Почему взрываются конденсаторы

Частый вопрос — почему взрываются электролитические конденсаторы на материнской плате, видеокарте, блоке питания? Какие причины взрывов и пути решения проблемы, чтобы это не повторялось. Этому посвящена статья.

Теория

Очень часто при ремонте компьютеров и  компьютерной техники — в блоках питания, материнской плате компьютера, видеокарте, мониторах, принтерах и других устройствах — можно обнаружить испорченные вздутые конденсаторы, в которых вытек электролит, а  их корпус разрушен.

Конденсаторы — это рулоны (или стопки) фольги, разделенные диэлектриком. В электролитических конденсаторах одним электродом (анодом) является фольга, а другим (катодом)- электролит. В качестве диэлектрика выступает тонкая оксидная пленка, нанесенная на анод. Чтобы разобраться с причиной, по которой конденсаторы выходят из строя, составим примерную эквивалентную схему конденсатора.

Таким образом, у конденсатора есть и активное сопротивление r (эквивалентное последовательное сопротивление или по-научному ESR), и сопротивление утечки R, и индуктивность L из-за свернутого спиралью сэндвича. Условность схемы в том, что на самом деле схема представляет собой «длинную линию», расчет которой чрезвычайно сложен.

Почему возникает взрыв конденсатора

Дело в том, что эти конденсаторы стоят в цепи импульсной схемы питания и служат для сглаживания пульсаций частотой в десятки килогерц. В принципе, уже из-за пульсаций через конденсаторы течет переменный ток, который немного нагревает внутреннее сопротивление. На малой частоте этот нагрев мал и конденсатор холодный. Закипание возникает тогда, когда выделяемая мощность больше мощности рассеивания. Так почему же происходит нагрев из-за которого электролит закипает и происходит взрыв и какую роль в нагревании играет индуктивность?

В импульсных схемах, если посмотреть осциллографом, то можно увидеть, что в момент переключения транзисторов возникает затухающий колебательный процесс, причем амплитуда перерегулирования очень значительная, а частота колебательного процесса высокая. Высокочастотная составляющая хорошо пропускается емкостью, она же и является основной причиной нагрева конденсатора. Причем же здесь индуктивность? А индуктивность и является причиной колебаний, т.к. она является частью колебательного контура LC. Поэтому, чем больше паразитная индуктивность конденсатора, тем больше энергия высокочастотной колебательной составляющей выделяется внутри конденсатора. Во избежание взрыва на корпусе конденсатора наносятся насечки, позволяющие выпустить пар кипящего электролита.

Как выбирать конденсаторы для замены

Что же делать? Чем заменить неисправный?

1. Нужно брать качественные изделия с малым ESR и индуктивностью. Они дороже, но греются меньше и взрываются значительно реже. К тому же, есть понятие «реактивная мощность конденсатора» — мощность, которую конденсатор способен выдержать, пропустив через себя, и которая зависит тангенса потерь диэлектрика и размеров конденсатора. Т.е., чем больше размер конденсатора, тем больше рассеивание и выше реактивная мощность.

2. Можно параллельно электролитическим конденсаторам поставить керамические небольшой емкости.

3. Если выбросы напряжения заходят в отрицательную область, то поможет обратный диод, который не даст обратному току «спалить» полярный конденсатор при приложении обратного напряжения.

Срок жизни электролитических конденсаторов ограничен из-за химических изменений в диэлектрике и зависит от того, как близко выбрано рабочее напряжение к максимальному. Другими словами, чем выше мы выберем максимальное напряжение конденсатора, тем дольше он будет служить.

Перепайка конденсаторов на материнской плате в нашем компьютерном центре обычно стоит 1000 руб вместе с работой по разборке и сборке компьютера.

Правда о конденсаторах

Однако самой правдоподобной версией массового выхода из строя электролитических конденсаторов является другая — технологическая. В пользу этой версии говорит тот факт, что взрываются в основном конденсаторы, произведенные конкретными китайскими фирмами.

История вопроса. Некоторые китайские фирмы не захотели покупать патенты на производство электролитических конденсаторов и разработали свою технологию, в частности, формулу электролита. Однако, формула оказалась нестабильной. Через несколько лет их электролит под воздействием рабочих факторов (одни из важнейших — повышенная рабочая температура и напряжение) изменяет свои электрические параметры, в частности, сопротивление. В результате через несколько лет конденсаторы вспучивались из-за вскипания электролита.

Поэтому самое главное при замене конденсаторов — это заменять их на качественные конденсаторы, произведенные надежной фирмой.