Почему выходят из строя электролитические конденсаторы на материнских платах фирмы Abit

Проблема заявила сама о себе. На материнских платах некоторых производителей (в основном, Abit) вспухали электролитические конденсаторы, играющие роль фильтров в цепи питания.

Для того, чтобы понять причины этого, правильнее всего рассмотреть условия работы вышедших из строя элементов и факторы, возможно ставшие причиной этого. Задача подобных конденсаторных фильтров состоит в следующем: на них поступает постоянное напряжение от ИБП ПК по кабелям питания, на эти кабели наводятся помехи, уровень которых в ПК не так и мал. Это становится понятным, если вспомнить уровни импульсных токов, которые доходят в некоторых узлах ПК до десятков ампер. Задача данных конденсаторов не пропустить эти помехи, входящие по кабелям питания, дальше в цепи на материнской плате. И кроме того, создать некоторый НЗ, на случай воздействия импульсной помехи уже со стороны потребителя. То есть <подкармливать> из запасенного заряда кратковременные превышения номинальной потребляемой мощности. Отсюда 2 требования: фильтрация импульсных помех, входящих по кабелям и достаточная емкость, обеспечивающая те самые перегрузки потребления. Отчего же могут распухать электролитические конденсаторы? От температуры электролита. Несмотря на то, что, как правило, устанавливаемые конденсаторы имеют заявленные характеристики максимальной рабочей температуры 105 градусов Цельсия, они все же распухают. Причины, которые могут вызывать подобный перегрев:

1. Обратный ток. Ток, противоположной полярности беспрепятственно протекает через электролитический конденсатор и сильно его нагревает, разрушая рабочую структуру. Данную причину можно отбросить, так как в противном случае конденсатор выходил бы из строя на 1-й минуте начала эксплуатации.

2. Нагрев извне. Рядом с конденсатором находится процессор, да и вообще воздух внутри ПК не может похвастать прохладой. Однако, нагрев до 105 градусов - это нонсенс. Кроме того, выходят из строя именно эти элементы, хотя они не термочувствительные. Да и греют их более термоуязвимые эелементы, которые вышли бы из строя гораздо раньше.

3. Превышение допустимой реактивной мощности. Каждый конденсатор имеет потери. Вследствие этого, он не является чисто реактивным элементом, который рисуют на схемах проектировщики. Поэтому, допустимая реактивная мощность, проходящая через конденсатор, ограничена. Ведь часть ее (порядка процентов) теряется на сопротивлении проводников конденсатора, утечке в диэлектрике (а у электролитического конденсатора эти утечки весьма множественны и значительны.) Вот об этом факторе уже можно говорить, как о реальном.

4. Брак партии конденсаторов. Никто не совершенен, косвенно это подтверждается тем моментом, что никто не упоминал о случаях подобного распухания конденсаторов других фирм. Фигурировала только продукция Jackcon.

Итак, отброшены пункты 1 и 2. Пункт 3, несомненно, заслуживает рассмотрения. Реактивную мощность можно условно разделить на 2 составляющие: ВЧ и НЧ. Условность заключается в том, что под ВЧ подразумевается та часть реактивной составляющей, которую электролитический конденсатор не в состоянии фильтровать. В силу конструктивных особенностей электролитические конденсаторы сохраняют свои свойства на частотах до ~1 МГц. Для более высокочастотных составляющих электролитический конденсатор представляет уже изрядную эквивалентную индуктивность, то есть шунтирующий эффект пропадает и такие составляющие беспрепятственно проникают сквозь <фильтр>. Однако, тот факт, что фильтр перестал работать отнюдь не сказывается на разогреве конденсатора. Наоборот, данные составляющие практически не греют конденсатор! Все, что они могут - это повредить функционированию защищаемых цепей. Для борьбы с этим эффектом электролитические конденсаторы принято шунтировать высокочастотным конденсатором значительно меньшей емкости, который имеет рабочие частоты до ~1 ГГц и изготовлен с использованием полимерного или керамического изолятора. Итак, остается НЧ. Под ним я подразумеваю собственно рабочие колебания протекающего через конденсатор тока - те флуктуации, которые создаются мощными наводками и колебаниями потребляемого тока. Так как питается от фильтра чувствительная к качеству питания цифровая схема, говорить о сколько-нибудь значительном уровне реактивной мощности не имеет смысла. Ведь при отклонении напряжения питания на 20% схема перестает стабильно работать. Соответственно, уровень пульсаций не может превышать 20% от максимальной мощности. То есть не более 40 Вт (для типичного значения 200 Вт - как максимума общей потребляемой материнской платой и всем, что на ней установлено, мощности.) При уровне реактивной мощности в 40 Вт потери должны составить не более 5%, то есть всего 2 Вт. Этого явно недостаточно, чтобы привести к выходу из строя несколько конденсаторов (ведь они всегда ставятся <батареей>, чем есть объяснение*.)

Остается только 4-й пункт. Скорее всего, мы имеем дело с партией бракованных конденсаторов, косвенно на это также указывает тот факт, что в более новых продуктах, где потребляемые мощности возросли, такого эффекта не наблюдается.

* в каждой серии конденсаторов, потери, определяемые сопротивлением проводников в конденсаторе, практически не зависят от номинала емкости. Таким образом, включая вместо одного конденсатора, емкости 5x пять конденсаторов той же серии, но впятеро меньшей емкости х параллельно мы получим эквивалентный конденсатор той же емкости 5х с впятеро меньшими потерями на проводниках.