Como posso diminuir a chance de queimar capacitores?

Eu tenho um circuito de fonte de alimentação CA / CC instalado em muitas máquinas, todas funcionando bem dentro da capacidade nominal de energia das fontes. No entanto, eles continuam falhando, todos queimando um capacitor eletrolítico (grande) (após, digamos, 1 ano de serviço). Estranhamente, essas placas variam um pouco, algumas têm uma tampa, outras 2, mas invariavelmente essa é a parte que falha.

As placas com 1 tampa são classificadas em 22µF 450v e com 2 classificadas em 47µF 450v.

Então, o que posso fazer para aliviar o estresse desse componente? executar vários em paralelo?

ATUALIZAÇÃO: Depois de dar uma boa olhada nos PSUs, eles são realmente estranhos! os motores das máquinas (que são trituradores de papelão) são classificados em 220v DC! portanto, a parte principal "robusta" da placa PSU é apenas uma tampa de retificador / filtro (que está queimando um pouco) sem transformador, e o restante é um suprimento CC alternativo menor e separado para coisas como luzes, comutação, proteção etc.

A fonte de alimentação típica de comutação de faixa de entrada universal usa uma topologia de circuito, como mostrado aqui:

O capacitor de alta tensão de maior valor (destacado em amarelo) tem o trabalho de suavizar a tensão CC retificada da linha de energia CA.

Existem dois modos principais de falha para este capacitor. Um deles são os picos de alta tensão na entrada da fonte, que passam pelo estrangulador do modo comum. Picos acima da classificação de tensão do capacitor podem causar danos à camada dielétrica isolante do capacitor, levando a curtos internos. Os problemas de alta tensão devem ser melhor resolvidos localizando a fonte desses picos no sistema de energia e adotando medidas para prender os picos onde são gerados. Também pode ajudar a melhorar o filtro de entrada da fonte de alimentação, adicionar dispositivos de absorção de transientes como transzorbs ou MOVs à seção de entrada e aumentar a classificação de tensão do capacitor grande.

Outro modo de falha é o aquecimento interno que pode ocorrer quando a corrente muda no capacitor reagindo com a resistência em série (ESR) do capacitor. Isso gera calor que pode secar os materiais eletrolíticos internos no capacitor, o que causa uma diminuição na capacitância. Também pode aumentar a resistência em série, causando aquecimento adicional. Na fonte de alimentação do tipo off-line, esse capacitor está trabalhando com o dobro da frequência da linha e os pulsos de corrente no capacitor (conhecidos como corrente de ondulação) ocorrem quando o capacitor é carregado a cada meio ciclo e descarregado quando a tensão CA retificada chega a zero enquanto o capacitor é solicitado a continuar fornecendo corrente às seções de saída do suprimento. Vários fatores podem ser considerados para aumentar a confiabilidade desse capacitor. Em primeiro lugar, é calcular ou medir a corrente de ondulação durante a operação de fornecimento e garantir que ela esteja dentro da faixa de corrente de ondulação do capacitor selecionado. Outro parâmetro a considerar é a classificação de temperatura do capacitor para garantir que seja superior à temperatura de operação da fonte de alimentação. Finalmente, pode ser útil encontrar capacitores que tenham um valor mais baixo de ESR, o que reduzirá o aquecimento interno para uma dada amplitude de corrente de ondulação.

Usar dois capacitores em paralelo será equivalente a usar dois resistores em série, a capacitância aumentará e poderá afetar adversamente a operação do circuito (talvez não, mas pensando no pior caso aqui).

Uma maneira melhor de aliviar o estresse desses componentes, sem nenhum conhecimento do circuito, seria usar um capacitor com uma classificação de tensão mais alta. Isso se traduzirá em um componente maior e mais caro, mas estressará menos. Outra maneira seria obter um capacitor de "qualidade", de um fornecedor de marca. Existem capacitores audiófilos que são conhecidos por sua qualidade, mas não estou familiarizado com os nomes de marca exatos.

Se fosse possível (considerando as restrições de tamanho que você possui), eu desvalorizaria seu capacitor (usaria uma voltagem mais alta que o necessário) e também colocaria um capacitor de cerâmica menor em paralelo. Eles são mais tolerantes a picos curtos de alta tensão e ajudarão a reduzir o estresse no eletrolítico.

O Sparkfun publicou recentemente um vídeo relacionado a isso, eu recomendo que você dê uma olhada .

Se eles estão queimando rapidamente, certamente há algo errado com o circuito. os bonés morrem eventualmente, mas devem durar anos se tudo for projetado corretamente. Dito isto, um limite de alta qualidade e alta tensão terá menos probabilidade de explodir. dependendo da finalidade, você pode até colocar uma com maior capacitância para evitar que ela seja descarregada e recarregada completamente. Essa é apenas uma boa idéia com tampas destinadas a suavizar a fonte de alimentação ou outra coisa em que a capacitância real não é muito importante.