Facteur de dissipation des condensateurs électrolytiques en aluminium

J'utilise un gros condensateur électrolytique en aluminium (400V / 470uF / 105 ° C) après un pont redresseur 220VAC dans une application moteur.

Lors du test de rodage (180VDC, 6A vu par le moteur) avec un dispositif générateur de couple constant, le haut du capuchon s'est gonflé en raison de l'augmentation de la température du capuchon en seulement 30 minutes. Nous avons ensuite remplacé le capuchon par le même type et enregistré sa température. Il montait et n'atteignait apparemment pas un état stable et nous avons arrêté le test dès qu'il atteignait 100 ° C.

Nous l'avons ensuite remplacé par un autre capuchon (450V / 470uF / 105 ° C). Il a le même diamètre mais un peu plus haut. Le test de rodage s'est bien déroulé et la température du capuchon a atteint un état stable d'environ 85/90 ° C après une heure.

Celui qui a échoué est une casquette Nichicon: http://www.nichicon.co.jp/english/products/pdfs/e-gu.pdf

Celui passé est un bouchon UUcap (je suis désolé que le lien soit en chinois car je n'ai pas pu en trouver la version anglaise.): Http://www.uucap.com.cn/product1_demo.asp?id=70

J'ai lu les fiches techniques des deux bouchons et je les ai trouvées assez comparables en ce qui concerne le facteur de dissipation (0,15 vs 0,20) et les paramètres de courant d'ondulation (1900mA vs 1850mA). Il existe cependant quelques variables:

1. Tension nominale
   • Échec: 400V
   • Passé: 450V
2. Zone de taille (DxL) des condensateurs.
   • Échec: 35 mm x 40 mm
   • Passé: 35 mm x 50 mm
3. Apparence
   • Échec: le haut de la boîte est en aluminium / métallique
   • Passé: le haut de la boîte est en polyester (je ne sais pas ce que c'est)

Cependant, je sais seulement que la plus grande surface peut dissiper un peu mieux la chaleur. Quant à savoir dans quelle mesure cela aide, je n'en ai aucune idée. J'ai lu quelque part que pour une capacité fixe, les bouchons avec une tension nominale plus élevée ont un ESR inférieur; cependant, je n'ai aucune idée si c'est vrai ou non.

Y a-t-il quelque chose que j'ai négligé dans la fiche technique qui contribue à une si grande différence concernant les températures des condensateurs dans le test?

Merci d'avance.

PS Le circuit est le suivant. Le condensateur en question est C5. T2, le starter commun, est remplacé par une paire de fils épais dans la carte testée. HV_Bus est maintenu allumé en déclenchant le SCR en continu. La tension vue par le moteur est une moyenne due à PWM pour allumer et éteindre un MOSFET de puissance faible.

Mesures LCR

Capacité, 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 °

De toute évidence, la mesure du capuchon Nichicon correspond étroitement à ses spécifications, tandis que UUcap est en quelque sorte hors de la spécification. La grande différence semble être ici la capacité. Les capuchons Nichicon semblent viser la limite inférieure de ± 20% de la capacité. J'ai mesuré cinq autres bouchons Nichicon du même type et tous mesurent environ 400 uF ~ 410 uF alors qu'ils sont évalués à 470 uF ± 20% ...

Les seuls paramètres du capuchon Nichicon en question qui sont inférieurs à UUcap sont la capacité et la tension nominale . La capacité joue-t-elle un rôle important dans l'augmentation de la température du capuchon? Bien qu'il soit logique qu'un plafond de capacité inférieure passe par des cycles de charge / décharge plus drastiques, cela fait-il une telle différence?

Mesures de courant d'ondulation

J'ai mis une pince AC True-RMS autour de la jambe du capuchon dans le circuit et effectué quelques mesures. La tension vue par le moteur est contrôlée par la mise hors tension d'un MOSFET de puissance. La charge n'est qu'une ceinture de tapis roulant. Le _cap I est mesuré avec la pince AC et le _moteur I est observé avec un ampèremètre analogique.

• _Moteur V = 50 V , I _cap = 0,4 A, _moteur I = 1,0 A
• _Moteur V = 100 V, I _cap = 0,8 A, _moteur I = 1,5 A
• _Moteur V = 150 V , I _cap = 1,4 A, I _moteur = 1,5 A

J'ai également observé l'ondulation de tension des condensateurs. Avec UUcap, l'ondulation de tension est un peu plus petite que le capuchon Nichicon. Cela est attendu en raison de sa plus grande capacité. Les mesures I _cap semblent être en quelque sorte à égalité avec les casquettes UUcap et Nichicon.

Et oui, le courant d'ondulation dépasse facilement le courant d'ondulation nominal des bouchons lorsque la charge est augmentée.

Depuis UUcap est loin de ses spécifications, je suppose que je ne peux pas faire confiance à son paramètre de courant d'ondulation. Existe-t-il un moyen de mesurer la capacité du capuchon à gérer le courant d'ondulation?

Un condensateur à tension nominale plus élevée est-il plus tolérant au courant d'ondulation qu'un condensateur de même capacité?

Comme toujours, un schéma de circuit complet serait inestimable - même pour montrer qu'il n'y a rien de plus présent que ce qui a été dit.

VAC = 220V, donc Vpeak = 220 * 1.414 = ~ 310V. 180V DC / 310 = ~ 0,58 C'est le sinus de l'angle lorsque les redresseurs commencent (ou finissent) à conduire à + 35 degrés. Pour 35/90 du cycle, la tension est inférieure à Vdc, le capuchon DOIT donc fournir le courant du moteur. Si vous n'avez pas de stockage d'énergie dans les inductances, le capuchon voit un courant d'ondulation de l'ordre du courant du moteur et les courants de crête seront très probablement plus élevés (en fonction de la résistance du transformateur et du câblage, etc.).

Comme la dissipation sera de l'ordre du courant au carré, vous avez probablement environ 10 fois la dissiation nominale en raison d'un courant d'ondulation excessif.

Nichicon est une marque très respectée. Il y a de fortes chances que la capacité actuelle du courant d'ondulation d'un Nichicon authentique soit conforme ou supérieure aux spécifications. Mais il est peu probable qu'il le dépasse suffisamment pour vous sauver ici SI le circuit est comme il semble. Il est possible que le capuchon soit une contrefaçon. Cela se produit définitivement et Nichicon est une marque suffisamment connue pour que les gens puissent les contrefaire, bien que je n'ai aucune connaissance spécifique de ce qui se passe dans ce cas.

UUCAP Je ne sais pas.
Il n'est pas rare que des composants asiatiques peu connus ne se rapprochent pas des revendications des fiches techniques.
Dans ce cas, il semble qu'ils dépassent largement les spécifications !!!!
Je ne m'en plaindrais pas!
Mais regardez le courant d'ondulation réel.
Une petite résistance de détection dans le fil de mise à la terre du capuchon permettra d'utiliser un oscilloscope avec précaution (ou du côté "chaud" avec un dispositif d'isolement ET si vous savez ce que vous faites. Ou une pince Hall / un capteur de proximité ou .. .

Notez que la durée de vie du capuchon ~ + Heures nominales x 2 ^ [(Trated-Trun) / 10]
Il est habituel d'exécuter un capuchon à BIEN en dessous de la température nominale.
30C ci-dessous = 2 ^ (30/10) = 8 x durée de vie nominale.
Ainsi, un plafond évalué à 2000 heures durerait environ 2000 x 8 = 16000 heures ~ = 2 ans.
Plus la marge est grande, mieux c'est.

Notez qu'un bouchon électrolytique en Al sans tension appliquée, maintenu à haute température, mourra plus rapidement que lorsque la tension est appliquée!

Cela peut être aussi simple qu'un écart de fabrication. L'ESR du deuxième condensateur peut avoir été suffisamment inférieur pour que le courant d'ondulation ne chauffe pas le capuchon au-delà de la limite maximale indiquée.

Vous devez savoir que faire fonctionner un condensateur aussi chaud lui donnera une durée de vie assez faible. En règle générale, pour chaque 10 C en dessous de la température maximale nominale, vous conservez le condensateur, vous doublez la durée de vie du condensateur. À ou près de la température nominale, vous le verrez probablement exploser dans un an.

Une autre possibilité pourrait être que le chapeau plus grand et plus mince ait plus de surface et puisse ainsi dissiper plus de chaleur.

Je recommanderais d'utiliser un capuchon avec un courant d'ondulation plus élevé (idéalement, le 6A complet) et si vous ne trouvez pas cela, utilisez trois bouchons en parallèle qui s'ajoutent au courant d'ondulation nominal.

Russell l'a assez bien couvert: attendez-vous à des courants de pointe pouvant être deux fois supérieurs au courant moyen.

C5 est un réservoir: pendant une grande partie du cycle, il est la SEULE source de courant du moteur, il fournit donc la pleine 6A. Cela place une limite inférieure sur le courant d'ondulation ... Pendant les pics AC, il se charge: le courant de charge exact dépend de sa valeur, de la tension d'ondulation et de la forme de la forme d'onde AC (son contenu harmonique) mais si les diodes conduites pour seulement 1/3 du cycle, cela signifie que C se charge deux fois plus vite qu'il se décharge; une ondulation maximale deux fois la moyenne.

Mettez 0.1R en série avec C5 -ve (à la terre) et placez une sonde de portée à travers cela pour voir ce qui se passe réellement. Ou utilisez une sonde de courant alternatif si elle est disponible.