Povídání o elytech

Co jsou to elektrolytické kondenzátory?

Elektrolytický kondenzátor mívá větší kapacitu, než jiné typy kondenzátorů. K jejímu dosažení se využívá elektrolyt, což je kapalina nebo gel s vysokou koncentrací iontů. Téměř všechny elektrolytické kondenzátory jsou polarizované, což znamená, že napětí na kladné svorce musí být vždy větší, než napětí na záporné svorce. 

Výhoda velké kapacity elektrolytických kondenzátorů má však také několik nevýhod. Mezi ně patří velké svodové proudy, tolerance hodnot, vysoké ztráty a omezená životnost. 

Elektrolytické kondenzátory mohou být buď s mokrým elektrolytem, nebo s elektrolytem na bázi pevného polymeru. Obvykle jsou vyrobeny z tantalu nebo hliníku, ačkoli mohou být použity i jiné materiály. Kromě toho existují ještě tzv. superkondenzátory (nazývané také dvouvrstvé elektrolytické kondenzátory) s kapacitami řádu až stovek a tisíců faradů. 

Zde se však budeme zabývat pouze hliníkovými elektrolytickými kondenzátory. Ty mají typickou kapacitu mezi 1 µF až 47 000 µF a provozní napětí až několik set voltů DC. Kapacita hliníkového elektrolytického kondenzátoru je určena několika faktory, jako je plocha desky a tloušťka elektrolytu. To znamená, že kondenzátor s velkou kapacitou je objemný a má velké rozměry. Hliníkové elektrolytické kondenzátory se nacházejí v mnoha aplikacích, jako jsou napájecí zdroje, základní desky počítačů a spotřební elektronika. Protože jsou polarizované, mohou být použity pouze ve stejnosměrných obvodech.

Konstrukce a vlastnosti elektrolytických kondenzátorů

Hliníkové elektrolytické kondenzátory jsou vyrobeny ze dvou hliníkových fólií a papírové rozpěrky, napuštěné elektrolytem. Jedna ze dvou hliníkových fólií je pokryta vrstvou oxidu a tato fólie funguje jako anoda, zatímco nepotažená fólie funguje jako katoda. Při běžném provozu musí mít anoda vůči katodě kladný potenciál, proto je katoda nejčastěji označena znaménkem mínus podél těla kondenzátoru. Anoda, papír nasáklý elektrolytem a katoda jsou naskládány. Sestava je srolována, umístěna do válcového pouzdra a připojena k obvodu pomocí vývodů. Existují dvě běžná uspořádání - axiální a radiální. Axiální kondenzátory mají jeden vývod na každém konci pouzdra, zatímco v radiálním uspořádání jsou oba vývody umístěny na stejném konci válcového pouzdra.

Konstrukční schéma elektrolytického kondenzátoru.

Polarita a bezpečnost

Vzhledem ke konstrukci elektrolytických kondenzátorů a vlastnostem použitého elektrolytu musí být elektrolytické kondenzátory polarizovány, tzn. kladná svorka musí mít vždy kladnější potenciál než záporná svorka. Pokud je kondenzátor přepólován (je-li polarita napětí na svorkách obrácená), izolující oxid hlinitý, který působí jako dielektrikum, se může poškodit a začít působit jako zkrat mezi oběma svorkami kondenzátoru. To může způsobit přehřátí kondenzátoru v důsledku velkého proudu, který jím prochází. Když se kondenzátor přehřeje, elektrolyt se zahřeje a vyteče nebo se dokonce vypaří, což způsobí prasknutí krytu. Tento proces se děje při zpětném napětí asi 1 volt a vyšším. Pro zachování bezpečnosti a zabránění explozi přístroje v důsledku vysokých tlaků, vznikajících při přehřátí je v pouzdru instalován pojistný ventil. Obvykle se vyrábí tak, že se na horní straně pouzdra kondenzátoru vytvoří rýha, která se řízeným způsobem otevře, když se kondenzátor přehřeje. Protože elektrolyty mohou být toxické či korozivní, může být nutné provést další bezpečnostní opatření při čištění a výměně přehřátého elektrolytického kondenzátoru.

Existuje však i speciální typ elektrolytických kondenzátorů pro použití v obvodech střídavého (AC) napětí, který je navržen tak, aby vydržel obrácenou polarizaci. Tento typ se nazývá nepolarizovaný neboli NP typ.

Stojí za zmínku, že elektrolytické kondenzátory vyrobené starou technologií neměly příliš dlouhou životnost, typicky jen několik měsíců. Pokud se nepoužívá, vrstva oxidu se znehodnocuje a musí být obnovena v procesu, zvaném formování (reformování) kondenzátoru. 

To lze provést připojením kondenzátoru ke zdroji napětí přes odpor a pomalým zvyšováním napětí, dokud není vrstva oxidu zcela rekonstruována. Moderní elektrolytické kondenzátory mají životnost 2 roky i více. Pokud je kondenzátor ponechán delší dobu nepolarizovaný, musí být před použitím zformován.

Charakteristiky elektrolytického kondenzátoru

Tak jako žádná součástka, není ani elektrolytický kondenzátor jen čistou fyzickou reprezentací své převažující vlastnosti - kapacity. Naopak, elektrolytický kondenzátor je souhrnem mnoha dalších nežádoucích vlastností, s kterými musíme počítat při návrhu obvodu i při opravách přístrojů. Je jich víc, než u jiných, např. keramických kondenzátorů.

V technické latině se hovoří o kurvítku – součástce (většinou poddimenzované či záměrně nekvalitní), která po určité době v podstatě ukončí dobu života přístroje, čímž je jeho majitel donucen zpravidla koupit nový. Takovým kurvítkem často bývá právě elektrolytický kondenzátor. A jaké že nežádoucí vlastnosti to jsou?

Náhradní schéma elektrolytického kondenzátoru.

CAK představuje ideální kapacitu mezi elektrodami (anodou a katodou), RP je paralelní odpor, představující svod a veškeré ztráty v dielektriku, Rl je celkový sériový odpor (označovaný často jako ESR) a L je celková indukčnost.

Označování hodnoty kapacity

V případě kondenzátorů s vývody (radiální nebo axiální pouzdro) je hodnota kapacity a maximální jmenovité napětí vytištěno na pouzdru, např. „4,7μF 25V“.

V případě SMD (povrchově montovaných) elektrolytických kondenzátorů existují dva základní typy značení. První jasně uvádí hodnotu v mikrofaradech a provozní napětí. Například při použití tohoto způsobu značení by kondenzátor 4,7 μF s provozním napětím 25 voltů nesl označení „4,7 25V”. V jiném systému značení se vykytuje písmeno, za kterým následují tři číslice. Písmeno představuje jmenovité napětí podle níže uvedené tabulky. První dvě číslice představují hodnotu v pikofaradech, zatímco třetí číslice je počet nul, které mají být přidány k prvním dvěma. Například kondenzátor 4,7 μF s jmenovitým napětím 25 voltů by nesl označení E476. To znamená 47000000 pF = 47000 nF = 47 μF.

Drift kapacity

Kapacita elektrolytických kondenzátorů se v průběhu času odchyluje od jmenovité hodnoty a mívá velké tolerance, typicky 20 %. To znamená, že se očekává, že hliníkový elektrolytický kondenzátor s nominální kapacitou 47 µF bude mít naměřenou hodnotu kdekoli mezi 37,6 µF a 56,4 µF. Tantalové elektrolytické kondenzátory lze vyrobit s užšími tolerancemi, ale jejich maximální provozní napětí je nižší, takže je nelze vždy použít jako přímou náhradu.

Aplikace elektrolytických kondenzátorů

Existuje mnoho aplikací, které nepotřebují úzké tolerance, ale vyžadují velké hodnoty kapacity. Běžně se používají jako filtrační prvky v různých napájecích zdrojích pro snížení zvlnění výstupního napětí. Při použití ve spínaných zdrojích jsou často kritickou součástí, omezující životnost napájecího zdroje, proto se v této aplikaci používají vysoce kvalitní kondenzátory.

Mohou být také použity při vyhlazování vstupů a výstupů jako dolní propust, pokud jde o stejnosměrný signál se slabou střídavou složkou. Elektrolytické kondenzátory však nejsou vhodné v obvodech se signály s velkou amplitudou a vysokofrekvenčními signály kvůli ztrátě energie na parazitním vnitřním odporu, nazývaném ekvivalentní sériový odpor (ESR). V takových aplikacích musí být použity kondenzátory s nízkým ESR, aby se snížily ztráty a zabránilo se přehřátí.

Praktickým příkladem je použití elektrolytických kondenzátorů jako filtrů v audio zesilovačích, jejichž hlavním cílem je snížit síťový brum 50 Hz nebo 60 Hz, pocházející ze síťového napájení, který by byl slyšitelný, pokud by byl zesílen.

ŽIVOTNOST ELEKTROLYTICKÝCH KONDENZÁTORŮ

Elektrolytické kondenzátory v napájecích zdrojích mají omezenou životnost. Výrobci poskytují odhad jejich pravděpodobné životnosti, ta je však závislá ještě na řadě dalších vlivů.

Poruchovost kondenzátoru

Postupnou degradaci parametrů elektrolytického kondenzátoru během jeho předpokládané životnosti nelze zaměňovat za cokoli, co souvisí s poruchovostí nebo MTBF. Náhlé a neočekávané selhání jakékoli elektronické součásti se liší od toho, jak může součást „stárnout“. Samozřejmě, pokud obvod přestane fungovat kvůli stárnutí elektrolytického kondenzátoru, je to z pohledu uživatele jistě porucha zařízení. Chybou konstruktéra však není rozpoznat, jak se parametry součástky v průběhu času přirozeně zhoršují. Jinými slovy, jde o selhání návrhu a ne selhání součásti.

Elektrolytický kondenzátor bude mít MTBF měřenou v milionech hodin. I když to může být degradováno jak množstvím energie, kterou ukládá, tak okolní provozní teplotou, stále je to daleko od mnohem nižší použitelnosti součástky.

Co způsobuje selhání elektrolytického kondenzátoru?

Primárním mechanismem, který způsobuje degradaci a poruchu elektrolytických kondenzátorů, je pomalé odpařování elektrolytu v průběhu času, a to se samozřejmě zhoršuje při vyšších teplotách. To má za následek nižší kapacitu a vyšší efektivní sériový odpor (ESR). Je to trochu začarovaný kruh, protože jak stoupá ESR, roste i jakýkoli samozahřívací efekt v důsledku zvlněných proudů. To pak může vést k výraznému zvýšení teploty, které může problém ještě více urychlit.

Specifikace kondenzátoru

Předpokládejme, že elektrolytický kondenzátor bude mít uvedenou životnost, například 5000 hodin. Jako příklad, jak interpretovat tyto informace, použijeme datový list TDK (dříve EPCOS). Tento datový list je pro kondenzátor B41888 a je to ten, který jsem použil v poměrně kritických produktech, které měly dlouhou očekávanou životnost. Shrnutí datového listu je následující:

Příslušná oblast je zvýrazněna červeně. Říká vám, že kondenzátor o průměru 8 mm poskytne 5000 hodin životnosti. To je životnost pouhých 208 dní, což je na první pohled velmi nízká hodnota. Tento údaj však platí pro provozní teplotu 105 °C. Pokud by provozní teplota byla o 10 °C nižší, při 95 °C, pak by se životnost zdvojnásobila. Zdvojnásobí se při každých 10 °C poklesu pod 105 °C. Takže pokud byla okolní teplota kondenzátoru v konkrétním obvodu udržována pod 55 °C, můžete pro výpočet skutečné životnosti použít následující vzorec:

Skutečná životnost = [životnost při 105 °C] x 2W

kde W je (105 °C – aktuální teplota)/10. Při teplotě 55 °C je W = 5, a proto se užitečná životnost prodlužuje z 5 000 hodin při 105 °C na 32 x 5 000 hodin při 55 °C, což je ~18 let.

Co znamená „užitečná životnost“ kondenzátoru?

Pokud jde o výše uvedený datový list, zvýrazněný sloupec vpravo uvádí, že kapacita se může snížit z původní hodnoty až na hodnotu, která může být až o 40 % nižší v průběhu životnosti součástky. Pokud tedy pro svůj návrh vyberete kondenzátor 1000 μF, můžete očekávat, že jeho nejnižší počáteční hodnota bude 800 μF na základě 20% tolerance součástky, uvedené v datovém listu. Nejhorším scénářem je, že v důsledku toho na konci své „užitečné životnosti“ by kapacita mohla klesnout až na 60 % této počáteční hodnoty 800 μF, což je pouhých 480 μF. Při návrhu obvodu je tedy třeba brát tuto skutečnost v úvahu.

Ztrátový činitel

U kondenzátoru B41888 nám datový list říká, že ztrátový činitel TAN se může během životnosti zvýšit až trojnásobně. TAN je činitel rozptylu nebo poměr ESR ke kapacitní reaktanci. Neměl by být zaměňován s tangens ztrátového úhlu! Pro doplnění, je to také inverzní hodnota Q-činitele. U kondenzátoru B41888 s jmenovitým napětím 35 V je TAN uváděn jako 0,12 při 120 Hz. Kondenzátor 1000 μF má reaktanci 1,326 Ω při 120 Hz, což znamená, že ESR je 0,159 Ω.

To je údaj pro kondenzátor přesně 1000 μF, ale viděli jsme, že by to mohlo být až 0,199 Ω pro kondenzátor na spodním konci rozsahu dvacetiprocentní tolerance (tj. 800 μF). Na konci své životnosti kapacita může být pouze 480 μF, a z toho vyplývá, že ESR by se mohla zvýšit na 0,332 Ω. A konečně, protože TAN se může během životnosti zhoršit třikrát, ESR se může potenciálně zvýšit až na 0,995 Ω.

Náš návrh jsme tedy začali s kondenzátorem, který měl nominální kapacitu 1000 μF (s ESR 0,159 Ω), a nyní můžeme skončit s kondenzátorem, který je 480 μF s ESR asi 1 Ω. Bude ještě náš obvod fungovat? Jak to ovlivní jeho vlastnost? Na tuto otázku nám mohou odpovědět simulační nástroje. Použijme je, abychom viděli účinky!

Stanovení životnosti napájecího zdroje

Životnost elektrolytických kondenzátorů je u napájecích zdrojů stále důležitějším konstrukčním parametrem. Požadavky na hustotu výkonu se zvyšují a elektrolytické kondenzátory jsou jedinou součástí napájecího zdroje, která se opotřebovává. Typ elektrolytického kondenzátoru, použitého v návrhu tedy určuje životnost napájecího zdroje. Také určuje životnost nebo servisní interval konečné aplikace v udržovaném zařízení.

Účinky vnějšího zahřívání mohou převážit nad účinky vnitřního zahřívání, zejména v dnešních stále kompaktnějších konstrukcích. Skutečná životnost je také závislá na nárůstu teploty, ke kterému může dojít, když je v aplikaci nainstalován napájecí zdroj. Způsob používání koncového zařízení je dalším faktorem, který definuje průměrnou provozní teplotu během životnosti zařízení a počet provozních hodin za den.

Návrhová životnost při jmenovité teplotě

Výrobci elektrolytických kondenzátorů uvádějí návrhovou životnost při maximální jmenovité teplotě okolí, obvykle při 85 °C nebo 105°C. Tato konstrukční životnost se může lišit od pouhých 1 000 hodin do 10 000 hodin nebo více. Čím delší je konstrukční životnost, tím déle součástka vydrží v dané aplikaci při dané okolní teplotě.

Výrobci poskytují výpočty pro určení životnosti v aplikaci. Ty jsou založeny na Arrheniově rovnici pro teplotní závislost reakčních rychlostí. Ta určuje, že rychlost reakce se zdvojnásobí při každém zvýšení teploty o 10 °C. To znamená, že životnost se zdvojnásobí při každém snížení teploty o 10 °C, takže kondenzátor s jmenovitou konstrukční životností 5 000 hodin při 105 °C by měl životnost 10 000 hodin při 95 °C a 20 000 hodin při 85 °C.

Základní rovnice životnosti elektrolytického kondenzátoru při jmenovité teplotě.

Grafické znázornění výsledků rovnice životnosti elektrolytického kondenzátoru při jmenovité teplotě. Křivka znázorňuje životnost v závislosti na okolní teplotě.

Zvlněný proud a provozní frekvence

Stejně jako okolní teplota a místní tepelné vlivy, ohřívají jádro kondenzátoru přítomné zvlněné proudy. Spínací a usměrňovací procesy na vstupním a výstupním stupni spínaného zdroje generují zvlněné proudy. Ty způsobují ztrátu energie v elektrolytickém kondenzátoru.

Velikost a frekvence těchto vlnových proudů závisí na topologii aktivní korekce účiníku (PFC), kde se používá. Závisí také na výkonovém stupni hlavního měniče, oba se liší design od konstrukce. Výkon rozptýlený v kondenzátoru je určen efektivním proudem zvlnění a ESR kondenzátoru při použité frekvenci.

Nárůst teploty v jádru součástky se vztahuje k rozptýlenému výkonu, faktoru vyzařování soustavy komponentů a faktoru rozdílu teplot nebo sklonu od jádra k pouzdru. Tyto hodnoty uvádí výrobce součástky.

Maximální zvlněný proud, který může být přiveden na kondenzátor, je obvykle specifikován při maximální okolní teplotě a 100/120 Hz. V závislosti na okolní teplotě při skutečném použití a frekvenci použitého zvlnění proudu lze použít multiplikační faktory, ESR se snižuje se zvyšující se frekvencí.

Výhoda chladicích systémů

Uzavřené napájecí zdroje s vlastními chladicími ventilátory jsou méně citlivé na vlivy prostředí, kde jsou nasazeny. Okolní teplota musí zůstat v mezích specifikací a musí existovat dostatečný prostor pro chlazení.

Níže uvedená tabulka uvádí odhadovanou životnost kondenzátorů s návrhovou životností 2 000 a 5 000 hodin při různých teplotách. Při přepočtu provozních hodin na provozní roky předpokládá provoz 24/7. Zařízení s méně intenzivním využitím – například osm až deset hodin denně, pět dní v týdnu – by mělo výrazně delší životnost.

Další vlivy, ovlivňující životnost kondenzátorů v napájecích zdrojích

Zvlněný proud

Životnost B41888 předpokládá, že je provozován při plném zvlnění proudu. Tento užitečný graf však najdete také v datovém listu, který je použitelný pro kondenzátor o průměru 8 mm:

Pokud zvolíte provoz na 50 % jmenovitého zvlněného proudu (0,5 na ose Y), odpovídá to provozu při místní okolní teplotě, která je o 3 °C nižší. To je 23% potenciální prodloužení životnosti. Pokud například součást provozujete o 50 % nad nominální jmenovitý zvlněný proud při 65 °C, stále byste ještě dosáhli 100 000 hodin životnosti, jako byste získali při provozu s polovičním jmenovitým zvlněným proudem při 71 °C. Je důležité si uvědomit, že ztmavená část grafu je zakázaná, pokud nechcete součástku poškodit.

Provozní napětí kondenzátoru

Životnost kondenzátoru, zejména v konvekčním nebo přirozeně chlazeném prostředí, by měla být dále posuzována na základě konkrétní instalace. Není praktické měřit přiváděné zvlněné proudy, ale měření efektivní provozní teploty poskytne věrohodný údaj o životnosti. Stačí měřit teplotu pouzdra a aplikovat Arrheniovu rovnici a zahrnout způsob používání přístroje s přihlédnutím k údajům o životnosti, uváděných výrobcem.

Významného prodloužení životnosti lze dosáhnout, je-li provozní napětí nižší, než maximální jmenovité napětí. Nejkonzervativnější odhad je, že životnost se zdvojnásobí, když je součást provozována při 50 % jmenovitého napětí. Samozřejmě se životnost úměrně zkracuje, když se provozní napětí blíží maximálnímu jmenovitému napětí. Pokud nejsou k dispozici údaje výrobce, které by vysloveně naznačovaly, že je tomu jinak, lze doporučit, abychom se drželi tohoto lineárního vztahu a neočekávali žádné další zlepšení životnosti nad jeho zdvojnásobením.

Výrobci napájecích zdrojů záměrně uvádějí mnohem nižší životnost svých výrobků, aby zajistili, že životnost výsledného přístroje neskončí vlivem zdroje. Jejich pravidla však neberou v úvahu způsob použití, prostředí, montážní orientaci, umístění, okolní prostor, aplikované zatížení a uspořádání chlazení nebo ventilace systému, jakmile je napájecí zdroj instalován do koncového zařízení.

Čteme datový (katalogový) list

V datovém listu je spousta užitečných informací. Například pro kondenzátor B41888 datový listu uvádí, že ačkoli kondenzátor o průměru 8 mm má životnost 5 000 hodin, součástka o průměru 12,5 mm (nebo větším) má dvojnásobek při 10 000 hodinách. Pokud vaše cílová hodnota kapacity umožňuje výběr průměru a máte na desce místo, bylo by vhodné zvolit větší součástku, čímž se prodlouží životnost. Pokud tedy zvolíme kondenzátor 100 μF na 35 V a zamýšlíme jej provozovat při 30 V, bude z hlediska životnosi vhodné použít místo něj rozměrově větší kondenzátor s jmenovitým napětím 63 V.

Kondenzátor na 35 V má průměr 8 mm, zatímco typ na 63 V část má průměr 10 mm. 10 mm součástka má však životnost 7 000 hodin a ta by se mohla zdvojnásobit na 14 000 hodin pouhým provozem na 48 % jmenovitého napětí. 8 mm část má životnost 5000 hodin, která by se zvýšila pouze na 5833 hodin, pokud by byla provozována při 30 V. Takže relativně malý nárůst průměru o 2 mm zajistí významné prodloužení životnosti.

Další úvahou je vztah mezi frekvencí zvlnění a jmenovitou hodnotou zvlněného proudu. Například, pokud váš návrh vyžaduje kondenzátor 1000 μF/35 V, katalogový list vám řekne, že má jmenovitý zvlněný proud při 105 °C 2,459 A, ale to platí při specifikovaných 100 kHz. Pokud tedy aplikace běží na nižší frekvenci, je třeba k určení účinku použít níže uvedený graf:

 (Text v obrázku zůstal nepřeložený záměrně. S češtinou se v katalogu nesetkáte
a výsledek obrázku s přeloženým textem by byl matoucí.
Překlad by zněl: "frekvenční činitel přípustného zvlnění proudu Iac versus frekvence f").

Při nízkých frekvencích, např. 120 Hz, je jmenovitý zvlněný proud pouze 65 % hodnoty při 100 kHz. To znamená, že pro správné posouzení životnosti v aplikaci, pracující na 120 Hz můžeme uvažovat jmenovitý zvlněný proud pouze 1,598 A.

Poruchovost kondenzátoru

Nezaměňujte postupnou degradaci výkonu elektrolytického kondenzátoru během jeho předpokládané životnosti za cokoli, co souvisí s poruchovostí nebo MTBF. Náhlé a neočekávané selhání jakékoli elektronické součásti se liší od toho, jak může součást „stárnout“. Samozřejmě, pokud vámi navržený obvod přestane fungovat kvůli stárnutí elektrolytického kondenzátoru, je to z pohledu uživatele jistě porucha zařízení. Chybou konstruktéra však není rozpoznat, jak se výkon komponenty v průběhu času přirozeně snižuje. Jinými slovy, jde o selhání návrhu a ne selhání součásti.

Elektrolytický kondenzátor bude mít MTBF měřenou v milionech hodin. I když to může být degradováno jak množstvím energie, kterou ukládá, tak okolní provozní teplotou, stále je to daleko od mnohem nižší použitelnosti komponenty.

Proč vůbec používat elektrolytické kondenzátory?

Pokud elektrolyty způsobují takové problémy, proč se používají v takové míře? Existuje několik důvodů, ale hlavním z nich je vysoká kapacita, které je obecně vyžadována při návrhů napájecích zdrojů. Neexistuje žádný jiný typ součástky, který by poskytl stejně velkou kapacitu, dimenzovanou na stejně vysoké napětí.

Pokud jde o životnost celého zařízení, lze očekávat, že paralelně řazené součástky budou časem degradovat stejně. Jinými slovy, očekává se, že životnost všech 20 součástek bude stejná jako životnost jedné součástky. Pro MTBF by však hodnota pro jednu součástku musela být vydělena 20, protože součástky jsou řazeny paralelně a kterákoli z 20 by mohla selhat (způsobit zkrat), což by samozřejmě způsobilo selhání celého zařízení.

Výrobci kondenzátorů

V případě polymerových kondenzátorů jsou všechny typy považovány za vhodné pro použití zdroje kvůli jejich schopnosti odolávat vyšším provozním teplotám, než u typů s tekutým elektrolytem.

Za nejbezpečnější a nejkvalitnější jsou považovány kondenzátory japonských výrobců. Bohužel bývá jejich cena vyšší a někdy dochází k problémům s dostupností. I japonští výrobci zahrnují do svých portfolií běžné řady s poněkud horšími parametry ve srovnání se špičkovými typy. Kromě značky je tedy nutné věnovat pozornost i specifikacím produktové řady, abychom mohli posoudit kvalitu kondenzátorů a udělat hrubý odhad jejich životnosti.

Většina podniků, vyrábějících zdroje se nachází v Číně, takže musí dovážet kondenzátory z Japonska, což vyžaduje další čas a náklady na dopravu. Pokud vezmeme v úvahu, že ve většině špičkových zdrojů se používají pouze japonské kondenzátory, pak je pravděpodobnější, že u nich nastanou problémy s dostupností. Lze však předpokládat, že řada japonských společností má své výrobní závody i v Číně (spolu s mnoha tchajwanskými výrobci), takže problém nemusí být v některých případech tak významný.

Situace je však ještě zhorší, bereme-li v úvahu, že nelze objednávat obrovské množství japonských kondenzátorů, po delší dobu je skladovat a pak používat, protože jejich parametry pak budou značně ovlivněny. Elektrolytické kondenzátory by měly být skladovány za určitých podmínek, aby si zachovaly své parametry, a doba jejich skladování nesmí být překročena. Při překročení doporučené doby skladování je třeba kondenzátory zkontrolovat jeden po druhém (včetně ESR a měření kapacity). V mnoha případech je před použitím nutné znovu naformovat, aby se předešlo provozním problémům. A protože proces formování vyžaduje čas a vybavení, jsou tím dále ovlivněny i výrobní náklady.

Následující přehled vznikl na základě preferencí výrobců spínaných zdrojů – právě tam jsou kritéria pro výběr elektrolytických kondenzátorů nejpřísnější. Nejde tedy o žádnou „tabulku kvality“ ani oficiální známky kvality, je to pouze orientační přehled.

Kondenzátory I. třídy

Všechny japonské kondenzátory jsou považovány za vysoce kvalitní, k preferovaným patří následující značky:

• 
      Rubycon
•     United Chemi-Con (nebo Nippon Chemi-Con)
  
  
•     Nichicon
•     Sanyo/Suncon
•     Panasonic
•     Hitachi
•     FPCAP nebo funkční polymerový kondenzátor (ex-segment kondenzátorů Fujitsu, který
      koupila společnost Nichicon)

•     ELNA

Kromě japonských existuje také několik amerických a evropských výrobců, kteří vyrábějí vysoce kvalitní kondenzátory. Pravděpodobně nenarazíme na žádnou z níže uvedených značek kondenzátorů uvnitř zdroje např. pro spotřební elektroniku, ale jistě stojí za zmínku.

•     Cornell Dubilier (USA)
•     Illinois Capacitor (v současné době vlastní Cornell Dubilier)
•     Kemet Corporation (USA)
•     Vishay (USA)
•     EPCOS (společnost TDK, Německo)

Kondenzátory II. třídy

Na tomto seznamu najdete kondenzátory od některých tchajwanských výrobců, kteří často využívají továrny v Číně. Tyto kondenzátory fungují dobře, takže se obvykle používají v napájecích zdrojích střední třídy a někdy dokonce i ve špičkových výrobcích a představují rovnováhu mezi dobrým výkonem a dostupnou cenou.

•     Taicon (patří k Nichicon)
•     Teapo
•     SamXon (kromě řady GF, která patří do nižší úrovně)
•     OST
•     Toshin Kogyo
•     Elite

Kondenzátory III. třídy

Tyto kondenzátory třetí kvalitativní řady, nemusí podle informací od různých výrobců zdrojů a expertů se znalostí statistik RMA patřit mezi nejlepší volby, ale stále jsou o stupeň výše než kondenzátory, které patří k poslední kategorii.

•     Jamicon
•     CapXon

Kondenzátory IV. třídy

Tato skupina zahrnuje zbytek značek kondenzátorů. Když uvidíte ve zdroj jednu z těchto značek, budete vědět, že si výrobce stanovil jako prioritu nikoli spolehlivost, ale výrobu s nižšími náklady. Uvádíme pouze oblíbené značky kondenzátorů, které se obvykle vyskytují v levných napájecích zdrojích, najdete je v neznačkových a dokonce i v některých značkových napájecích zdrojích.

•     G-Luxon
•     Su'scon
•     Lelon
•     Ltec
•     Jun Fu
•     Fuhjyyu
•     Evercon

Jaký kondenzátor tedy zvolit?

U našich prodejců (ověřováno u GM Electronic, SvetSoucastek.cz-Radio plus, Neven) lze najít kondenzátory mnoha značek, např. ELNA, FTCAP, HITANO, JAMICON, KEMET, KJ, NICHICON,  NIPPON CHEMI-CON, PANASONIC, ROEDERSTEIN, SAMWHA, SAMXON, SEMTECH, VISHAY. Přednost dáváme červeně vyznačeným typům. Uvedené značky mohou být dražší, ale je třeba mít na paměti, že zdrojem napájíme zařízení v ceně mnoha desítek tisíc Kč. Šetření zde tedy není namístě.

Obecně je vhodné dávat přednost typům, označeným 105 °C. U nich lze předpokládat delší životnost a menší ESR. Stává se, že výrobky určité značky dojdou a prodejce vám nabídne kondenzátor se stejnými parametry (kapacita, napětí, teplota apod.), avšak od jiného výrobce. Doporučuji nekupovat.

Pokud kupujete elektrolytické kondenzátory např. na eBay a u čínských prodejců, kupujte pouze u obchodníků, specializovaných na elektronické součástky. Prodejcům, kteří vedle součástek nabízejí ještě něco jiného (bižuterii, textil, nářadí apod.), se vyhněte. Takový prodejce většinou ani neví, co prodává a dohadování o záruce, vrácení zboží s refundací apod. bývá velmi složité. Často bývá nutné případ řešit přímo přes eBay. Totéž platí pro Amazon. Zásadně se vyhněte čínským prodejním sítím Aliexpress, Alibaba apod. Často nabízejí podřadné zboží a získat peníze zpět je prakticky nemožné. Prodejci na eBay ze západní Evropy bývají bez problémů, prodejcům v Rusku a Ukrajině se raději vyhněte.

Stává se, že i velmi kvalitní kondenzátor má kapacitu mimo toleranci, i když ESR je v normě. Tak jsem koupil kondenzátory Nippon Chemi-Con, které místo deklarovaných 22 000 µF měly jen 14 000 µF. Elyty byly pravděpodobně dlouho skladovány, protože naformování (připojení ke zdroji, nastavenému na provozní napětí přes odpor 10 kΩ/2W po dobu 48 hodin) vrátilo kapacitu na ~  21 000 µF. Před tím, než budete zkoušet kondenzátory vracet prodejci se pokuste o naformování. Pokud se rozhodnete kondenzátory vracet, nesmí být oletované!

Odkazy:

[1] Mark Harris, Altium: What Influences Electrolytic Capacitor Lifespan?
https://resources.altium.com/p/electrolytic-capacitor-lifespan

[2] Gary Bocock, XP Power: Electrolytic capacitors determine the lifetime of a power supply
https://www.xppower.com/resources/blog/electrolytic-capacitor-lifetime-in-power-supplies