызвать открытые отказы, относятся вибрация и удары при монтаже на плате и транспортировке, а также размещение устройства на плате.

Отказ режима короткого замыкания

Когда конденсатор выходит из строя из-за короткого замыкания (рис. 3), постоянный ток протекает через конденсатор, и закороченный конденсатор ведет себя как резистор. Например, если конденсатор, помещенный между входной линией и землей для устранения переменного тока, такого как пульсирующий ток или шум, закорочен, постоянный ток напрямую течет от входа к земле.

Поскольку реальный конденсатор имеет сопротивление *5 , при протекании тока через закороченный конденсатор выделяется джоулево тепло, которое заставляет конденсатор нагреваться. Поскольку величина джоулева тепла пропорциональна сопротивлению (R) и квадрату тока (I 2 ), тепло, выделяемое в цепи с большим током, может быть настолько большим, что конденсатор может выделять дым.

Быстрое выделение тепла может также разрушить корпус или герметизацию и привести к реакции материалов внутри конденсатора с кислородом воздуха, что может привести к возгоранию.

Рисунок 3
Диаграмма потока Рисунок 3
Диаграмма потока

*5 Он называется эквивалентным последовательным сопротивлением (ESR) и состоит из электродов и подводящих проводов.

Причины короткого замыкания

Кроме того, поскольку толщина диэлектрика очень тонкая *6 , чрезмерная механическая нагрузка на конденсатор может повредить диэлектрик и вызвать короткое замыкание. В дополнение к учету электрических факторов и факторов окружающей среды также важно разработать способы предотвращения воздействия ударов и вибрации на конденсатор.

*6 Толщина диэлектрической пленки пленочных конденсаторов обычно составляет менее 5 мкм, что составляет от 1/2 до 1/3 толщины упаковочной пленки бытовой техники.
Толщина диэлектрика алюминиевых электролитических конденсаторов составляет всего несколько сотен нанометров в самом большом месте.

Изменения электрических характеристик

Основной характеристикой конденсатора является емкость (C), но она имеет множество других характеристик, таких как эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), тангенс угла диэлектрических потерь (tanδ), сопротивление изоляции, ток утечки, выдерживаемая напряжение, эквивалентная последовательная индуктивность (ESL) и импеданс. Каждая характеристика имеет стандартное значение, указанное JIS, IEC или другими нормами.

Однако старение, использование с превышением номинальных значений, использование в суровых условиях и механические нагрузки могут изменить эти характеристики и ухудшить функциональность электронного оборудования.

Утечка электролита

Алюминиевые электролитические конденсаторы и электрические двухслойные конденсаторы (EDLC) *7 используют проводящую жидкость, называемую электролитом. Если этот электролит вытекает из корпуса конденсатора или области уплотнения, это может привести к выходу конденсатора из строя, короткому замыканию печатной платы или отрицательному воздействию на окружающие компоненты.

Основными причинами утечки электролита являются короткие замыкания и повреждения уплотнительных деталей вследствие старения. Конкретные примеры представлены в Главе 3.

*7 EDLC представляют собой конденсаторы, в которых используется емкость двойного слоя, хранящаяся в двойном электрическом слое, сформированном на границе между электродом из активированного угля и электролитом.

15 Практические примеры

При выходе из строя конденсатора наблюдаются различные электрические, химические и физические аномалии. По этой причине клиенты используют различные термины для описания сбоев (рис. 4).

Рисунок 4
Различные термины, которые клиенты описывают отказы конденсаторов

Чтобы предотвратить отказ конденсаторов и безопасно использовать конденсаторы, очень важно понимать причины и процессы отказа конденсаторов и принимать соответствующие контрмеры.

Отказ конденсаторов вызван сочетанием различных факторов. Причины и процессы выхода из строя различаются в зависимости от типа конденсатора.

В этом разделе объясняются примеры отказов, их причины и меры по устранению для алюминиевых электролитических конденсаторов и пленочных конденсаторов.

Алюминиевые электролитические конденсаторы

*8

Алюминиевые электролитические конденсаторы являются одним из наиболее важных электронных компонентов в силовых и электронных схемах из-за их небольшого размера и высокой емкости по сравнению с другими конденсаторами.

Рисунок 5
Алюминиевые электролитические конденсаторы

Алюминиевые электролитические конденсаторы также известны как химические конденсаторы, поскольку они используют химические реакции. Таким образом, на характеристики алюминиевых электролитических конденсаторов сильно влияют факторы окружающей среды и электрохимические факторы, такие как температура и атмосфера, а быстрые химические реакции могут привести к выходу из строя.

*8 Алюминиевые электролитические конденсаторы бывают влажного типа с использованием электролита, твердого типа с использованием проводящих полимеров и т. д. и гибридного типа с использованием комбинации обоих.

В этом разделе мы сосредоточимся на алюминиевых электролитических конденсаторах мокрого типа с использованием электролита.

Основы этого конденсатора обсуждаются в Главе 4.

Случай 1 Конденсатор начал дымить

(Вышел из строя конденсатор и разорвало вентиляционное отверстие)

Вентиляционное отверстие для сброса давления *9 алюминиевого электролитического конденсатора, используемого для сглаживания силовой цепи, разорвался и конденсатор начал дымить. Рис. клапан давления открывается, и электролит (газ) выпускается.

*9 Алюминиевые электролитические конденсаторы мокрого типа обычно оснащены вентиляционными конструкциями для сброса давления, которые ограничивают максимальное внутреннее давление. Эти вентиляционные отверстия предназначены для разрыва и сброса давления газа (рис. 7).

В чем причина сбоя?

Из-за колебаний входного напряжения на алюминиевый электролитический конденсатор было подано перенапряжение, превышающее номинальное. В результате конденсатор вышел из строя, и в конденсатор протекал постоянный ток. Затем из электролита выделялся газ, повышавший внутреннее давление в конденсаторе. В конце концов клапан сброса давления лопнул, и электролит вылетел в виде аэрозоля, похожего на дым.

Рисунок 8
Колебания входного напряжения
Как быть, что делать?

Перед выбором конденсатора проверьте следующее заранее.

*10 ΔV — это разница между V верхним и V нижним , также выражается как V pp .

Обратите внимание;

Если конденсатор ненормально нагревается, это может привести к короткому замыканию и возгоранию. Пожар также может распространиться, если электролит *11 брызнет и разбрызгивается на окружающие легковоспламеняющиеся материалы.

*11 Электролит представляет собой жидкость с ионной проводимостью, которая действует как эффективный катод.

Случай 2 Конденсатор выделял тепло и вышел из строя

(Высокий пульсирующий ток протекал в конденсатор)

Алюминиевый электролитический конденсатор, используемый в звене постоянного тока цепи инвертора, закоротил и выделил тепло. В конце концов, клапан сброса давления лопнул.

В чем причина сбоя?

В конденсатор протекал сильный пульсирующий ток, и конденсатор нагрелся выше расчетного значения. Выделившееся тепло уменьшило изоляцию конденсатора. В результате конденсатор вышел из строя из-за короткого замыкания и выделения газа из электролита. В конце концов клапан сброса давления лопнул, и электролит вылетел в виде аэрозольного дыма (рис. 9).).

Как делать, что делать?

Проверьте, соответствуют ли величина и форма волны пульсаций тока, ожидаемые на этапе проектирования, техническим характеристикам конденсатора.
Выберите конденсатор, учитывая пульсации тока, допускаемые множителями для емкости, температуры и частоты.

Рисунок 9
Электролит вылетел в виде аэрозоля, похожего на дым
Обратите внимание;

Допустимый пульсирующий ток определяется температурой окружающей среды, эквивалентным последовательным сопротивлением (ESR) на частоте сигнала переменного тока, тепловым сопротивлением, определяемым в основном площадью поверхности конденсатора (площадью рассеивания тепла) и используемым охлаждением. Повышение температуры из-за пульсаций тока оказывает существенное влияние на отказ конденсатора. Пожалуйста, свяжитесь с нами для выбора конденсатора.

Случай 3   Уменьшение емкости 

(применение частых циклов зарядки и разрядки)

Емкость алюминиевого электролитического конденсатора, используемого в цепи с частыми циклами зарядки и разрядки, уменьшилась за относительно короткий период.

В чем причина сбоя?

Алюминиевый электролитический конденсатор состоит из анодной фольги, поверхность которой окисляется с образованием диэлектрика, алюминиевой катодной фольги и сепаратора (рис. 10). Емкость секции анодной фольги, Кл 1 и секция катодной фольги C 2 соединены последовательно (рис. 11), поэтому эквивалентная емкость C выражается уравнением 1.

Рис. 10
Конструкция алюминиевого электролитического конденсатора мокрого типа Эквивалентная последовательная емкость «C» и уравнение

Когда алюминиевый электролитический конденсатор часто заряжают и разряжают, на поверхности катодной фольги постоянно происходят следующие химические реакции.

[Во время зарядки]:
   Электролитический раствор подвергается электролизу с образованием газа.
[Во время разряда]:
   Заряд с фольги анода перемещается на фольгу катода.
   Затем происходит окисление катодной фольги и уменьшение ее емкости.

В результате сбоя в открытом режиме, когда клапан сброса давления открыт и/или емкость уменьшается. Этот режим отказа может возникать не только во время циклов зарядки/разрядки, но и при больших колебаниях напряжения на конденсаторе.

Как делать, что делать?

Для цепей с часто повторяющейся зарядкой и разрядкой, таких как сварочные аппараты, сервоприводы и фотовспышки, следует выбирать и использовать конденсаторы специальной конструкции, способные выдерживать такие условия. Пожалуйста свяжитесь с нами.

Обратите внимание;

Конденсатор, емкость которого уменьшилась, следует заменить как можно скорее. Конденсатор может быть изношен, и дальнейшее использование без замены может привести к обрыву или короткому замыканию.

Случай 4   Испарение пара из конденсатора 

(радиатор нарушил работу клапана сброса давления)

Алюминиевые электролитические конденсаторы с защелкивающимся креплением используются в устройствах электропитания. Радиатор и верхняя часть конденсатора были расположены близко друг к другу, чтобы уменьшить толщину устройства.

Когда к конденсатору преднамеренно прикладывалось перенапряжение для проведения теста на ненормальное состояние, клапан сброса давления в верхней части конденсатора не открывался, и конденсатор продолжал нагреваться. Впоследствии было замечено, что пары электролита вырвались из нижней части конденсатора (рис. 12).

Рисунок 12
Радиатор нарушил работу клапана сброса давления.
Из нижней части конденсатора вырвался пар.
В чем причина сбоя?

На конденсатор было подано перенапряжение, что привело к короткому замыканию и выделению тепла. Тепло вызвало испарение электролита и выделение газа, что увеличило давление внутри конденсатора.
Однако вентиляционное отверстие для сброса давления не открылось, так как радиатор мешал работе вентиляционного отверстия, поэтому из уплотняющей части в нижней части конденсатора вырвался газ, что привело к короткому замыканию конденсатора.
Короткое замыкание схемы проводки на плате, в результате чего образовалась искра и пошел дым.

Как делать, что делать?

Были пересмотрены требования к открытию клапана сброса давления и правила проектирования по безопасности, а также обеспечено необходимое пространство (Рисунок 13). Если невозможно обеспечить достаточное пространство, мы рекомендуем тип с клапаном сброса давления на стороне конденсатора (Рисунок 14).

Рисунок 13
Действия
Между радиатором и конденсатором предусмотрено пространство, где может работать клапан давления, а на радиатор установлен изолирующий лист. Рисунок 14
Тип с клапаном сброса давления на стороне конденсатора
Обратите внимание;

Обеспечьте необходимое пространство для работы клапана сброса давления конденсатора. Когда вентиляционное отверстие открывается, пары электролита выдуваются. Поскольку электролит является проводящим, если он прилипнет к проводке или контуру, в цепи произойдет короткое замыкание. Если вентиляционное отверстие, деформированное при открытии, соприкасается с корпусом оборудования, входное напряжение и корпус могут соединиться, что приведет к замыканию на землю.

Случай 5   Вышел из строя конденсатор в горячем месте 

(распределение температуры на плате и конденсаторе)

Пять алюминиевых электролитических конденсаторов одного номинала и партии были подключены параллельно и использовались, но один из этих конденсаторов вышел из строя и давление — порвался редукционный клапан.

В чем причина сбоя?

Неисправный конденсатор был установлен вдали от остальных четырех конденсаторов. Рядом с конденсатором находились компоненты, выделяющие тепло (рис. 15). Из-за излучаемого тепла от нагревательных компонентов этот конденсатор подвергался воздействию более высоких температур, чем другие конденсаторы. Это привело к отказу из-за износа, и клапан сброса давления открылся в течение относительно короткого периода времени.

Рисунок 15
Распределение температуры на плате и расположение конденсаторов при работе схемы
Что делать, что делать?

Места крепления конденсатора были изменены, чтобы уменьшить влияние лучистого тепла от выделяющих тепло компонентов. Метод охлаждения печатной платы также был изменен, а конденсаторы с длительным сроком службы использовались для работы с высокими пульсирующими токами.

Обратите внимание;

(1) Пульсирующий ток вызывает нагрев конденсатора и повышение его температуры. Чем больше повышение температуры, тем короче срок службы конденсатора. При использовании нескольких конденсаторов, соединенных параллельно или последовательно, обратите внимание на ESR каждого конденсатора, распределение температуры в корпусе системы, тепловое излучение и сопротивление проводки. *12

*12 Детальный анализ показал, что неисправный конденсатор имел большую токовую нагрузку из-за длины проводки, чем другие конденсаторы.

(2) При использовании нескольких конденсаторов рассчитывайте срок службы конденсатора с самой высокой температурой в качестве стандарта. При расчете срока службы убедитесь, что разница между температурой (измеренное значение) в самой горячей точке конденсатора и температурой окружающей среды (значение превышения температуры) находится в допустимых пределах.

(3) По сравнению с другими компонентами конденсаторы относительно большие и не термостойкие. По этой причине следует учитывать тепловые расчеты для надлежащего охлаждения конденсаторов, такие как расположение и технические характеристики охлаждающих вентиляторов, решеток для отвода тепла и воздуховодов. Пожалуйста, проконсультируйтесь с нами, если это необходимо. *13

*13 Наши конденсаторы предназначены для охлаждения с помощью продувочного вентилятора, который направляет охлаждающий воздух к конденсатору. Пожалуйста, проконсультируйтесь с нами, если вы используете вытяжной вентилятор для охлаждения воздуха.

Случай 6 Неисправность конденсатора с внешним покрытием

(Не покрывайте конденсатор покрытиями или смолами)

Чтобы предотвратить выход из строя защелкивающихся алюминиевых электролитических конденсаторов, установленных на платах, из-за вибрации, корпус конденсатора был покрыт материалом покрытия. (Рисунок 16). Однако электролит вытек, и конденсаторы вышли из строя.

Рисунок 16
Конденсатор с защитным покрытием на подложке
В чем причина отказа?

Электролит в алюминиевых электролитических конденсаторах в процессе работы испаряется, выделяя газы в атмосферу через резиновое уплотнение (сальник). Уплотнительный диск и корпус конденсатора снабжены клапаном сброса давления.
Таким образом, если конденсатор покрыт смолой или другим материалом, рассеивание газа и работа клапана сброса давления будут предотвращены.
В этом случае материал покрытия заблокировал клапан сброса давления и не позволил ему работать, что привело к повреждению уплотнения конденсатора, утечке электролита и отказу конденсатора *14 .

*14 Электролит заливается в элемент конденсатора, состоящий из анодной фольги, катодной фольги и сепаратора, и элемент погружается в электролит.

Как делать, что делать?

Не покрывайте конденсатор покрытиями или смолами.
Большинство наших алюминиевых электролитических конденсаторов могут выдерживать вибрационные испытания, при которых применяется виброускорение до 10G. Конкретные значения см. в спецификациях каждого продукта. Если требуются специальные испытания на вибрацию, свяжитесь с нами.

Обратите внимание;

При использовании лаков или смол для алюминиевых электролитических конденсаторов убедитесь, что смоляные материалы, растворители (разбавители), добавки и т. д. не содержат галогеносодержащих соединений. Также убедитесь, что флюс и чистящие средства полностью высохли.

Случай 7 Конденсатор не любит холод

В чем причина сбоя?

В выходной цепи преобразователя постоянного тока использовались алюминиевые электролитические конденсаторы мокрого типа.

При низких температурах, как правило, -20°C или ниже, электропроводность электролита в алюминиевом электролитическом конденсаторе снижается, а вязкость увеличивается, что приводит к уменьшению емкости на несколько десятков процентов, плохой частотной характеристике и увеличению эквивалентное последовательное сопротивление.

В результате переходная характеристика выходного напряжения снижается, и указанное выходное напряжение не может быть получено (рис. 17).

Рисунок 17
Форма выходного сигнала преобразователя постоянного тока при различных температурах
Что делать, что делать?

Проверьте емкость, ESR, импеданс и частотные характеристики конденсатора при низких температурах и выберите соответствующий конденсатор. Если вам нужны данные о конденсаторах, как показано на рисунках 18 и 19, свяжитесь с нами *15 .

*15 При низких температурах ESR конденсатора может быть в 10-100 раз выше ESR при комнатной температуре из-за более высокого сопротивления и вязкости электролита. Кроме того, емкость уменьшается при низких температурах.

Рисунок 18
Емкость в зависимости от температура
* изменение емкости в зависимости от емкости при 20℃ Рисунок 19 СОЭ
по сравнению с частота при различных температурах
Обратите внимание;

Обратите внимание, что нижний предел рабочей температуры зависит от типа конденсатора.

В пределах диапазона рабочих температур, указанного для конденсатора, характеристики конденсатора, изменившиеся при низкой температуре, восстанавливаются, когда конденсатор возвращается к комнатной температуре.

Однако не используйте фен и т.п. для принудительного нагрева конденсатора при доведении его до комнатной температуры. Это может привести к изменению внешнего вида или ухудшению характеристик.

Случай 8   Срок годности конденсатора?

(Соблюдение срока хранения конденсаторов)

Алюминиевые электролитические конденсаторы, которые долгое время хранились в качестве запасных частей, были использованы, и ток утечки конденсаторов увеличился.

В чем причина сбоя?

Алюминиевые электролитические конденсаторы обладают свойством увеличивать ток утечки при хранении в течение длительного времени без нагрузки (без подачи постоянного напряжения). Чем выше температура хранения, тем отчетливее проявляется эта характеристика.

Предполагается, что эта характеристика обусловлена ​​разрушением диэлектрического оксидного слоя при высоких температурах, что снижает изоляцию конденсатора, а подача постоянного напряжения на конденсатор в таком состоянии вызывает увеличение тока утечки.

Рисунок 20
Изображение долговременного хранения
Как делать, что делать?

Конденсаторы следует хранить при температуре окружающей среды от +5 °C до +35 °C и относительной влажности 75% или менее.
Если не указано иное, наши алюминиевые электролитические конденсаторы могут храниться в этих условиях в течение 3 лет без нагрузки по напряжению. В пределах указанных условий хранения номинальное напряжение может быть подано после снятия с хранимой полки.
Однако для конденсаторов с защелкой или с выводами, которые монтируются на плату с помощью пайки, конденсатор должен быть установлен в течение 2 лет во избежание проблем с пайкой *16 .

*16 Из-за длительного хранения покрытие клеммы окисляется, что затрудняет пайку

Обратите внимание;

Конденсаторы, которые хранились при температуре выше 35°C или в течение более длительного периода времени, чем указано выше, будут иметь более высокий ток утечки при первой зарядке или при зарядке в течение коротких периодов времени при высоких температурах.
В таких случаях подача напряжения на конденсатор перед использованием позволит электролиту восстановить изношенную оксидную пленку и уменьшить ток утечки. Пожалуйста, свяжитесь с нами для методов и условий.

Случай 9 Искра от алюминиевого электролитического конденсатора 

(восстановительное напряжение)

Во время замены алюминиевого электролитического конденсатора из конденсатора возникла искра, когда его выводы были соединены с металлом, что удивило оператора.

В чем причина сбоя?

Даже если напряжение между клеммами снизится до нуля за счет замыкания накоротко полностью заряженного конденсатора, если затем короткое замыкание будет разомкнуто (оставлено разомкнутым), на клеммах снова будет генерироваться напряжение. Это называется «Восстановление напряжения».

В заряженном конденсаторе заряд накапливается на каждом электроде. Кроме того, заряд на электродах вызывает накопление заряда в диэлектрике. Это связано с тем, что молекулы диэлектрика дипольно поляризованы зарядами электродов (рис. 21а).

Когда конденсатор разряжается, заряд, хранящийся в электродах, мгновенно высвобождается, и напряжение между клеммами, по-видимому, равно нулю. Однако диэлектрическая поляризация сохраняется (рис. 21б).

Рисунок 21a
Диаграмма электрического заряда при полностью заряженном конденсаторе

Когда цепь размыкается после короткого времени разряда, оставшаяся поляризация в диэлектрике снова индуцирует напряжение на электродах. Другими словами, заряд, хранящийся в диэлектрике, просачивается наружу и генерирует напряжение на клеммах, называемое «Восстановление напряжения» 9.0160 *17 (рис. 22в).
Возникла искра, когда проводник замкнул клеммы конденсатора в этом состоянии.

*17 Конденсаторы, которые заряжались в течение длительного времени или при высоких температурах, могут генерировать более высокое восстанавливающееся напряжение.

Рисунок 21b
Электрический заряд на конденсаторе сразу после разряда
(Заряд, который был на электродах, моментально сбрасывался. ) Рисунок 21c
Напряжение восстановления
(Оставшаяся поляризация в диэлектрике
снова вызовет напряжение на электродах.)
Как быть, что делать?

Алюминиевые электролитические конденсаторы могут генерировать восстанавливающееся напряжение приблизительно до 10 % напряжения заряда *18 . Высоковольтные алюминиевые электролитические конденсаторы могут генерировать от 40 до 50 В, что может вызвать искрение при проводке, повреждение полупроводника или даже поражение электрическим током.

Поэтому перед работой с конденсаторами подключите резистор от 100 Ом до 1 кОм между клеммами конденсатора, чтобы разрядить накопившийся заряд.
Несмотря на то, что мы отправляем конденсаторы после проверки и разрядки, имейте в виду, что восстанавливающееся напряжение все еще может генерироваться в период между отгрузкой и доставкой. Мы также можем прикрепить разрядную насадку к клеммам (рис. 22) или отправить конденсатор с разрядной пластиной, поэтому, пожалуйста, свяжитесь с нами для получения подробной информации.

Рисунок 22
Типовая винтовая клемма алюминиевого электролитического конденсатора и разрядная насадка

*18 Не только алюминиевые, но и пленочные или керамические конденсаторы генерируют восстанавливающееся напряжение.

Обратите внимание;

Обычно пики восстановления напряжения возникают примерно через 1-3 недели, после чего напряжение постепенно снижается. Это связано с релаксацией поляризованного состояния диэлектрика.

Корпус 10 Горизонтально установленный алюминиевый электролитический конденсатор

Горизонтально установленный алюминиевый электролитический конденсатор с винтовыми клеммами вышел из строя, и уплотнение разорвалось.

В чем причина сбоя?

Вышедший из строя конденсатор был установлен горизонтально, а клапан сброса давления на уплотняющем диске с клеммами находился внизу (в положении «6 часов») (Рисунок 23).

Рисунок 23
Схематический чертеж горизонтально установленного конденсатора

Когда конденсатор изнашивается или выходит из строя, температура элемента конденсатора быстро повышается, вызывая образование газа внутри.
Поскольку в этом конденсаторе для удержания элемента на месте использовался заливочный компаунд, а по мере повышения температуры элемента этот компаунд размягчался и растекался, блокируя вентиляционное отверстие для сброса давления.
В результате клапан сброса давления не сработал, и уплотнение разорвалось (Рисунок 24).

Рисунок 24
Заливочный компаунд блокировал клапан сброса давления.
Итак, вентиль не сработал, а пломба лопнула
Что делать, что делать?

Способ крепления алюминиевого электролитического конденсатора был изменен таким образом, что клапан сброса давления находится в положении «12 часов». Кроме того, был устранен фиксирующий состав, и была принята конструкция *19 для фиксации элемента с ребрами (рис. 25).

Рисунок 25
Схематический чертеж усовершенствованного конденсатора

*19 Для получения дополнительной информации о конденсаторах с фиксированными ребрами свяжитесь с нами.

Обратите внимание;

Алюминиевые электролитические конденсаторы с винтовыми клеммами предназначены для вертикального монтажа клеммами вверх. Обратный монтаж клеммами снизу невозможен. Это может сократить срок службы конденсатора или вызвать опасные повреждения, такие как утечка жидкости или разрыв конденсатора. Если горизонтальная установка неизбежна, устанавливайте клапан сброса давления или положительную (+) клемму вверх.

Случай 11   Вышел из строя конденсатор в последовательно соединенных цепях 

(Важность разделения напряжения)

Произошло короткое замыкание в алюминиевом электролитическом конденсаторе, используемом в последовательном соединении.

В чем причина сбоя?

При подаче напряжения на последовательно соединенную цепочку конденсаторов напряжение (V n ), подаваемое на каждый конденсатор, зависит от его тока утечки.
Если конденсатор с высоким током утечки включен в цепочку конденсаторов, напряжение может стать несбалансированным и дрейфовать выше номинального напряжения, что приведет к короткому замыканию конденсатора.

Рисунок 26
Эквивалентная электрическая схема последовательно соединенных конденсаторов
Однако в этом случае токи утечки отдельных конденсаторов были очень разными, и резисторы балансировки напряжения не могли сбалансировать напряжение.

Как быть, что делать?

Чтобы выровнять распределение напряжения на последовательно соединенных конденсаторах, мы выбрали конденсаторы с более высоким номинальным напряжением, чтобы уменьшить колебания тока утечки, а также пересмотрели значения резисторов балансировки напряжения.
Кроме того, за счет использования конденсаторов из одной производственной партии было согласовано поведение тока утечки (зависимость от температуры и напряжения) каждого конденсатора. Это помогло стабилизировать распределение напряжения.

Обратите внимание;

В качестве резистора балансировки напряжения выберите резистор с соответствующей номинальной мощностью, чтобы не нагревать конденсатор. Допустимое отклонение резистора должно быть в пределах ±1%.

Пленочные конденсаторы

Пленочные конденсаторы могут воспламениться из-за повышенного тока утечки, вызванного дефектом диэлектрической пленки или плохим соединением противоэлектродов *20 . Кроме того, в испарительных конденсаторах металлизированного типа существует вероятность открытого выхода из строя.

Рисунок 27
Пленочные конденсаторы

*20 Диэлектрик пленочного материала не является огнестойким.

Чемодан 12 Пленочный конденсатор постоянного тока / Пленочный конденсатор переменного тока

(Не используйте пленочные конденсаторы постоянного тока в цепи переменного тока)

При использовании пленочного конденсатора постоянного тока в цепи переменного тока источника питания произошло короткое замыкание конденсатора. и загорелся.

В чем причина сбоя?

В цепи переменного тока использовался пленочный конденсатор металлизированного напыления для постоянного тока. Среднеквадратичное значение напряжения переменного тока и номинальное напряжение постоянного тока *21 конденсатора были почти одинаковые.
В результате на конденсатор постоянно подавалось напряжение, превышающее номинальное, что привело к его короткому замыканию и возгоранию *22 .

*21 Номинальное напряжение постоянного тока — это максимальное пиковое напряжение (сумма пиковых значений напряжения постоянного и переменного тока), которое может быть приложено к конденсатору.

*22 При подаче высокого переменного напряжения на пленочные конденсаторы возникает коронный разряд, который может вызвать пробой диэлектрика.

Как делать, что делать?

Конденсатор был заменен на пленочный конденсатор переменного тока. Пленочные конденсаторы
для переменного тока предназначены для использования в цепях переменного тока, и их номинальное напряжение равно номинальному напряжению переменного тока *23 .
При этой замене конденсаторы выбирались с учетом частоты переменного тока, формы кривой напряжения, колебаний напряжения и рабочей температуры.

Обратите внимание;

Конденсаторы постоянного тока нельзя использовать в цепях переменного тока. Если постоянное напряжение содержит компонент переменного тока, необходимо выбрать номинальное постоянное напряжение выше пикового напряжения.

При использовании пленочных конденсаторов в высокочастотных цепях происходит самонагрев конденсатора. Большой самонагрев может привести к отказу. Чем выше частота, тем больше ток, протекающий через пленочный конденсатор, и тем меньше напряжение, которое можно приложить.

Когда конденсаторы, подобные показанным на рис. 28, используются в сигналах специальной формы, необходимо соблюдать осторожность при выборе номинального напряжения, поскольку действующее значение зависит от формы сигнала.

Рисунок 28
Различные формы волны и среднеквадратичное значение
Случай 13   Что такое электрод, металлизированный или фольгированный?

(Разные электроды дают различную устойчивость к току)

При замене пленочного конденсатора с фольгированным электродом металлизированными пленочными конденсаторами того же номинала. Конденсатор не смог открыться.

В чем причина сбоя?

Несмотря на одинаковые номиналы, допустимое значение импульсного тока металлизированных пленочных конденсаторов ниже, чем у пленочных конденсаторов с фольгированными электродами. Это связано с тем, что металлизированный электрод имеет более высокое сопротивление, чем у фольги, поэтому металлизированные пленочные конденсаторы выделяют больше тепла.

Рисунок 29
Пленочный конденсатор с фольгированным электродом Рисунок 30
Металлизированный пленочный конденсатор

Когда на металлизированный электрод подается крутой импульс или высокочастотный ток, конденсатор нагревается, и диэлектрическая пленка термически сжимается, повреждая связь между металлизированным электродом и контактным коллектором электрод (металлический слой, образованный в процессе напыления металла) и делая соединение нестабильным. В конце концов, соединение между ними размыкается, и конденсатор открывается, но при подаче высокого напряжения может образоваться искра и вызвать пожар.

Как делать, что делать?

Как показывает следующее уравнение, импульсный ток пропорционален изменению емкости и напряжения, а допустимое значение импульсного тока указано для каждого номинала *24 . Фактический импульсный ток должен быть меньше или равен допустимому значению *25 .

*24 Максимальный ток, который может протекать через конденсатор, выражается как произведение времени нарастания импульса (dV/dt) и емкости.

*25 В электроприводах, инверторах, резонансных цепях, демпфирующих цепях и т. д. могут возникать резкие колебания напряжения с течением времени.

Обратите внимание;

При протекании тока высокой частоты конденсатор самонагревается. Верхний предел высокочастотного тока указан для каждой частоты. Если у вас есть какие-либо вопросы, пожалуйста, свяжитесь с нами.

Случай 14   Конденсатор, пострадавший от термического напряжения 

(тепловое напряжение приводит к самовоспламенению)

Установленный на плате пленочный конденсатор покрыт смолой (Рисунок 31). В соединении между элементом конденсатора и подводящим проводом возникла искра, и конденсатор загорелся.

Рисунок 31
Конденсатор с защитным покрытием на подложке
В чем причина отказа?

Конденсатор подвергался нагрузке из-за многократного расширения и сжатия смолы с покрытием из-за изменений температуры окружающей среды.
В результате соединение между элементом конденсатора и подводящим проводом подверглось напряжению и отслоилось, и было подано напряжение, что вызвало искру и воспламенение конденсатора (Рисунок 32).

Рисунок 32
Соединение между элементом конденсатора
и подводящим проводом было нагружено и отслоилось Рисунок 32
Соединение между элементом конденсатора
и подводящим проводом было нагружено и отслоилось
Что делать, что делать?

Следует полностью учитывать коэффициент теплового расширения покрываемой смолы и основания. Количество смолы должно быть минимальным.

Обратите внимание;

Заливка, фиксация или покрытие конденсаторов смолой может привести к неожиданным отказам. Также, если конденсатор резонирует из-за вибрации, выводы или электроды могут сломаться.

Случай 15   Странный звук исходил от пленочного конденсатора 

(Диэлектрическая вибрация)

Когда я включил питание, я услышал странные звуки, такие как «гу» или «бип», издаваемые пленочным конденсатором.

В чем причина сбоя?

Пленочный конденсатор состоит из намотанной чрезвычайно тонкой пластиковой пленки (намотанного элемента). Оба конца элемента закреплены электродами, но участки пленки физически перекрывают друг друга и не закрепляются.

Когда на конденсатор подается напряжение, кулоновская сила, действующая между электродами, вызывает механическую вибрацию пластиковой пленки, что может вызвать жужжание *26 .

Этот звук особенно громкий при наличии искажений в напряжении питания или формах сигналов, содержащих гармонические составляющие.

Рисунок 33
Конденсатор с металлизированной пленкой

*26 Металлизированная пленка вибрирует под действием кулоновских сил.

Как делать, что делать?

Если звук представляет собой непрерывный колебательный звук, конденсатор не виноват. Чем громче конденсатор, чем больше расстояние между выводами или конденсатор с плоскими элементами, тем громче звук. Если уровень звука превышает допустимый диапазон или если это спорадический хлопающий звук, используйте тип «антизвук» с коротким расстоянием между клеммами.

Обратите внимание;

Когда переменное напряжение подается на многослойный керамический конденсатор, сам конденсатор может расширяться и сжиматься, в результате чего печатная плата вибрирует, как громкоговоритель, в направлении плоскости. Когда период вибрации соответствует диапазону частот, слышимых человеком (от 20 до 20 кГц), он воспринимается как звук. Расширение и сжатие конденсатора вызвано «электрострикционным эффектом *27 » диэлектрической керамики, которому, как говорят, трудно противодействовать.

*27 Электрострикция (ср. магнитострикция) — это свойство всех электрических непроводников или диэлектриков, которое заставляет их изменять свою форму под действием электрического поля.

Приложение Что такое конденсатор

Алюминиевые электролитические конденсаторы Характеристики и конструкция

[Свойства]

Алюминиевые электролитические конденсаторы представляют собой поляризованные конденсаторы с ограниченным сроком службы, основанные на электрохимических принципах работы, называемые «химическими конденсаторами».
Алюминиевые электролитические конденсаторы широко используются в цепях постоянного тока из-за их преимуществ, таких как высокий объемный КПД (емкость на единицу объема), большая емкость в несколько тысяч миллифарад (мФ), устойчивость к большим пульсирующим токам и высокая надежность.
При использовании алюминиевых электролитических конденсаторов необходимо позаботиться о том, чтобы они имели больший ток утечки, широкий диапазон допуска емкости, ±20%, более высокое эквивалентное последовательное сопротивление и ограниченный срок службы, чем другие конденсаторы.

[Структура]

Тип алюминиевых электролитических конденсаторов можно в целом разделить на три типа: мокрого типа *28 с жидким электролитом для катода, твердого типа с использованием проводящих полимеров и гибридного типа с использованием как электролита, так и проводящих полимеров. .

*28 Мы поставляем алюминиевые конденсаторы жидкостного типа.

Алюминиевый электролитический конденсатор мокрого типа, наиболее часто используемый тип, состоит из конденсаторного элемента, пропитанного электролитом, соединенного с внешней клеммой и запаянного в корпус. На рис. 34 показаны типичные алюминиевые электролитические конденсаторы и структуры элементов.

Рисунок 34 Типовые алюминиевые конденсаторы
, поэтому он имеет большую площадь поверхности * 29 . Имеется анодная фольга с образованным на ее поверхности диэлектриком и катодная фольга в качестве противоэлектрода. Каждая фольга соединена с внешней клеммой свинцовым язычком.
Сепаратор предотвращает прямой контакт между двумя алюминиевыми фольгами и удерживает электролит.

*29 Диэлектрик представляет собой очень тонкий анодный оксид алюминия на хорошо протравленной трехмерной поверхности анодной фольги. Протравленная поверхность содержит миллиарды микроскопических туннелей для увеличения площади поверхности, контактирующей с электролитом.

Рисунок 35
Конденсаторный элемент алюминиевого электролитического конденсатора

Металлизированные пленочные конденсаторы Особенности и конструкция

[Характеристики]

Пленочные конденсаторы имеют в качестве диэлектрика тонкую пластиковую пленку. Пленочные конденсаторы не имеют полярности, имеют стабильные электрические характеристики, низкую собственную индуктивность, низкое ESR и высокое сопротивление изоляции, что делает их превосходными для использования при высоких напряжениях и характеристиках удержания напряжения.
По этой причине они широко используются в приложениях силовой электроники, таких как звено постоянного тока и демпфирующие цепи в цепях электропитания.
Типовой диапазон емкости пленки составляет от 1 нФ до 100 мкФ и охватывает диапазон напряжения от 50 В до 2 кВ.
Однако из-за относительно низкой относительной диэлектрической проницаемости диэлектрической пленки трудно уменьшить размер конденсатора.
У нас есть линейка пленочных конденсаторов для силовой электроники переменного и постоянного тока.

[Структура]

В большинстве пленочных конденсаторов для внутренних электродов используется металлическая фольга или металлизированный слой. Две пленки, нарезанные на ленты заданной ширины, раскатывают до необходимой длины в соответствии с емкостью. Олово или другой металл напыляется на оба конца вала методом термического напыления, образуя токосъемный электрод (Рисунок 36).

Рисунок 36
Конденсаторный элемент металлизированного пленочного конденсатора

Обычно широко используются металлизированные пленочные конденсаторы с алюминием или другими материалами в качестве электродов.
По сравнению с металлическими пленочными конденсаторами, металлизированные пленочные конденсаторы можно сделать меньше. Кроме того, если в диэлектрике есть дефект, металлизированный слой в этой области испаряется, изолируя дефектную часть *30 и позволяя конденсатору продолжать работать лишь с небольшим уменьшением емкости.

*30 Это действие называется самовосстановлением, SH.

Когда ток постоянно протекает через неисправную деталь из-за перенапряжения или ухудшения качества диэлектрика, конденсатор продолжает самовосстановление и теряет емкость. Как правило, конденсатор считается вышедшим из строя, когда его емкость падает на 3% и более по сравнению с первоначальным значением.

Режимы отказа конденсаторов

Вероятность возникновения отказа называется «частотой отказов». Существует два типа частоты отказов: средняя частота отказов и частота отказов (мгновенная частота отказов).
Средняя частота отказов — это общее количество отказов, деленное на общее количество часов работы.
Уровень опасности — это «процент сбоев, произошедших в течение единичного периода», и единицей измерения часто является %/час. Для компонентов с низкой интенсивностью отказов устройство считается годным (время отказа: 10 -9 /час).

Интенсивность отказов конденсаторов можно разделить на три области по времени и представить кривой ванны, как показано на рисунке 37.

(1) Ранние отказы *31 имеет форму, при которой интенсивность отказов уменьшается со временем. Подавляющее большинство первоначальных дефектов конденсаторов относятся к тем, которые встраиваются в конденсаторы в процессе обработки.
(2) Когда конденсаторы, содержащие ранние дефекты, в определенной степени устранены, частота ранних отказов становится чрезвычайно малой, а частота отказов имеет постоянный уровень во времени. В этом состоянии распределение отказов близко к экспоненциальному распределению, и это называется случайным периодом отказа *32 .
(3) Внутренние отказы (износ) *33 — отказы, связанные с долговечностью материалов, из которых изготовлены конденсаторы, соединительные или уплотнительные элементы.

*31 Это свойство конденсатора, при котором частота отказов снижается со временем, может быть использовано для выполнения экранирования, известного как «выгорание», когда напряжение применяется в течение короткого времени на этапе перед отправкой для устранения устройств, содержащих ранние дефекты.

*32 Большинство отказов происходит из-за конденсаторов, содержащих относительно незначительные ранние дефекты, которые выходят из строя после длительного времени или случайных аварий, таких как перенапряжение.

*33 В этой области частота отказов увеличивается со временем до тех пор, пока в конечном итоге все устройства не выйдут из строя или не будут иметь характерные дефекты.

Рисунок 37
Кривая ванны

Продолжительность этого периода случайных отказов является «сроком полезного использования» конденсатора.
В алюминиевых электролитических конденсаторах электролит испаряется из-за рабочей температуры и самонагрева во время использования, что приводит к таким отказам, как уменьшение емкости, увеличение тангенса δ и тока утечки. Таких отказов можно избежать с помощью профилактических мероприятий по техническому обслуживанию, таких как замена конденсатора.
Для пленочных конденсаторов типичным видом отказа является уменьшение емкости из-за самовосстановления, поэтому можно диагностировать ожидаемый срок службы, понимая изменение емкости.

Заключение

Конденсаторы, изготовленные с использованием надежных технологий и строго контролируемых процессов, могут повысить производительность и надежность электронных схем. Расчетная частота отказов наших алюминиевых электролитических конденсаторов составляет около 0,3Fit, что составляет примерно 1/10 от частоты отказов обычных полупроводниковых устройств.

Обеспечение производительности, качества, надежности и безопасности устройств, разработанных и изготовленных нашими клиентами, возможно только благодаря сотрудничеству между нами и нашими клиентами.

Мы продолжим наши постоянные усилия по улучшению качества, надежности и безопасности наших конденсаторов, и мы будем маркировать наши продукты и документы с указанием мер предосторожности и ограничений для использования, а также рекомендовать продукты, подходящие для их применения.

Потребителей просят выбирать конденсаторы с качеством и надежностью, которые соответствуют требованиям их оборудования, не применять нагрузки, превышающие возможности конденсатора, при использовании оборудования, внедрять конструкцию безопасности и меры безопасности в оборудовании, а также полностью оценивать работу. , производительность, качество, надежность и безопасность конденсаторов перед использованием. Перед использованием убедитесь, что конденсаторы полностью проверены на функциональность, производительность, качество, надежность и безопасность.

В этом отчете мы представили несколько примеров проблем, которые могут возникнуть с нашими конденсаторами, чтобы их можно было использовать с большей надежностью. Конкретные меры предосторожности для каждого конденсатора см. в каталоге или листе спецификаций. Если у вас есть какие-либо вопросы, пожалуйста, свяжитесь с нами.

Редакционный контроль／Казуюки Иида
Генеральный советник, AIC tech Inc. наук, Университет Софии, Токио, Япония. 1982
Более 35 лет опыта работы со знаниями в области технологии конденсаторов, т. е. исследований и разработок высокоэффективных конденсаторов и их материалов, маркетинговой деятельности в Hitachi Chemical Co, Ltd. и Hitachi AIC Inc., а также публикации статей о конденсаторах в журналах по связям с общественностью, торговых журналах, и различные справочники.
Преподаватель конденсаторной технологии в Техническом учебном институте Hitachi, Ltd. с 2005 по 2015 год.
Генеральный советник AIC tech Inc. с 2020 года.

【Основные вклады и выступления】

  • «Танталовый электролитический конденсатор»
    Японское электрохимическое общество (ред. ) Maruzen Handbook of Electrochemistry, 5th Edition, Chapter 15, Capacitors, Section 15.2.4b (1998)
  • «Тенденции развития и технологии материалов для тантал-ниобиевых конденсаторов»
    Семинар Японской ассоциации технической информации, июнь 2008 г.
  • Бессвинцовые пленочные конденсаторы для поверхностного монтажа серии MMX-EC, MML-EC
    Hitachi Chemical Technical ReportNo. 48. Представление продукта 2007
  • «Пленочные конденсаторы для электронных устройств»
    Справочник по конденсаторам Maruzen, 5-е издание, глава 5, Пленочные конденсаторы, раздел 5.2 (2009 г.).
  • «Пленочные конденсаторы серии MLC для новой энергетики»
    Shinkobe Electric Co., Ltd. Технический отчет Shinkobe Np. 22 (2012).

Скачать PDF

Почему и как конденсаторы HVAC выходят из строя?, Ремонт кондиционеров для Huntsville & Madison AL HVAC-Tips

Когда кондиционер выходит из строя летом, одной из наиболее частых причин является неисправный конденсатор. Чтобы объяснить, почему конденсаторы выходят из строя и как это влияет на ваш кондиционер, нам сначала нужно обсудить, что такое конденсатор и что он делает, когда работает правильно.

Конденсаторы являются важным компонентом электрической системы вашего HVAC

Работа конденсатора заключается в накоплении электричества, подобно перезаряжаемой батарее, чтобы он мог обеспечить небольшой импульс энергии для двигателя, к которому он подключен. при необходимости. В блоке HVAC есть два основных типа конденсаторов: пусковые конденсаторы и рабочие конденсаторы. Пусковой конденсатор обеспечивает дополнительное напряжение, необходимое для запуска двигателя компрессора или вентилятора, в то время как рабочий конденсатор обеспечивает энергию для их работы. Это означает, что пусковой конденсатор нужен только в начале каждого цикла, а рабочий конденсатор работает на протяжении всего цикла. В тепловых насосах и кондиционерах используется двойной рабочий конденсатор, который подключается как к компрессору, так и к вентилятору, в то время как в печах используется одиночный рабочий конденсатор, подключенный к двигателю вентилятора.

См. также: Проверка системы

Так почему же выходят из строя конденсаторы? И есть ли способ предотвратить это?

Прежде всего конденсаторы чувствительны к перегреву. Такой перегрев может быть вызван солнцем. Особенно это касается кондиционеров, установленных на крышах. В жаркий летний день температура может достигать 150 градусов. Но электрический перегрев может быть вызван слишком долгой работой устройства. Конечно, это также, скорее всего, произойдет в самые жаркие дни лета. Чтобы не допустить перегрева вашего HVAC, установите термостат немного выше в эти жаркие дни. Предпримите другие шаги для повышения энергоэффективности, например, используйте отражающие жалюзи на окнах, выходящих на восток и запад.

Скачки напряжения также могут привести к выходу из строя конденсатора. Очевидно, что удар молнии во время летней грозы может перегрузить и сжечь электрическую систему вашего HVAC. Кроме того, более слабые скачки напряжения могут со временем привести к повреждению конденсаторов. Эти более слабые скачки могут быть вызваны колебаниями в электрической сети. Это может повлиять даже на такие простые вещи, как включение и выключение крупных бытовых приборов в вашем доме. Или, если эта летняя гроза вызывает отключение электроэнергии, скачок напряжения, возникающий при возобновлении подачи электроэнергии, может повредить конденсаторы вашего HVAC. Защитите свой кондиционер и его конденсаторы от скачков напряжения. Рассмотрите возможность установки устройства защиты от перенапряжения HVAC .

Третьей основной причиной выхода из строя конденсатора является просто возраст .

Подобно перезаряжаемой батарее, способность конденсатора накапливать и выделять энергию со временем снижается. Неизбежно, что конденсаторы со временем изнашиваются. Если вы вовремя обнаружите неисправный конденсатор, его относительно легко и недорого починить. Если кондиционер продолжает работать с неисправными конденсаторами, это может привести к гораздо более серьезным и дорогостоящим проблемам в будущем.

См. также: Когда следует заменить мой HVAC?

H

Как узнать, портятся ли ваши конденсаторы ?

И как неисправные конденсаторы влияют на систему ОВКВ? Это одна из многих веских причин для проведения регулярного профилактического обслуживания. Это включает в себя проверку электрических компонентов вашей системы HVAC. Но помимо того, что лицензированный технический специалист должен проверить ваши конденсаторы, есть и другие способы определить, что конденсатор выходит из строя. Если компрессор вашего кондиционера плохо запускается, а затем быстро отключается, это может быть результатом неисправного конденсатора. Иногда кондиционер быстро и многократно останавливается и включается. Или, если вы слышите гудение или щелчки, исходящие от вашего блока HVAC, это также может быть связано с неисправными конденсаторами. В общем, если ваш кондиционер работает не совсем правильно, это признак того, что ваши конденсаторы могут выйти из строя.

Не игнорируйте проблему

Может возникнуть соблазн отложить обращение в сервисную службу, если кондиционер все еще работает хотя бы некоторое время. Вот почему это действительно плохая идея. Когда конденсатор начинает выходить из строя, ремонт обходится относительно недорого. Вам просто нужен лицензированный техник, чтобы заменить его новым конденсатором. Никогда не пытайтесь заменить конденсатор самостоятельно! Это чрезвычайно опасно из-за электрического заряда, хранящегося в конденсаторе, и масло внутри также опасно. Но если кондиционер продолжает работать с неисправным конденсатором, это может привести к очень серьезному повреждению гораздо более дорогих деталей. Когда конденсатор не работает должным образом, любой двигатель, к которому он подключен, может перегреться и сгореть. Вместо замены конденсатора вам может понадобиться заменить двигатель вентилятора или компрессор. Это может даже привести к необходимости замены всего кондиционера. Вы точно этого не хотите!

Конденсаторы — это часто упускаемый из виду, но чрезвычайно важный компонент вашей системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Поддержание их в исправном состоянии за счет профилактического обслуживания и своевременного обслуживания поможет предотвратить летние поломки и более дорогостоящий ремонт. Позаботьтесь о своих конденсаторах, и они позаботятся о вас.

См. также: Связаться с нами

 

Почему выходит из строя конденсатор?

Как и все другие электронные компоненты, конденсатор может выйти из строя при воздействии условий окружающей среды или условий эксплуатации, для которых конденсатор не был разработан или изготовлен. Проектировщик должен иметь четкое представление о факторах безопасности, встроенных в устройства, факторах безопасности, которые он добавляет по собственному желанию, а также о многочисленных влияниях схемы и условий окружающей среды на параметры. Недостаточно знать только емкость и номинальное напряжение. Важно знать, в какой степени емкость зависит от окружающей среды; насколько внутреннее сопротивление конденсатора зависит от температуры, силы тока, напряжения или частоты; влияния всех этих факторов на сопротивление изоляции, напряжение пробоя и другие основные характеристики конденсатора, которые не являются существенными для схемы, но неизменно сопровождают необходимую емкость.

Содержание

Ниже перечислены некоторые причины неисправности конденсатора.

Перегрузка по току

Переходные выбросы, возникающие в результате коммутационных операций, неисправности связанных цепей или компонентов, когда они достаточной продолжительности и амплитуды приводят к пробою диэлектрика, необратимому сдвигу емкости и выходу из строя уплотнений.

Перегрузка по напряжению

Переходные процессы напряжения, превышающие номинальные значения конденсатора в результате неадекватных процедур прогрева, переключения и внезапной потери нагрузки, могут привести к внутреннему коронному разряду, пробою диэлектрика и снижению сопротивления изоляции из-за высоких градиентов напряжения в диэлектрик. Там, где желательна максимальная надежность, сумма самого высокого уровня d-c и пикового напряжения амплитуды a-c, которое должно быть приложено, не должна превышать номинальное рабочее напряжение конденсатора. В целях безопасности номинальное рабочее напряжение должно быть как минимум на 20 процентов выше, чем ожидаемая сумма этих напряжений для всех типов конденсаторов, кроме электролитических.

Влияние частоты

Необходимо знать влияние частоты на рабочие характеристики конденсатора, в частности соотношение между максимальным номинальным током и частотой. Работа конденсатора на более высокой частоте, чем та, для которой он был разработан, приведет к плохой работе и перегреву. Конденсаторы, не предназначенные для работы на УВЧ, могут проколоться при подаче импульсов на этих частотах.

Из-за присущей некоторым типам конденсаторов индуктивности рекомендуется шунтировать большой конденсатор маленьким, использовать максимально короткие выводы в петлевой или перекрестной конфигурации, если необходимо обеспечить максимальный эффект шунтирования.

Высокая температура

Перегрев является одним из основных факторов, снижающих надежность конденсатора. Независимо от того, возникают ли они в результате ранее упомянутых условий, высоких температур окружающей среды или высоких коэффициентов мощности, чрезмерно высокие рабочие температуры приведут к высокой частоте отказов, ускоренному дрейфу емкости, более низкой диэлектрической прочности, более низким уровням коронного разряда, более низкому сопротивлению изоляции и сокращению срока службы ( наполовину на каждые 10°С повышения температуры поверхности). Конденсаторы полярного типа обычно имеют высокий коэффициент мощности, что приводит к самогенерируемому внутреннему теплу. Пониженное сопротивление изоляции при высоких температурах вызывает большие токи утечки, постепенное повышение температуры, дальнейшее снижение сопротивления изоляции и, в конечном итоге, разрушение конденсатора. На герметичные уплотнения, особенно на мягкие припои, воздействуют высокие температуры поверхности и температурные циклы, и, таким образом, они могут выйти из строя при высоких температурах.

Давление

Поскольку емкость обратно пропорциональна эффективному расстоянию между пластинами, любое резкое изменение давления на нежестких конденсаторных контейнерах может привести к изменению емкости. Не имеет значения, вызваны ли изменения давления плохой застежкой зажима, резкими изменениями высоты над уровнем моря или другими факторами; конечные результаты одинаковы. Быстрые барометрические колебания могут быть причиной нарушения герметичности, в результате чего элементы конденсатора подвергаются воздействию условий окружающей среды. Высокое давление зажима также может способствовать деформации корпуса и возможному выходу из строя уплотнения.

Влажность

Помимо внешней коррозии и роста грибка, влага снижает диэлектрическую прочность и диэлектрическую проницаемость, снижает сопротивление изоляции и вызывает более высокие, чем обычно, токи утечки; конечными результатами являются пониженное напряжение пробоя и более высокая внутренняя температура. Некоторые обычно используемые конденсаторные материалы (бумага, воск и другие пропитки) являются питательными веществами для грибков. Для максимальной надежности во влажных условиях определенно выгодно использовать герметичные конденсаторы.

Опасности для персонала

Проблема опасностей, связанных с высоковольтными заряженными конденсаторами, является серьезной. Конденсаторы всегда следует полностью разряжать перед тем, как с ними обращаться или перед выполнением каких-либо работ в цепи или оборудовании с заряженным конденсатором. Практика закорачивания конденсатора отверткой не только опасна с точки зрения оператора, но и вполне может привести к разрушению конденсатора из-за больших токов разряда. Кроме того, вполне вероятно возникновение диэлектрического пробоя.

Для зарядки и разрядки конденсатора требуется время, и в целях безопасности разрядка должна происходить медленно. Диэлектрики, устойчивые к поляризации при заряде, также устойчивы к деполяризации в процессе разряда. Одного применения отвертки или другого короткозамыкающего средства недостаточно, чтобы полностью разрядить накопленную в таком блоке энергию. Безопасная практика указывает на использование закорачивающей перемычки высокой мощности с низким сопротивлением, которую следует применять несколько раз, пока не будет уверено, что в устройстве не осталось энергии.

Режимы отказа конденсаторов — Электронные продукты

Реклама

Опубликовано 5 декабря 2007 г. компанией Electronic Products

Знание того, где, когда и как эти компоненты выходят из строя, может помочь вам в дальнейшем. .vishay.com

Конденсаторы подвержены большому риску выхода из строя. Хотя несомненно, что со временем некоторые из них изнашиваются и перестают адекватно служить своей цели, конденсаторы также могут выйти из строя преждевременно.

В этой статье будут показаны различные точки, в которых конденсаторы могут быть повреждены и подвержены наибольшему риску выхода из строя. Разработчики, знающие об этих моментах, смогут лучше выбрать правильные конденсаторы для своих приложений и, возможно, избежать сбоев.

Компонент выходит из строя, когда он больше не соответствует требованиям приложения. Благодаря контролю качества и хорошему производству производители компонентов могут предотвратить попадание этих компонентов к покупателю. Но сбои могут случиться и при обработке, сборке и использовании детали.

Транспортировка и хранение

Конденсаторы подвержены риску повреждения при транспортировке или даже при хранении задолго до того, как они будут реализованы в проекте. Если конденсатор поврежден снаружи или внутри, есть большая вероятность, что он выйдет из строя.

При транспортировке компонентов неосторожное обращение может привести к повреждению коробок. Их можно случайно уронить, повредить вилочным погрузчиком или просто неправильно хранить.

Для конденсаторов внутри коробок это может привести к изгибу выводов и несоответствию расстояния изоляции лентой, что наносит ущерб. А если клиент использует машину для формовки выводов, смещенный от центра компонент на ленте может заклинить машину и разрушить компонент.

Длительное хранение керамических конденсаторов может привести к потере емкости. В алюминиевых конденсаторах это вызывает больший ток утечки из-за медленного растворения слоя оксида алюминия в жидком электролите. Когда это происходит, ток утечки конденсатора может быть высоким, особенно при первом включении. В результате деталь может нагреваться и, в экстремальных ситуациях, может выйти из строя и выйти из строя. Алюминиевые конденсаторы, хранившиеся в течение длительного времени, необходимо восстановить путем подачи напряжения. Это должно восстановить оксидный слой и снизить ток утечки до приемлемого уровня.

Сборка

Пайка также может иметь решающее значение для алюминиевых конденсаторов. Алюминиевые SMT находятся на верхней стороне платы и подвергаются воздействию тепла в процессе пайки.

Это тепло, которое, вероятно, будет самой высокой температурой, которой конденсатор будет подвергаться в течение срока службы, может вызвать отказы. Это особенно сложно в процессах пайки, соответствующих требованиям RoHS (бессвинцовых), поскольку температура пайки оплавлением выше, и стандартные алюминиевые конденсаторы могут их не выдержать. У некоторых производителей есть алюминиевые конденсаторы для поверхностного монтажа, которые подходят для более высоких температур припоя, необходимых для бессвинцовых процессов.

Неправильный монтаж или обращение с конденсаторами также может привести к их повреждению. Большие конденсаторы можно неправильно использовать в качестве ручек для платы, что может привести к внутренним повреждениям.

Особое внимание следует уделить правильному монтажу поляризованных конденсаторов, таких как танталовые и алюминиевые электролитические. Например, алюминиевые конденсаторы предназначены только для постоянного тока, и если к ним приложено переменное напряжение, это может привести к катастрофическим отказам, включая обрыв или короткое замыкание, утечку электролита или вентиляцию конденсатора. Для большинства алюминиевых конденсаторов производители компонентов могут предоставить выводы, такие как J-образные выводы или защелки с тремя выводами, чтобы предотвратить неправильный монтаж.

При пайке, промывке и разделении плат наиболее проблемными являются температура и изгиб платы. Для керамических конденсаторов высокие температуры и тепловой удар могут вызвать растрескивание.

Кроме того, изгиб доски может вызвать механическое напряжение, что приведет к образованию трещин. Тепло, выделяемое в процессах стирки/сушки или монтажа, может привести к тому, что электролит в алюминиевых конденсаторах достигнет точки кипения, что может привести к повреждению детали. У радиальных алюминиевых электролитов гильза тоже может сжиматься при нагреве, вызывая как минимум визуальный дефект.

Отказы во время эксплуатации

Случайно возникающие отказы конденсаторов при их использовании являются наиболее важным источником отказов конденсаторов. Но если конденсаторы правильно подобраны, они также наименее распространены.

Часто срок службы конденсаторов больше, чем само применение. Тем не менее, очень важно, чтобы в критически важных приложениях, таких как подушка безопасности или автомобильная тормозная система, компоненты действительно отработали свой срок службы.

Несколько факторов могут помешать им это сделать. Когда конденсаторы используются, скачки энергии и высокие температуры вызывают различные виды отказов. В любой конструкции важно знать, как конденсатор будет реагировать на скачки напряжения или высокие температуры, чтобы определить наиболее подходящий компонент для приложения.

Высокая энергия

Конденсаторы по-разному реагируют на выбросы энергии. В большинстве случаев последствия низкоэнергетического всплеска несерьезны. И наоборот, выбросы высокой энергии в большинстве конденсаторов могут быть катастрофическими.

В металлизированных пленочных конденсаторах низкоэнергетический выброс может вызвать ухудшение изоляции. Однако эти устройства также являются самовосстанавливающимися, что значительно ограничивает любой ущерб.

Однако, если энергия очень высока, может произойти полный отказ. Высокие токи могут вызвать эту неисправность из-за испарения соединения между металлизацией и концевым контактом. Чтобы избежать этого, в сильноточных приложениях следует использовать пленочные/фольговые конденсаторы с бесконечным значением dU/dT или металлизированные конденсаторы сложной последовательной конструкции с высоким значением dU/dT.

Электролитические конденсаторы также обладают способностью к самовосстановлению, хотя и в меньшей степени, чем пленочные конденсаторы. В электролитических конденсаторах диэлектрик может трескаться как при скачках низкой, так и при высокой энергии.

Когда электролит соприкасается с алюминием через трещину в диэлектрике, происходит реакция, которая восстанавливает диэлектрик. Ток утечки будет увеличиваться, чтобы вызвать этот эффект самовосстановления. Если в ответ на скачок фольга будет проколота, может произойти вентиляция и конденсатор высохнет.

В керамических конденсаторах выбросы низкой энергии и высокого напряжения могут увеличить утечку тока. Термическое напряжение может привести к растрескиванию диэлектрика, а также к увеличению утечки или короткому замыканию. Всплеск высокой энергии может привести к растрескиванию керамики и проникновению влаги, что создаст токопроводящий путь.

В электрохимических двухслойных конденсаторах электролиз разлагает электролит при превышении номинального напряжения. Это генерирует газ, который увеличивает внутреннее давление. Если давление становится слишком высоким, корпус вентилируется.

Неправильное снижение напряжения может повредить танталовые конденсаторы; большинство производителей тантала рекомендуют снижать номинальное напряжение до 50–66 % от номинального напряжения. Обратное напряжение также повредит тантал, как и сильный тепловой удар из-за неконтролируемых монтажных профилей или нагрев из-за чрезмерного пульсирующего тока.

Высокая температура

Температура очень важна для любого конденсатора. На печатной плате конденсаторы не следует монтировать вблизи источников тепла.

Это относится к большинству конденсаторов, особенно к алюминиевым. Радиационный экран между крышкой и горячим компонентом предотвращает ускорение механизмов отказа горячим компонентом, что может быть связано просто с более коротким сроком службы (или более быстрым дрейфом параметров) или открытием клапана сброса давления в крайних случаях. Чтобы избежать сбоев в высокотемпературных приложениях, разработчик должен использовать конденсаторы с меньшими потерями, большего размера или с более высоким температурным диапазоном.

Износ

В начале срока службы компонента количество отказов в час очень мало, но они случайны. В период износа число отказов увеличивается с каждым часом и становится более предсказуемым. Механизм износа достигает предела, когда устройства не соответствуют спецификации для приложения.

Параметры дрейфа зависят от технологии и условий применения. Разработчикам важно знать, как конденсаторы реагируют на износ, так как это может быть фактором, зависящим от того, как долго их применение рассчитано на срок службы.

Для твердотельных алюминиевых или танталовых конденсаторов отсутствует механизм износа, что является большим преимуществом по сравнению с жидкостными алюминиевыми конденсаторами. Керамика будет иметь потери емкости из-за миграции оксидных вакансий.

Пленочные конденсаторы имеют некоторое окисление металлических проводников, что увеличивает коэффициент рассеяния. Для алюминиевых полимеров импеданс ЭПР увеличивается из-за деградации полимера. Для электролитических и двухслойных конденсаторов импеданс и ESR будут увеличиваться из-за потери электролита. ■

Дополнительные сведения о конденсаторах см. на веб-сайте http://www.electronicproducts.com/passives.asp.

Узнайте больше о Vishay Intertechnology

Анализ отказов конденсаторов и катушек индуктивности

Статья «Анализ отказов конденсаторов и катушек индуктивности», написанная Джавидом Кази и Масахаем Икедой из KEMET Electronics, появилась в книге издательства ASM International® «Справочник по анализу отказов микроэлектроники», седьмое издание под редакцией Теджиндера Ганди. Блог о пассивных компонентах получил разрешение как от авторов, так и от издателя, чтобы опубликовать эту статью на веб-сайтеpassive-components.eu.

Джавид Кази
KEMET Electronics, Симпсонвилль, Южная Каролина, США, а также адъюнкт-факультет Школы материаловедения и инженерии Университета Клемсона, Клемсон, Южная Каролина
Масахай Икеда
TOKIN, дочерняя компания KEMET Electronics, Сендай, Япония

Объясняется общая конструкция танталовых, алюминиевых электролитических, многослойных керамических, пленочных и суперконденсаторов, а также синфазных дросселей и катушек индуктивности для поверхностного монтажа. Обсуждаются основные виды отказов и механизмы для каждого из них. Также описаны различные подходы к анализу отказов, используемые для этих компонентов, а также разработка некоторых из этих методов.

Электроника в повседневной жизни все чаще используется и зависит от нее, от портативной электроники до кардиостимуляторов. Ожидается и требуется высокая надежность этих систем. Пассивные компоненты могут не быть «мозгами» этих электронных систем, однако отказ любого из них может привести к частичному или полному отключению электронной системы. Эти неисправности вызывают раздражение или могут перерасти в ситуацию безопасности или даже в опасную для жизни ситуацию. Анализ отказов (FA) этих компонентов помогает определить основную причину и улучшить общее качество и надежность электронных систем.

Пассивные компоненты можно условно разделить на конденсаторы (CAPS), резисторы и катушки индуктивности (INDS), каждый из которых имеет совершенно разные функции и, следовательно, конструкции. В каждой из этих категорий есть подкатегории, основанные на различных материалах и конструкциях, используемых в каждой из них, как указано в таблицах 1 и 2 [1]. Это делает FA пассивных компонентов широкой темой. Настоящая работа дополняет статью в предыдущем издании Microelectronics Failure Analysis Desk Reference [2]. Обсуждается общая конструкция выбранных компонентов, а также типичные виды отказов и соответствующие методы FA.

Прежде чем углубляться в конкретные подходы FA для различных компонентов, здесь кратко обсуждаются некоторые из распространенных практик FA. Изучение и документирование неисправного компонента в состоянии, в котором оно было получено, например физические аномалии и повреждения, ориентация на плате, состояние окружающих деталей и т. д., имеют решающее значение, поскольку они предоставляют бесценную информацию. Следующим важным шагом является понимание, документирование и, во многих случаях, подтверждение сообщенного режима отказа (т. е. утечка или короткое замыкание, обрыв цепи и т. д.).

Следующие неразрушающие внутренние и внешние исследования с помощью оптической микроскопии, рентгеновского излучения, сканирующей акустической микроскопии в С-режиме (C-SAM) и т. д. должны быть выполнены. Выполнение базовой электрической характеристики, которая обсуждается в отдельных разделах, является следующим логическим шагом. Читателю рекомендуется обратиться к приведенному ниже разделу, посвященному конкретным компонентам, чтобы убедиться в отсутствии дальнейшего повреждения компонента в результате любого из вышеперечисленных анализов. Перед выполнением любого FA очень важно собрать историю отказавшего компонента, включая информацию о партии, условиях монтажа и промывки платы, любых проведенных испытаниях, когда и как произошел отказ, какой отказ был обнаружен и т. д. Другим соображением является обеспечение того, чтобы контрафактный или неправильный компонент не был причиной отказа. Понимание конструкции компонента играет жизненно важную роль в выполнении FA, поскольку оно различается в каждой категории, а также у разных производителей (некоторые из которых перечислены в ссылках [1, 3-7]).

Тип отказа, конструкция и состояние компонента определяют наилучший подход к изоляции. Удаление с помощью термофена, обрезка выводов или площадок для пайки, обрезка платы вокруг компонента и т. д. являются распространенными вариантами изоляции. Цель состоит в том, чтобы удалить компонент практически без повреждений.

Следует соблюдать надлежащую технику безопасности и обращения, а также применимые правила. Неправильное обращение с химикатами и/или электрическими системами может привести к телесным повреждениям или даже смерти.

Простой конденсатор состоит из диэлектрика между двумя проводящими материалами. Одним из способов получения высокой емкости в малом объеме является увеличение площади поверхности диэлектрических электродов в заданном объеме, что достигается с помощью различных типов конструкций, перечисленных в таблице 1. Различные типы САПР, их конструкции и характеры отказов. обсуждаются ниже.

Танталовые конденсаторы

Танталовые конденсаторы (Ta-CAPS) обычно состоят из пористого анода из Та (для большей площади поверхности) с прикрепленным к нему проводом из Та. Диэлектрик, аморфный Ta2O5, обычно толщиной несколько десятков нм, электрохимически выращивается на всех поверхностях пористого Ta-анода [1]. Жидкий электролит, MnO2 или проводящий полимер являются тремя наиболее часто используемыми противоэлектродами, причем последний становится наиболее часто используемым. Положительное соединение обычно создается путем приваривания провода Ta к выводной раме (LF).

Для твердотельных устройств соединение между противоэлектродом (полимер или MnO2) и отрицательным НЧ выполняется с помощью токопроводящих паст и/или припоев. Как правило, устройства для поверхностного монтажа (SMD) заформованы (рис. 1) [1]. Принимая во внимание, что влажные и некоторые сквозные устройства обычно герметично закрыты в металлической банке или керамическом контейнере. Для влажных Ta CAPS в качестве отрицательного электрода используется жидкий раствор на основе кислоты. Другие устройства со сквозными отверстиями имеют конформное покрытие или отформованы.

Благодаря мягкому режиму отказа и лучшим электрическим характеристикам, проводящие полимерные Ta-CAPS широко используются Ta-CAPS, и остальная часть раздела в основном сосредоточена на этом типе, хотя большая часть того, что обсуждается, применимо к другим Ta-CAPS. также. Ta-CAPS может выйти из строя в режиме высокой утечки/короткого замыкания, высокого ESR (эквивалентного последовательного сопротивления) или в режиме разомкнутой цепи/низкой емкости, при этом наиболее распространенным режимом является высокая утечка/короткое замыкание.

Рис. 1. Типовая конструкция танталового конденсатора для поверхностного монтажа [1].

Большая утечка или кратковременный отказ могут произойти в результате нарушения диэлектрика (Ta-оксид), что позволяет положительному электроду (металлический Ta) войти в непосредственный контакт с противоэлектродом (MnO2, проводящий полимер или жидкий электролит). Обычно это происходит внутри или на пористом аноде из Та. Другая возможность — когда создается путь утечки, который обходит диэлектрик. Это может быть создано либо внутри формованного устройства (перемычка между положительными и отрицательными НЧ), либо CAP полностью исключен в результате перемычки между отрицательными и положительными контактными площадками на печатной плате. В случае герметически закрытого Та шунтирование могло произойти на крышке банки, между банкой (минусом) и плюсовым проводом.

Общие причины, приводящие к высоким утечкам или кратковременным отказам по любому из вышеперечисленных механизмов, сгруппированы под производством или применением Ta-CAPS (рис. 2) [8]. В большинстве случаев отказ возникает как комбинация различных факторов из этих двух групп.

Перед тем, как приступить к деструктивному анализу, очень важно как можно точнее задокументировать состояние и характер отказа неисправного Ta-CAP в состоянии, в котором оно было получено. Внешняя и внутренняя конструкции Ta-CAPS могут существенно отличаться от одного типа Ta-CAP к другому (рис. 3) и от одного поставщика к другому [1, 3-7]. Следовательно, полное понимание конструкции Ta-CAP необходимо для плодотворной FA. Излишне говорить, что каждый производитель лучше всех разбирается в своих компонентах и, следовательно, лучше всего подготовлен для выполнения на них FA.

Рисунок 2. Распространенные причины большой утечки или кратковременного отказа танталовых конденсаторов [8].

Последние разработки в области рентгеновских технологий позволяют лучше понять внутреннюю структуру этих Ta-CAPS. Одним из таких примеров является рентгеновская компьютерная томография (рентгеновская КТ), которая позволяет одновременно делать виртуальные срезы компонента с разных направлений. На рис. 4, например, показаны виртуальные срезы полимерного герметизированного Ta-CAP с разных направлений, показывающие выравнивание анода Ta в банке, а также наличие пустот в пайке банки к крышке.

Рисунок 3. Различные типы танталовых конденсаторов: (a) Оптическое изображение, показывающее внешнюю конструкцию различных типов Ta CAPS для поверхностного монтажа и сквозных отверстий. Рентгеновские изображения показывают внутреннюю конструкцию (b) обычного поверхностного монтажа, (c) лицевой стороной вниз и (d) многоанодного Ta-CAPS.

Следующим шагом в процессе FA является документирование электрических характеристик Ta-CAP, таких как емкость, коэффициент рассеяния (DF) и ESR. Следует отметить, что утечка постоянного тока здесь намеренно опущена. Ta-CAPS, как и некоторые другие CAPS, обладает способностью к самовосстановлению. Ta-CAP с высокой утечкой может восстановиться после подачи на него постоянного напряжения и тока. И наоборот, приложение напряжения и тока может вызвать состояние теплового разгона, тем самым еще больше разрушив Ta-CAP. Любой из этих сценариев бесполезен для FA.

Поэтому рекомендуется измерять сопротивление постоянному току (DCR) вместо утечки постоянного тока, которое для хорошего Ta-CAP (в зависимости от типа CAP) будет в мегаомном диапазоне. Аналитик должен быть осторожным, чтобы ограничить напряжение и ток, которым подвергается CAP во время измерений DCR, так как это может изменить CAP. При отсутствии каких-либо внешних или внутренних аномалий, обнаруженных при оптическом и рентгенологическом исследовании, тепловизионное изображение может быть полезным для определения места повреждения.

Градиент температуры на тепловом изображении выделяет источник тепла. Горячая точка, определенная с помощью тепловизионного изображения, свидетельствует о локальном нагреве из-за отказа. На рис. 5 показана ярко-красная/белая горячая точка, выделяющая место отказа рядом с отрицательным концом компонента. Тепловидение вместе с рентгеновским и оптическим изображением помогает добраться до плоскости разлома и, следовательно,
, позволяющий провести детальный анализ места разлома и прилегающей территории. Эта комбинация особенно полезна для нескольких анодов и многослойных Ta-CAPS, чтобы определить, сколько и какие аноды имеют высокую утечку или короткое замыкание. Следует с осторожностью ограничивать ток и напряжение, подаваемые на Ta-CAP для тепловидения, так как это может привести к дополнительным повреждениям.

Подаваемое напряжение не должно превышать прикладное или номинальное напряжение, в зависимости от того, что ниже. Ток можно ограничить с помощью используемого источника питания или путем добавления резистора в цепь. Тепловидение — это баланс между ограничением воздействия напряжения и тока и получением тепловой точки.

Рис. 4. Рентгеновский КТ-анализ показывает виртуальное сечение герметично закрытого полимерно-танталового конденсатора с трех разных направлений.

Осмотр места неисправности не всегда позволяет установить причину отказа. Различные причины отказов (рис. 2) приводят к одинаковым конечным результатам: повреждение диэлектрика, тепловое взаимодействие между Та, диэлектриком и противоэлектродом и т. д. Термические и механические повреждения, возникающие в результате отказа, могут уничтожить доказательства того, что вызвало отказ. .

Здесь знание истории и условий, которым подвергался компонент, будь то монтаж на плате, промывка, хранение, электрические и тепловые воздействия и т. д., становится очень полезным для определения того, какой механизм отказа может быть задействован. Например, большинство Ta-CAPS для поверхностного монтажа не являются герметичными.

Продолжительное воздействие на эти литые устройства агрессивных сред, таких как высокая влажность и температура, может привести к коррозии металла и миграции ионов (например, Cu, Ag, Sn). Это может создать перемычку на положительном конце или поставить под угрозу лечебную способность на отрицательном конце. Значительная работа была проделана для уменьшения/устранения этих ионных миграций [9].]. Ионная миграция может не выглядеть как типичная дендритная структура, потому что она происходит в разных слоях или на границах между разными материалами. Значительное поглощение влаги также может вызвать вздутие и/или окисление внутреннего противоэлектрода, что приведет к более высокому ESR.

Влагопоглощение CAP также может привести к увеличению емкости из-за областей соединения, которые не полностью покрыты твердым электролитом. Здесь стоит упомянуть, что некоторые из Ta-CAPS классифицируются производителями как уровень чувствительности к влаге 3 (MSL 3) и должны рассматриваться как таковые. Неправильное обращение может привести к немедленным или скрытым отказам. Хранение формованных Ta-CAPS во влажной среде может привести к значительному поглощению влаги, что может привести к «эффекту попкорна» (набухание и растрескивание эпоксидной смолы формы из-за повышения давления газа) во время оплавления.

Рис. 5. Тепловое изображение Ta-CAP, показывающее горячую точку, указывающую на место разлома.

Качество диэлектрика играет жизненно важную роль в определении тока утечки CAP. Точечные отверстия, трещины или любые другие артефакты в диэлектрике могут привести к повышенным утечкам или короткому замыканию. Узелки кристаллического оксида в аморфном диэлектрике могут создавать условия с высокой утечкой. При прочих равных обычно Ta-CAPS 35 В и выше более склонны к этому.

Для получения более подробной информации рекомендуется ссылка [8]. За прошедшие годы было разработано множество процессов для минимизации/устранения роста кристаллического оксида [10,11], таких как предотвращение или удаление загрязняющих веществ и т. д. С учетом потребности в более низком и более низком ESR, от сотен до десятков и даже до одноразрядных миллиом. , анализ отказов ESR становится решающим. Большинство этих Ta-CAPS для поверхностного монтажа с низким ESR основаны на проводящем полимере и не являются герметичными, поэтому они чувствительны к влаге и температурным воздействиям.

Рис. 6. Распространенные причины отказа Ta CAPS с высоким ESR

Наиболее распространенные причины отказа ESR перечислены на (рис. 6). Сбои могут быть результатом одной или комбинации этих производственных и/или прикладных причин. Сбои ESR обычно возникают из-за нарушения положительного или отрицательного соединения. На проводимость полимера влияет воздействие влаги и/или повышенных температур, особенно в суровых условиях, что в экстремальных случаях также может привести к сбоям ESR. Любые крайности, слишком влажные или слишком сухие (например, вакуум, космос) могут привести к неудаче и являются активными областями исследований для их улучшения. Была проделана работа по улучшению стабильности проводящего полимера при повышенной температуре и, таким образом, сохранению более низких значений ESR [12].

Первым шагом ESR FA является подтверждение отказа. Измерение ESR на плате в состоянии «как есть» необходимо. Кроме того, необходимо понимать электрическую цепь, частью которой является CAP, поскольку измеренное ESR конденсатора на плате может не точно отражать ESR компонента. Детальный внешний осмотр ЦАП на плате позволяет выявить любые аномалии (трещины, неплотное соединение и т.д.) на ЦАП и его окружении.

Next Рентгеновский анализ «как есть» может предоставить ценную информацию о внутренней конструкции, а также о паяных соединениях. После того, как CAP будет электрически изолирован путем разрезания дорожек на плате, необходимо снова измерить ESR. Снятие CAP с платы должно производиться с наименьшим тепловым и механическим воздействием на CAP, так как любой из них может изменить соединения.

Разрезание платы вокруг ЦАП с минимальными повреждениями — один из вариантов. Это позволяет провести тщательный осмотр внутренней конструкции с помощью рентгеноструктурного анализа, а в некоторых случаях может оказаться очень полезным рентгено-КТ. Отпайку при необходимости следует выполнять осторожно, чтобы избежать перегрева CAP. На рис. 7 показан пример проблемы с отрицательным соединением, которая может привести к высокому ESR. Рентгеновские КТ-изображения (рис. 7) показывают виртуальные срезы одной и той же ЦАП с двух разных направлений. В этом случае видны значительные расслоения и пустоты (красные стрелки) между посеребренным таанодом и токопроводящим клеем, которым он крепился к негативу LF.

Рис. 7. Рентгеновские КТ-изображения Ta-MnO2 CAP: (а) вид сбоку ближе к центру и (б) негативный вид с торца.

На основании рентгенологического анализа ЦАП может быть подготовлен для детального внутреннего исследования путем разрезания его в определенной плоскости. Как правило, для одного анода CAP, разделяя его параллельно проводу Ta до его центра, открываются все интерфейсы. Для CAP со значительно более высоким ESR микрозондирование секционированной части позволяет дополнительно изолировать проблемные интерфейсы. Микрозондирование позволяет измерять сопротивление интерфейсов в Ta-CAP.

Эти измерения обычно выполняются в форме: положительный LF к проводу Ta, отрицательный LF к токопроводящему клею (CA), противоэлектродные слои к CA и т. д. Этот подход позволяет определить интерфейс(ы) более высокого сопротивления, которые будут способствовать общая СОЭ. Затем анализ SEM может предоставить более подробный обзор этих конкретных интерфейсов, чтобы помочь определить основную причину. Необходимо соблюдать осторожность как при срезе, так и при микрозондировании, потому что оба этапа могут привести к появлению артефактов. Заливку и нарезку следует производить таким образом, чтобы свести к минимуму смазывание или разделение слоев, что может привести к вводящим в заблуждение результатам.

Низкая емкость и высокий DF обычно не являются общими проблемами для Ta-CAPS, и заинтересованные читатели могут найти более подробную информацию в [8]. В случае влажного Ta-CAPS нарушение герметизации может привести к утечке электролита, что может привести к низкой CAP и/или высокой утечке/короткому замыканию, если он перемыкает положительный провод и банку.

Алюминиевые электролитические конденсаторы Рисунок 8. Различные формы и размеры алюминиевых электролитических конденсаторов.

Al-электролитические CAPS (Al-CAPS), в зависимости от их емкости и номинального напряжения, доступны в широком диапазоне форм и размеров. Многие из них специально разработаны для определенных приложений, что приводит к совершенно разным конструкциям (рис. 8). Al-CAPS можно разделить на две категории: осевые и радиальные. Осевые типы обычно имеют подводящие провода на обоих концах, хотя есть варианты, в которых используются коронки для вертикального монтажа. Некоторые из них даже монтируются на поверхность. Радиальные типы являются односторонними, т. Е. Оба вывода находятся на одной стороне. Наиболее распространенные имеют винтовые, защелкивающиеся или запрессовываемые клеммы. Аналитик отказов должен определить точный номер детали и обратиться к производителю за подробной конструкцией, прежде чем выполнять детальную FA.

Типичный Al-CAP состоит из катодной и анодной алюминиевой фольги, намотанной с прокладкой (обычно бумажной) между ними (называемой «намотанным элементом»). Намотанный элемент пропитывается жидким электролитом и/или проводящим полимером, который затем герметизируется в алюминиевой банке, обычно с использованием алюминиевой крышки или изоляционного слоя (в зависимости от конструкции) и резинового уплотнения.

Алюминиевые лепестки, которые прикрепляются как к анодной, так и к катодной фольге в процессе намотки, обеспечивают электрическое соединение с внешними клеммами. Протравленная анодная фольга используется для получения значительной площади поверхности и, следовательно, более высокой емкости в том же объеме. Диэлектрик, оксид алюминия, выращен электрохимически на вытравленной поверхности перед сборкой намотанного элемента. Рис. 9показаны примеры внутренней конструкции двух разных типов Al-CAPS от производителя. После того, как намотанный элемент помещен в алюминиевую банку
и запечатан (негерметично), обычно наносится изолирующая оболочка/покрытие для изоляции алюминиевой банки (отрицательный вывод) от окружающей среды. Резиновое уплотнение (негерметичное) может привести к медленной утечке электролита, что в конечном итоге приведет к параметрическим сбоям.

Рис. 9. Конструкции винтовых (а) и сквозных (б) алюминиево-электролитных КАПС [1].

Утечка электролита из-за плохого качества изготовления (плохое уплотнение, вентиляция и т. д.), внешнее повреждение алюминиевой банки, уплотнения или клемм или воздействие высокой температуры также может привести к аналогичной проблеме. Это можно обнаружить с помощью оптического исследования с последующим любым остаточным анализом, если это необходимо, например, инфракрасной спектроскопией с преобразованием Фурье (FTIR). Еще одной возможностью проверить герметичность банки может быть испытание на пузырьки. Сильное механическое воздействие на алюминиевый корпус может привести к повреждению фольги и утечке электролита, что приведет к высокому току утечки.

Сильное механическое воздействие и/или вибрация также могут повредить внутренние соединения фольги/выводов/клемм, что приведет к большой утечке/короткому замыканию или обрыву цепи. Сильная вибрация также может привести к аналогичным внутренним или внешним повреждениям этих CAPS, хотя обнаружить последствия вибрации может быть непросто. Аналитик отказов должен проверить, правильно ли закреплены детали в среде их применения (например, зажаты и т. д.).

Высокое переходное напряжение может вызвать пробой диэлектрика из оксида алюминия, что может привести к большой утечке или короткому замыканию. Анализ схемы приложения полезен в подобных случаях. Al-CAPS может выйти из строя из-за короткого/катастрофического пробоя, обрыва или низкой емкости. Большая утечка или короткое замыкание в этих CAP, таких как Ta-CAPS, также происходит в результате диэлектрического нарушения или обхода активного CAP. На рис. 10 перечислены некоторые из распространенных причин высоких утечек или кратковременных отказов Al-CAPS. Байпас может быть внутренним или внешним. В обоих случаях перемычка между положительной и отрицательной клеммами/Alcan может возникнуть в результате коррозии или загрязнения.

Возможно, на плате произошло внешнее замыкание. Тщательный внешний осмотр неисправности в том состоянии, в котором она была получена, очень важен для определения этого. Попадание раствора между алюминиевой банкой и изоляционным рукавом/покрытием (промывка, конденсация) либо в процессе производства, либо во время промывки при монтаже на плате впоследствии может привести к просачиванию жидкости и образованию мостиков. Присутствие ионных частиц, обычно происходящих из различных компонентов, самих плат или используемых флюсов, может сделать эту жидкость проводящей. Это может привести к перемычке и/или вызвать электромиграцию проводящих частиц.

Воздействие химикатов на детали во время транспортировки и/или в месте нахождения клиента может привести к коррозии внешних клемм, что приведет к утечке и/или проблемам с ESR. Просачивание некоторых химикатов в алюминиевую банку через уплотнение (негерметичное), особенно содержащих хлориды химикатов, может затем воздействовать на оксид алюминия и вызвать утечку.

Рис. 10. Типичные причины больших утечек или кратковременных отказов Al-CAP.

Такие простые вещи, как фумиганты, используемые на международной таможне, хоть и редко, но иногда могут создавать такие условия. В случае полностью твердого Al-CAPS (только проводящий полимер) длительное воздействие высокой температуры и высокой влажности может привести к просачиванию влаги в детали, вызывая повышенную утечку или короткое замыкание.

Большинство Al-CAPS негерметичны. Резиновое уплотнение используется вместе с вентиляционным отверстием (во многих случаях), чтобы позволить CAP сбросить давление, которое может со временем увеличиваться с образованием водорода из-за разложения жидкого электролита и / или внешнего нагрева. Большая утечка может привести к внутреннему нагреву, что может привести к аналогичному вентилированию.

Следовательно, производители Al-CAPS определяют конечный срок службы для этих типов CAPS. Это хорошо известное явление в Al-CAPS, которое обычно приводит к низкой емкости или ее отсутствию (из-за потери электролита) и/или высокому ESR. Продолжающаяся деградация Al-CAP таким образом может привести к снижению его выходного напряжения, что при пульсирующих токах может привести к большой утечке или короткому выходу из строя. Таким образом, знание истории жизни этих типов CAPS очень полезно при FA. Коррозия внешних клемм, возникающая в результате агрессивной среды применения/хранения, также может увеличить ESR. Тщательный внешний осмотр ЦАП перед деструктивным анализом и в этом случае будет очень полезен.

После подтверждения высокой утечки или короткого замыкания внутренняя проверка конструкции Al-CAP с помощью рентгеновской компьютерной томографии может помочь выявить место неисправности. После того, как весь неразрушающий анализ выполнен, намотанный элемент можно снять с Alcan и размотать для дальнейшего анализа. Анализ места утечки/короткого замыкания с помощью оптического анализа и/или анализа SEM-EDS может дать более полное представление о причине (например, загрязнение, повреждение и т. д.).

Многослойные керамические конденсаторы (MLCC)

В отличие от Ta и Al-электролитических CAPS, MLCC являются неполярными устройствами, поэтому работают с электрическим смещением, приложенным в любом направлении. MLCC производятся путем укладки листов диэлектрических слоев (например, BaTiO3, CaZrO3 и т. д.) друг на друга с электродными слоями между ними. Слои электродов имеют более короткие размеры, чем диэлектрические слои, чтобы избежать воздействия на внешнюю поверхность, кроме как с одной стороны.

Укладка осуществляется таким образом, что каждый второй электрод смещается, чтобы быть открытым к одной стороне подключения, таким образом, два соседних электрода подключаются к противоположным клеммам. После обжига (высокотемпературного спекания) для обеспечения связи между различными слоями применяются торцевые заделки для электрического соединения со всеми электродами с каждой стороны. На (рис. 11) показаны две разные конструкции MLCC: обычная конструкция, в которой каждый второй электрод подключен к одной клемме (рис. 11а), и конструкция повышенной надежности, в которой плавающие электроды не подключены ни к одной клемме для обеспечения более безопасного режима отказа. (рис. 11б). Помимо различий во внутренней конструкции, MLCC доступны в различных размерах и конструкциях (рис. 12).

Рис. 11. Показана типичная многослойная структура MLCC: (а) обычная конструкция и (б) конструкция с плавающим электродом. Рис. 12. Различные размеры и конструкции MLCC

Низкое сопротивление изоляции (IR) или короткое замыкание, а также низкая емкость или отсутствие емкости — два наиболее распространенных режима отказа для MLCC. Как обсуждалось в предыдущем разделе, внутренние и внешние осмотры отказа в состоянии поставки с использованием неразрушающих методов имеют неоценимое значение и должны быть выполнены до того, как продолжить работу.

Низкое ИК или кратковременные сбои могут быть вызваны шунтированием любого из электродов внутри или внешним шунтированием клемм. Первые могут быть вызваны растрескиванием (изгибом или термическим), внутренними загрязнениями (внедренными в процессе производства), более тонкими или неоднородными по толщине слоями или расслоением между соседними слоями. Пустоты в керамическом диэлектрическом слое, образующиеся в результате производственного процесса, могут локально значительно уменьшить эффективную толщину диэлектрика, что может привести к более низкому напряжению пробоя и низкому ИК/короткому замыканию. Внешнее замыкание может быть на плате (между контактными площадками) или на CAP в результате поверхностного загрязнения (особенно токопроводящими частицами).

Загрязнение, приводящее к внешнему шунтированию, может происходить из различных источников, включая процесс производства MLCC, их хранение и обращение с ними, монтаж на плате и/или применение. Наличие влаги и приложенное смещение с поверхностным загрязнением могут создать идеальную среду для электромиграции металлов, таких как Sn, Ag или Cu, которые используются в конструкции этих MLCC, а также в припоях, используемых для монтажа и печатных плат. сами себя.

Рис. 13. Микрофотография SEM, показывающая электромиграцию Ag, связанную с отказом MLCC.

Изображение, полученное с помощью сканирующей электронной микроскопии (рис. 13), показывает миграцию Ag на поверхность загрязненного MLCC после воздействия высокой температуры и влажности при приложении напряжения. Если подозревается электромиграция MLCC поверх формованного, эпоксидную смолу следует тщательно удалить, а поверхность эпоксидной смолы и MLCC следует проверить на наличие признаков электромиграции.

После внешнего анализа MLCC очистка поверхности и повторное измерение IR могут помочь подтвердить, была ли проблема вызвана внешним перемычкой. Для многочиповых устройств проблемный чип должен быть идентифицирован и изолирован перед дальнейшим анализом. Аналитик отказов должен быть осторожен, чтобы не создавать артефакты в процессе этого. Если внешнее мостовое соединение подтверждено, дальнейшая FA не требуется.

Другой причиной низкого IR или короткого замыкания являются трещины в MLCC, особенно при изгибе, которые могут возникнуть в результате нагрузки на жесткий MLCC во время монтажа платы и/или обращения с платой. Растрескивание может обнажить новые поверхности двух или более противоположных электродов в непосредственной близости. Влага или другой проводящий материал могут попасть на эти открытые поверхности и могут соединить два противоположных электрода, вызывая низкое ИК-излучение или короткое замыкание. Наличие влаги и смещения также может привести к электромиграции в этих трещинах. Тепло, выделяемое при сбое, может способствовать дальнейшему распространению трещин, что еще больше усугубляет ситуацию. Растрескивание при изгибе является одной из наиболее распространенных причин выхода из строя и обычно представляет собой трещину от края разъема на плате до микросхемы (рис. 14). Стоит отметить, что микросхемы не всегда монтируются на плате с электродами, параллельными плате, особенно для почти квадратных чипов (одинаковая ширина и высота), что делает обнаружение трещин при изгибе несколько затруднительным.

Рис. 14. Оптическое изображение, показывающее растрескивание при изгибе в поперечном сечении MLCC.

Обычно MLCC разрезают сбоку, чтобы можно было осмотреть как концевые выводы, так и слои электродов. Следовательно, аналитик отказов должен задокументировать ориентацию CAP на доске перед выполнением любой FA. Тщательное внешнее оптическое исследование с использованием обычного и поляризованного света может помочь идентифицировать некоторые из этих трещин. «Вицинальное освещение» может быть особенно полезным для обнаружения очень близко расположенных трещин и отслоений между слоями, которые могут быть скрыты или не обнаружены при использовании традиционных методов освещения [13].

В зависимости от размера и конструкции чипа рентгенологическое исследование может выявить некоторые из этих трещин. Основываясь на оптическом и рентгеновском анализе, а также на конструкции MLCC, заливка CAP эпоксидной смолой и ее разрезание позволяют гораздо ближе рассмотреть его внутреннюю структуру. Помимо ориентации CAP (как обсуждалось выше), необходимо соблюдать осторожность, чтобы не образовались трещины в процессе разрезания, поскольку жесткое керамическое тело склонно к растрескиванию.

Рис. 15. Расслоение в MLCC, обнаруженное с помощью C-SAM (а), можно увидеть на поперечном сечении (б).

Благодаря лучшему пониманию растрескивания при изгибе производители MLCC разработали конструкции для уменьшения трещин при изгибе. Одним из таких подходов является общее улучшение гибкости компонента. Теперь доступны MLCC, способные выдерживать изгиб до 5 мм [14]. Еще одним улучшением является использование гибких концевых элементов, которые отрываются от керамического корпуса, а не растрескиваются при изгибе, что приводит к отказу MLCC в виде разомкнутой цепи (более безопасный режим отказа), а не в условиях низкого IR или короткого замыкания [14].

Расслоение/параллельные трещины между электродом и диэлектриком, обычно являющиеся производственным дефектом, могут увеличиваться при термомеханическом воздействии во время применения. Следовательно, они могут перескакивать через разные электродные слои и вызывать растрескивание диэлектрического слоя, обнажая, таким образом, два противоположных электрода. Формирование проводящего пути (как описано выше) между этими противоположными электродами (влажность и/или ионные частицы) может привести к низкому ИК или короткому замыканию.

Сканирующая акустическая микроскопия в С-режиме (C-SAM) позволяет определить такое расслоение. MLCC с высокой надежностью регулярно сканируются с помощью C-SAM для проверки на наличие расслоения. Как только обнаружены трещины или расслоения, разрез детали по интересующей плоскости может дать более полное представление об основной причине отказа.

Например, сильное расслоение, обнаруженное с помощью C-SAM в MLCC (рис. 15а), помогло провести процесс разреза, который подтвердил расслоение (рис. 15b). В некоторых случаях тепловидение может помочь определить местонахождение горячей точки в CAP. Для тепловидения применяются те же принципы, что и для Ta CAPS. Тепловое изображение (рис. 16) показывает наличие горячей точки в поперечном сечении MLCC, что указывает на наличие в данном случае места подповерхностного разлома, так как внешние повреждения не обнаружены.

Рис. 16. Тепловое изображение поперечного сечения MLCC показывает горячую точку.

Механическое или физическое воздействие на MLCC может привести к образованию трещин, которые могут привести к низкому IR или короткому замыканию. Термический удар может создать трещины внутри MLCC, что может привести к низкому IR или короткому замыканию. Хотя это и не является обычным явлением, перенапряжение является еще одной возможной причиной низкого IR или короткого замыкания. Типичное напряжение пробоя для MLCC в три или более раз превышает номинальное напряжение.

Рис. 17. Рентгенограмма КТ, показывающая пустоту в конце MLCC [16].

Некоторые диэлектрики, используемые в MLCC, имеют явление старения, связанное с их емкостью, т.е. их емкость значительно падает со временем (на 40-50% и более). Для диэлектрика класса 1, такого как C0G, изменение емкости в типичном температурном диапазоне от -55°C до +125°C очень мало. С другой стороны, диэлектрики классов 2 и 3 имеют значительную температурную зависимость. Это хорошо известное явление среди производителей MLCC [15]. Потеря емкости может быть восстановлена ​​путем термообработки против старения, обычно выше 150°C. Аналитик отказов должен знать об этом, прежде чем выполнять какой-либо деструктивный анализ, поскольку он не покажет никаких проблем с MLCC.

Низкая или отсутствующая емкость также может быть результатом отключения некоторых или всех электродов до ее замыкания соответственно, что делает электроды электрически изолированными. Рентгеновская КТ в некоторых случаях может выявить отсоединение электродов и терминацию конца (рис. 17). После проведения электрического и внешнего осмотра поперечное сечение MLCC для обнажения электродов позволит определить, какие электроды не имеют связи с заделкой.

Если он не виден при оптическом осмотре, виновника можно определить с помощью медного покрытия (метод нанесения покрытия на активные электроды), тепловидения или микрозондирования. Как только электроды, о которых идет речь, идентифицированы, СЭМ может позволить глубже понять причину расслоения.

Пленочные конденсаторы

Как и MLCC, пленочные CAP являются неполярными устройствами и имеют похожую многослойную структуру. В этом случае диэлектрический слой, полимерная пленка, обычно полипропиленовая (другие включают полистирол, поликарбонат и т. д.) толщиной 2-20 мкм, металлизированы слоем алюминия и/или цинка толщиной несколько нм (который действует как электроды). Небольшой «край» пленки остается неметаллизированным с одного конца.

Сотни или даже тысячи таких слоев уложены или намотаны вместе, при этом каждый второй слой смещен в одну сторону (рис. 18), а край находится на противоположном конце. Затем на каждую сторону наносится торцевая заделка, обычно с нанесением на нее одной и той же металлизации (Al или Zn), а затем слой припоя, обычно Sn. Торцевая заделка обеспечивает электрическое соединение с тонким слоем металлизации в каждом слое обмотки.

Внешняя поверхность концевой заделки представляет собой область для пайки, а также обеспечивает физическую поддержку обмотки. В зависимости от конструкции на каждом конце крепятся электрические клеммы, а вся сборка помещается в корпус, заполненный эпоксидной или полиуретановой (ПУ) смолой. В некоторых случаях этот шаг пропускается, и конденсатор используется в голой/негерметизированной конструкции. Некоторые из этих конденсаторов могут быть соединены вместе перед тем, как поместить их в корпус, для достижения желаемых электрических свойств.

Рис. 18. Типичная внутренняя конструкция пленочного конденсатора.

Пленочные колпачки доступны в различных конструкциях, размерах и конструкциях (рис. 19) для различных применений. Аналитик отказов должен понять это, прежде чем начинать FA. Пленочные CAP также очень способны к самовосстановлению, что может предотвратить катастрофический сбой. В случае пробоя диэлектрика энергия, выделяемая дуговым разрядом (плазменным разрядом) в месте пробоя, испаряет тонкий слой металла в прилегающих к месту пробоя участках. Это так называемое «явление очистки» изолирует место повреждения, тем самым восстанавливая низкий ток утечки с небольшим падением емкости (рис. 20).

Рисунок 19. Различные размеры и конструкции пленочных конденсаторов.

В экстремальных случаях «зачистка» может привести к чрезмерным потерям эффективной площади, что приведет к значительным потерям емкости. Биаксиально-ориентированный полипропилен обладает лучшими свойствами самовосстановления и поэтому используется в качестве диэлектрика в высокоэнергетических приложениях.

Низкая емкость или ее отсутствие, а также высокая утечка или короткое замыкание — два основных режима отказа пленочных CAPS. Хотя в некоторых случаях высокое ESR также может привести к отказу. Низкая емкость или ее отсутствие обычно может быть результатом отсоединения тонкого слоя металлизации от концевой заделки или коррозии самого слоя металлизации. В любом случае эффективная площадь поверхности уменьшается, что приводит к потере емкости.

Другой причиной может быть отсутствие электрического соединения между концевой заделкой и внешним электрическим проводом. Для пленочных КАПС с одним стеком/намотанным элементом (далее именуемым «пленочная намотка»), подобным изображенному на (рис. 18), отсоединение любого из «выводов» от концевой заделки приведет к отсутствию емкости. (открытый режим отказа). Для пленочных CAPS с несколькими «пленочными обмотками» отсутствие соединения между одним из них приведет к проблеме с низкой емкостью. Отсутствие хорошего соединения между «выводами» и концевой заделкой может привести к высокому ESR, что приведет к локализованному нагреву, что, в свою очередь, приведет к дальнейшей деградации соединения, что сделает его саморазвивающимся процессом.

Рис. 20. СЭМ-изображение показывает отверстие в центре с просветом вокруг него и типичной металлизированной поверхностью пленочного конденсатора без обработки. Рис. 21. Рентгеновское изображение, показывающее внутреннюю перемычку пленки-CAP.

Тонкие места и отверстия в пленке могут стать путями утечки. Попадание любых твердых частиц в пленочную обмотку также может привести к образованию дыр в пленке, в результате чего противоположные клеммы будут находиться в непосредственной близости. Этот сценарий при подаче напряжения может привести к образованию электрического пути, что приведет к большой утечке или короткому замыканию.

Замыкание между двумя противоположными клеммами также может быть результатом металлизации одной пленки, соединенной с обеими клеммами. Это может произойти во время производства, либо при локальном нагреве в CAP, либо при воздействии высоких температур, особенно в процессе монтажа платы. Крайний пример отказа этого типа, обнаруженный с помощью рентгеновского снимка (рис. 21), показал, что припой оплавился в «пленочную обмотку», таким образом соединив противоположные слои металлизации, что привело к полному короткому замыканию.

Поскольку пленочные КАПС изготавливаются путем намотки металлизированной пленки, это позволяет использовать для них уникальный подход FA, т. е. пленку можно разматывать после удаления оболочки и концевой заделки. Это позволяет проводить детальный визуальный осмотр фольги в режимах отражения и пропускания на наличие дефектов. Затем интересующая область может быть дополнительно проанализирована с использованием методов оптической и/или электронной микроскопии.

Суперконденсаторы

Super CAPS — это полярные устройства, которые сильно отличаются от обычных CAPS по своим операциям и применению. Эти CAPS имеют гораздо более высокую емкость, чем обычные CAPS, с более низкими пределами напряжения. Эти CAPS занимают промежуточное положение между обычными CAPS и батареями. В отличие от обычных CAPS, в Super CAPS нет диэлектрика.

Они состоят из проводящего электрода и электролита. После подачи напряжения заряд накапливается электростатически и/или электрохимически. На рис. 22а показана базовая ячейка Super CAP, состоящая из двух противоположных электродов, обычно из проводящей резины, со смесью активированного угля и пасты из разбавленной серной кислоты между двумя проводящими резиновыми дисками. Органический сепаратор изолирует положительные и отрицательные концы, но позволяет заряду проходить через них.

Уплотнительный материал и отверждение каучуков герметизируют базовую ячейку. Желаемое количество этих базовых ячеек укладываются друг на друга и соединяются клеммами для получения желаемого продукта (рис. 22б).

Рисунок 22. Super CAPS (а) конструкция базовой ячейки и (б) различные формы и размеры.

В отличие от других конденсаторов, суперконденсаторы обычно выходят из строя из-за высокого ESR или открытого режима. Большинство этих отказов происходит из-за испарения воды из электролита. Анализ отказов включает внешний и внутренний осмотр с оптическим и рентгеновским анализом, а также основные электрические испытания. Затем следует декапсуляция CAP для изучения отдельных клеток.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *