Kondensatoren
Zuverlässigkeit von Elektrolytkondensatoren
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Einflussfaktoren auf die Zuverlässigkeit
Die Zuverlässigkeit (und auch die Lebensdauer) von Elkos aller Baureihen und Hersteller hängt exponentiell von Temperatur, Ripplestrom und Betriebsspannung ab. Kleine Änderungen dieser Parameter zeigen mithin große Wirkung. Eine sorgfältige Auslegung der Schaltung trägt maßgeblich zum Erreichen der gewünschten Zuverlässigkeit eines Gerätes bei:
- Komplexität: Weniger Bauteile führen zu einer höheren Zuverlässigkeit.
- Belastung: Temperatur, Ripplestrom und Spannung – evtl. in Kombination mit mechanischer Belastung wie Vibration – erfordern Kompromisse in Bezug auf Kosten und Abmessungen. Insbesondere thermische Belastungen sollten minimiert werden (pro 10 K Temperaturanstieg verdoppelt sich die Ausfallrate von Elkos!).
- Zuverlässigkeit der verwendeten Bauteile: Bei der Auswahl der Bauelemente sollte deren individuelle Zuverlässigkeit gegenüber ihren Kosten abgewogen werden (hoch zuverlässige Bauelemente haben in der Regel höhere Kosten).
Elkos erfolgreich einsetzen
Die überwiegende Anzahl der Feldausfälle von Elkos sind keine klassischen Zufallsausfälle. Jenseits der Einflussmöglichkeiten des Elko-Herstellers ist hier der Anwender gefordert, die richtigen Bedingungen durch robustes Design, sorgfältige Verarbeitung und moderate Umweltbedingungen in der Applikation sicherzustellen. Um Elkos erfolgreich einzusetzen, hier einige Anwender-Tipps zur Handhabung von Elkos.
Transport und Lagerung
- Elko-Becher (Reinaluminium) und Elko-Dichtung (Gummi) sind weich bzw. elastisch. Augenscheinlich defekte (verbeulte) Bauteile sollten nicht verarbeitet werden. Schädigungen durch Halogene (insbesondere Bromide zur Sterilisierung der Waren während des Überseetransports) sind leider keine Seltenheit. Dies gilt sowohl für den Bezug von Elkos als auch für den Versand der fertigen Baugruppen.
Bestückung und Montage
- Zug, Druck und Verbiegen der Anschlussbeinchen (insbesondere bei radialen Elkos) ist zu vermeiden. Eine Beschädigung der inneren Kontaktierung von Anoden- und Katodenfolie könnte die Folge sein.
- Kleber, Vergussmassen oder Lacke müssen frei von Halogenen sein. Im Bereich der Elko- Dichtung sollte eine Öffnung verbleiben, so dass die Bildung eines Mikroklimas in einem allseitig umschlossenen Hohlraum vermieden wird (Korrosionsgefahr). Leiterbahnen sollen nicht unter dem Elko (zwischen den Beinchen) verlaufen.
- Keinesfalls dürfen Elkos als „Griff“ für die Baugruppe verwendet werden.
Löten
- Die vom Hersteller spezifizierten Grenzen der Lötprofile sind unbedingt einzuhalten, um Vorschädigungen (Aufwölbungen, Lebensdauerverlust bzw. Zersetzung des Elektrolyten) zu vermeiden. Dieser Aspekt hat besondere Bedeutung bei der Verarbeitung von SMD-Elkos im bleifreien Reflow- Prozess (Profile mit erhöhter Löttemperatur).
Betrieb
- Spannungsspitzen aus induktiven Lasten können bei Ein- oder Ausschaltvorgängen zu Transienten führen, die jenseits der Formierspannung bzw. der Gegenspannungsfestigkeit liegen. Derartige Transienten führen bereits bei einmaligem Auftreten zu bleibenden Schäden des Bauteils.
- Mechanische Belastungen während des Betriebes (z.B. bei Eigenresonanz) können zu einem Bruch der Anschlussdrähte führen. Kleben oder eine andere Platzierung des Elkos auf der Leiterplatte kann hier Abhilfe schaffen.
- Jede Erhöhung der Umgebungstemperatur um 10 K verdoppelt die Ausfallrate und halbiert die Elko-Lebensdauer. Eine Platzierung entfernt von Wärmequellen (Kühlkörper, Leistungsinduktivitäten) ist hier vorteilhaft.
Der Autor:
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| Dr. Arne Albertsen |
|---|
| wurde 1965 in Eutin geboren und studierte Physik mit dem Schwerpunkt Angewandte Physik an der Universität Kiel. Nach Diplom (1992) und Doktorarbeit (1994) über ein Thema aus der Biophysik wechselte er in die Industrie zu Haase Energietechnik. Ab 2001 widmete er sich als Mitarbeiter führender Hersteller wie BC Components, Vishay und KOA dem Design-in sowie dem Marketing und Vertrieb von passiven und diskreten aktiven Bauelementen. Seit November 2008 zeichnet er als Manager Sales & Marketing verantwortlich für die Betreuung von europäischen Direktkunden, Handelsvertretern und Distributoren bei der Jianghai Europe GmbH. |
a.albertsen@jianghai-europe.com
Literatur:
[1] Albertsen, A.: Lebe lang und in Frieden! Hilfsmittel für eine praxisnahe Elko-Lebensdauerabschätzung, Elektronik components 2009, S. 22 bis 28.
[2] Both, J.: Aluminium-Elektrolytkondensatoren, Teil 1 – Ripplestrom; Teil 2 – Lebensdauerberechnung. BC Components, 10. Februar 2000.
[3] Stiny, L.: Handbuch passiver elektronischer Bauelemente. Franzis Verlag, Poing 2007.
[4] Venet, P.; Lahyani, A.; Grellet, G.; Ah-Jaco, A.: Influence of aging on electrolytic capacitors function in static converters: Fault prediction method. Eur. Phys. J. AP 5, 71 bis 83 (1999).
- Zuverlässigkeit von Elektrolytkondensatoren
- Unterschiede zwischen Lebensdauer und Zuverlässigkeit
- Einflussfaktoren auf die Zuverlässigkeit
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