21世纪的电解电容怎么了?

电器工程 电解电容 可靠性 寿命 优质的
2022-01-23 00:11:15

我们有时可以看到使用了数十年的电容器(例如苏联制造的电容器)仍在工作。它们更大更重,但耐用且不干燥。现代铝电容服务了11年左右,运气好的话就干涸了,悄无声息地失效了。我记得 2000 年代早期的设备,其中电容器在使用 3-4 年后出现故障,而且不一定是低端设备(一个例子是 2000 年价值 240 美元的 E-TECH ICE-200 电缆调制解调器)。由于电解电容器故障而进行的维修变得司空见惯,这在 1980 年代是不寻常的。

这种 1990 年代的退化是由廉价的大规模生产造成的吗?还是通过与小型化相关的未经充分测试的技术?还是许多制造商根本不在乎?

现在看来,这种趋势已经逆转,最近的电容器比 1994 年至 2002 年的电容器要好一些。专家能证实吗?

4个回答

有一段时间,很多电容器都是用不可靠的电解液制造的,尤其是一些大型台湾制造商。新的电容器在各种测试中看起来都还不错,但老化得不好。因为电容器故障需要几年时间,而且高故障率才为人所知,所以在人们意识到存在问题之前,已经生产并内置了很多电容器。然后又过了几年,这些东西才离开流通。

这些制造商出现电解质问题的确切原因尚不完全清楚。他们使用的是日本开发的新型水基电解质,效果很好。据推测,较便宜的制造商在复制(或抄袭)日本研究时错过了一些东西或偷工减料。

受影响的电容器类型是便宜、大容量、低 ESR 的电容器。这些是出现在大量消费设备中的那种东西,所以这个问题在更广泛的社区中广为人知。此外,这些电容器的故障模式是破裂和排气,因此即使是不熟悉电子产品的人也很容易在主板停止工作时看到哪个组件出现故障。

维基百科有一篇关于它的文章:电容器瘟疫

工业间谍出了问题。事实经过多年验证。

虽然几乎从一开始就被怀疑。(文章由The Wayback Machine提供,因为原件已从网络上消失。)

基本故事:Guy 离开日本电容器制造商 Rubycon,前往中国的一家公司工作,随身携带一份高性能铝电解电容器的电解液配方。

后来,他的部分中国员工离开并前往台湾的一家电容器制造商工作。他们还拿了一份 Rubycon 公式的副本,但在途中的某个地方弄坏了它。

因此,台湾的制造商使用 Rubycon 的配方制造了他认为有价值的高质量瓶盖。他以优惠的价格出售它们,但比 Rubycon 便宜,并承诺相同的质量。

大量公司购买并安装这些帽子,然后事情开始成群结队地失败。

在 70 年代,用于 MTBF 的 Mil-Std-HDBK217 计算包括与电路 ESR 成反比的加速因子。这暗示了浪涌电流和热上升,而这些浪涌电流和热上升又遵循局部退化的 Arhennius 效应。排气是带有凸起盖子的主要早期预警。

还记得,由于材料成本压力要求更低的成本和更低的 ESR 零件,SMPS 的开发正在上升。这意味着忽略电路 ESR 的自然故障模式以获得高效率转换器。

因此,出现更多 SMPS 电容故障的趋势部分是由于设计人员忽略了对 ESR 的老化影响以及随之而来的自热导致的固有热失控。

诚然,新技术电解和导体表面光洁度都得到了改善,以降低箔中的 ESR。来自俄罗斯等地的钽成本上涨迫使公司转向铝电解。

如果根本原因是以下情况,则必须逐案评估 MTBF:

  • 糟糕的设计,
  • 坏的部分,
  • 不良工艺(没有清洁或 Aqua 清洁助焊剂,带有酸性残留物,或回流曲线上的热峰值过大等)。

高端调制解调器不会验证他们是否使用了高质量的合格部件,并在内部完成了 MTBF 验证,并且可能只是信任供应商。

一般来说,最好的电容器 MTBF 来自日本、台湾和中国的公司,由于长寿命部件所需的 QA 可靠性和过程控制验证尽职调查,排在第三位。材料污染是瓶盖制造的主要原因。

**** 铝电解的最大改进是充电/放电时间常数 T=ESR x C 在某些情况下已降低到与低 ESR 等级的钽相同或更好,在某些情况下但不是全部。下次您选择需要低 ESR 的电容并将 10 个部件与 1 @ 10 倍于大型桥接电容的值进行比较时,您必须计算这一点。如果它更小,您可能会获得更低的 ESR 和更高的 SRF,或者如果在相同大小的电压和系列中,只有相同的常数 T。
超低 ESR 电容。现在是 <1~20us,而通用是 100us 到 >1ms.****

主要原因是:

  • 1999 年至 2002 年的电容器瘟疫——试图复制被盗的 Rubycon Inc. 的电解液配方,但结果变坏了。
  • 否则会改变电解液的成分;更多的 H 2 O(有助于获得更低的 ESR)使其更具腐蚀性。
  • 由于电子产品的日益大规模生产,成本优化。
  • 设计、工艺或劣质材料的错误;质量控制不好。