Factor de disipación del condensador electrolítico de aluminio

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

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

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

El fallido es un gorro de Nichicon: http://www.nichicon.co.jp/english/products/pdfs/e-gu.pdf

El aprobado es un límite de UUcap (lamento que el enlace esté en chino ya que no pude encontrar la versión en inglés): http://www.uucap.com.cn/product1_demo.asp?id=70

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

1. Tensión nominal
   • Fallido: 400V
   • Pasado: 450V
2. Área de tamaño (DxL) de los condensadores.
   • Fallido: 35 mm x 40 mm
   • Aprobado: 35 mm x 50 mm
3. Apariencia
   • Falló: la parte superior de la lata es de aluminio / metálica
   • Aprobado: la parte superior de la lata es de algún tipo de poliéster (no tengo idea de qué es)

Sin embargo, solo soy consciente de que el área de superficie más grande puede disipar el calor un poco mejor. En cuanto a qué ayuda, no tengo idea. Leí en alguna parte que para una capacitancia fija, las tapas con un voltaje nominal más grande son de ESR más bajo; Sin embargo, no tengo ni idea de si es cierto o no.

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

Gracias por adelantado.

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

Mediciones LCR

Capacitancia, DF / Q / ESR / θ

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

Claramente, la medida para la tapa de Nichicon coincide estrechamente con sus especificaciones, mientras que UUcap está de alguna manera fuera de la especificación. La gran diferencia aquí parece ser la capacitancia. Las tapas de Nichicon parecen apuntar al límite inferior de ± 20% de la capacitancia. He medido otras cinco tapas Nichicon del mismo tipo y todas tienen alrededor de 400uF ~ 410uF, mientras que tienen una clasificación de 470uF ± 20% ...

Los únicos parámetros del límite de Nichicon en cuestión que son inferiores a UUcap son los capacitancia y el voltaje nominal . ¿Es la capacitancia la que juega un papel importante en el aumento de la temperatura de la tapa? Si bien tiene sentido que un límite de capacitancia más bajo atraviese ciclos de carga / descarga más drásticos, ¿hace una gran diferencia?

Mediciones de corriente de ondulación

Puse una pinza de CA de verdadero valor eficaz alrededor de la pierna de la tapa en el circuito y realicé algunas mediciones. El voltaje que ve el motor se controla activando un MOSFET de alimentación. La carga es solo una cinta de una cinta de correr. La _tapa se mide con la pinza de CA y el _motor I se observa con un medidor de corriente analógico.

• _Motor V = 50V, I _cap = 0.4A, I _motor = 1.0A
• _Motor V = 100V, I _cap = 0.8A, I _motor = 1.5A
• _Motor V = 150V, I _cap = 1.4A, _motor I = 1.5A

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

Y sí, la corriente de ondulación excede fácilmente la corriente de ondulación nominal para las tapas cuando se aumenta la carga.

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

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

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

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

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

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

UUCAP No lo sé.
No es inusual que los componentes asiáticos poco conocidos no se acerquen a las afirmaciones de la hoja de especificaciones.
¡En este caso parece que exceden las especificaciones generosamente!
¡No me quejaría!
Pero mire la corriente de ondulación real.
Una pequeña resistencia de detección en el cable de conexión a tierra de la tapa permitirá utilizar un telescopio con el debido cuidado (o en el lado "caliente" con un dispositivo de aislamiento Y si sabe lo que está haciendo. O una pinza Hall / medidor de proximidad o ... ..

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

Tenga en cuenta que una tapa electrolítica de Al sin tensión aplicada, mantenida a alta temperatura, morirá más rápido que cuando se aplica tensión.

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

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

Otra posibilidad podría ser que la tapa más alta y más delgada tuviera más superficie y, por lo tanto, pudiera disipar más calor.

Recomendaría usar una tapa con una clasificación de corriente de ondulación más alta (idealmente, el 6A completo) y si no puede encontrar eso, use tres tapas en paralelo que se sumen a la corriente de ondulación nominal.

Russell lo cubrió bastante bien: espere corrientes máximas posiblemente el doble de la corriente media.

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

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