Termékajánló
Hírlevél
Házhozszállítás

Fizetési megoldás
Tanúsítvány
SSL Certificate
Blog
2018.10.18 10:53

Tápegységek tervezett élettartama – elektrolitkondenzátorok – I. rész

Tápegységek tervezett élettartama – elektrolitkondenzátorok – I. rész

Tápegység vásárlásakor a kiválasztás egyik fontos szempontja annak várható élettartama. E heti cikkünkben áttekintjük, hogy mit is jelent a tápegység tervezett élettartama, különös tekintettel az elektrolitkondenzátorokra, mint meghatározó alkatrészekre vonatkozóan.

Tervezett élettartam

Tervezett élettartam alatt azt az időtartamot értjük, amin belül a tápegység az adatlapban meghatározott körülmények szerint üzemeltetve, a specifikált paramétereket fogja biztosítani. A tervezett élettartamot számos alkatrész befolyásolhatja, azonban (leszámítva a méretezési hibákat) a szűk keresztmetszetet az elektrolitkondenzátorok jelentik. Ebből fakadóan számos gyártó elérhetővé teszi a tápegységek elektrolitkondenzátorainak tervezett élettartamát a környezeti hőmérséklet függvényében, ami azonos a tápegységek várható élettartamával.

Fontos kiemelni, hogy a tervezett élettartam nem azonos a megbízhatósággal (MTBF), a két mennyiség között nincs közvetlen összefüggés. Egyaránt lehet hosszú élettartamú, de alacsony megbízhatóságú, illetve megbízható, de rövid élettartamú terméket fejleszteni.

A megbízhatósággal külön cikkben fogunk foglalkozni.

Elektrolitkondenzátorok

Mielőtt folytatnánk, a teljesség igénye nélkül ejtünk néhány szót az elektrolitkondenzátorok élettartamáról. Minden elektrolitkondenzátornak van egy tervezett élettartama, melyet a legmagasabb megengedett felületi hőmérséklet függvényében adnak meg a gyártók. Egy jellemző érték 105°C-os hőmérséklet mellett 5000 óra, ami napi 24 órás, heti 7 napos üzemben mindössze 0,57 évet, azaz kevesebb mint 7 hónapot jelent! Az Arrhenius egyenlet értelmében minden 10°C-os hőmérséklet csökkenés duplázza az elektrolitkondenzátor várható élettartamát, így az imént említett kondenzátor várható élettartama 65°C-os hőmérséklet esetén már 9,13 év.

Az alábbi görbe szemlélteti a kondenzátor várható élettartamát különböző felületi hőmérsékletek függvényében.

Az elektrolitkondenzátor akkor tekintendő az élettartamának a végén, amikor kapacitása a névleges érték 80%-a alá csökken. Ebből nem feltétlenül következik az, hogy a tápegység nem működik tovább, azonban az adatlapban specifikált paraméterek már nem garantálhatók, ami akár a tápegység által megtáplált fogyasztó meghibásodásához is vezethet.

Befolyásoló tényezők

Az elektrolitkondenzátorok hőmérsékletét az alábbi tényezők befolyásolják:

  1. a kondenzátoron átfolyó váltakozó áram effektív értéke
  2. a kondenzátoron átfolyó váltakozó áram frekvenciája
  3. a kondenzátor soros ellenállása adott frekvencián
  4. a melegedő alkatrészek elhelyezkedése a tápegységen belül
  5. a külső hőmérséklet
  6. a tápegység szerelésének orientációja, ami befolyásolja a levegő átáramlását a tápegységen keresztül
  7. a kimeneti terhelés mértéke

Az első öt paraméterre a felhasználónak nincsen ráhatása, ezeknek a tápegység várható élettartamára gyakorolt hatása teljes mértékben a fejlesztésen múlik. Ebből is látható, hogy hosszú élettartamú kondenzátor beépítése nem feltétlenül eredményezi a tápegység hosszú várható élettartamát, illetve két, azonos típusú kondenzátorral szerelt tápegység várható élettartama nem lesz feltétlenül azonos.

A külső hőmérsékletet sok esetben lehet befolyásolni és érdemes is. Azonos terhelés mellett a tápegység várható élettartama minden 10°C-os környezeti hőmérséklet emelkedés esetén felére csökken. Könnyű belátni, hogy érdemes megfelelő hűtést biztosítani a tápegységnek amennyiben az alkalmazás megengedi.

A tápegység szerelésének orientációja teljes mértékben a felhasználón múlik, és különös figyelmet kell fordítani a tápegység élettartamára gyakorolt hatására. Egy korábbi cikkünkben már foglalkoztunk a hátterében lévő fizikai folyamatokkal.

A terhelés mértéke szintén a felhasználón múlik, hiszen például egy 100W-os teljesítményű alkalmazáshoz választható 100W-os, de akár 150W-os tápegység is. Előbbi esetben 100%-os terhelésről beszélünk, míg utóbbi esetben mindössze 67%-os terhelésről. Amennyiben mindkét tápegység azonos tervezett élettartammal rendelkezik 100%-os terhelés mellett, nyilvánvaló, hogy a 150W-os tápegység várható élettartama hosszabb lesz 100W-os terhelés esetén.

A tervezett élettartam jelentősége

Orvosi és ipari alkalmazásoknál, ahol egy-egy berendezés tervezett élettartama legalább 10 év, a tápegység tervezett élettartama egy olyan tényező, amivel feltétlenül számolni kell. Azt azonban már kevesebben tudják, hogy a tervezett élettartam lakossági alkalmazásoknál is hatalmas jelentőséggel bír.

Tegyük fel, hogy a nappali LED-es világításához különösebb körültekintés nélkül választunk egy tápegységet, aminek első ránézésre kedvezőnek tűnik az ára. Ezt a tápegységet beépítjük a gipszkarton fal mögé, bízva abban, hogy többet nem kell hozzányúlnunk. 5 év elteltével azonban egyszer csak elsötétednek a LED szalagok, ezért ki kell bontanunk a falat, hogy hozzáférjünk a tápegységhez. A gipszkarton fal bontásának költségéhez viszonyítva elhanyagolható többletköltséggel olyan tápegységet is vásárolhattunk volna, aminek azonos körülmények között 10 év a tervezett élettartama. Belátható, hogy lakossági alkalmazásoknál is fontos paraméter a tervezett élettartam.

Adatlapi példa

Minden gyártó saját maga dönti el, hogy a várható élettartamot milyen szerelési módokra, mekkora környezeti hőmérsékletekre, valamint mekkora terhelésekre adja meg. Példaként tekintsük a TDK-Lambda RWS100B-12 12V 100W-os tápegységét, melynek a megbízhatósági adatlapja ide kattintva érhető el. A 8. oldaltól kezdődően különböző szerelési módok esetére láthatjuk a várható élettartamot a környezeti hőmérséklet, terhelés és bemeneti feszültség függvényében. Az alábbi képen az „A” típusú szerelésre vonatkozóan látjuk ezeket az értékeket.

Következő cikkünkben bemutatjuk, hogy milyen célokat szolgálnak az elektrolitkondenzátorok tápegységekben és milyen hatással van a tápegységek működésére az elektrolitkondenzátor kapacitásának csökkenése.