是什么杀死了这些X2帽?


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几年前,我设计了一个由MCU控制的调光器,用于驱动150W市电卤素灯。这是在西欧;50Hz 230VAC。它使用X2额定电容作为电源的电容降压器,并使用另一个X2额定电容来抑制干扰:

MCU控制的前沿相切调光器电路图

调光器已逐渐开始出现异常,在调试时,我发现所有X2电容均已失效(这意味着它们的剩余额定电容不到10%):

C1,C2,C5,Cnew的图片

图片中的大写字母:

  • C1,电容式降压器,应为100nF,测量为6.4nF
  • C2,电容式降压器,应为100nF,测量值为6.9nF
  • C5,干扰抑制,应为100nF,措施为1.4nF
  • Cnew,来自我垃圾箱的新鲜盖子,尺寸为93nF

它们都测量电阻的开路(>40MΩ)。

C1C2Cnew被标记MEX/TENTA MKP 0.1µF K X2 275VAC 40/100/21 [approval logos] EN 60384-14 01-14 250VAC;额定值为275VAC(耐压明显更高,请参见数据表)。它们全部来自同一批次,于2016年9月购买。我怀疑01-14是一个日期代码,因此它们应来自2014年初。

C5来自同一品牌;它具有几乎相同的标记(除外EN 132400),但实际上更大。几年前,我将它作为某些Velleman套件的一部分获得,在该套件中它还被用作抑制帽。无数据表。

是什么原因导致这些电容失去电容?

  • 这是X2瓶盖的这种正常现象吗?调光器有很多用途,大约需要供电7000小时。
  • 我应该再降低帽子多少钱?我同意230VAC非常接近275VAC,但是据我了解,这是它们的标称额定值,他们应该能够处理高于此的瞬态电压。此外,275VAC似乎是Digikey等产品上最常见的额定值。
  • 我使用电容器不正确吗?
  • 这些电容器是否来自不良品牌/系列/批次?

更新:可能相关:调光器通过机械开关供电,在其整个使用寿命中,估计有1000个开/关开关周期。也许机械开关的瞬变起到了作用?


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西欧为50 Hz,而不是60 Hz。
晶体管

@晶体管当然!我不确定输入60Hz时在想什么...谢谢,并修复了!
marcelm,

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230VAC是RMS,电容器承受的规格是275VAC峰值还是RMS?您正在将它们暴露在325V的循环峰值下,而不必担心异常情况。
Ben Voigt

2
@BenVoigt参见我链接的数据表;额定使用275VAC主电源;耐受电压为1183VDC 60秒+ 2000VDC 1秒。
marcelm

Answers:


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这些是干扰抑制电容器,具有出色的阻燃性,自愈性,火花消除器性能,但不适用于连续串联脉冲充电,因为它们在昏暗的卤素浪涌负载中与双向可控硅一起使用。

尽管他们没有在数据表中说出来,但我在类似MEX-X2瓶盖上的经验告诉我,这是从以前的经验中得到的,并得到了Vishay-Roederstein类似MKP X2数据表的支持。

精美的 TENTA规范指示最大上升时间250Vac:120V /微秒。这意味着使用Ic = CdV / dt且dV / dt额定值为120V / us max时,它可以处理的最大电流。

那么该设计中的脉冲电流如何? 当将灯泡以峰值电压在90度相位控制下运行时,双向可控硅两端的C5可能会出现约1 A的连续电流尖峰。

这将大大缩短电容器的寿命。

对于在Triac上以90V相位在240Vrms 340Vp下工作的150W钨丝灯,灯泡吸取约100W功率,并已冷却至昏暗的1200'K,在Triac上的R = 240欧姆和C5,1.5mH电感器以350Vp的上限电压放电扼流圈和三端双向可控硅开关的抵抗

Vishay Roederstein交流电容器,抑制电容器应用笔记X2 AC 275 V(MKT)级

•用于在最大电源电压为275 V(AC)的线路应用(50/60 Hz)中抑制X2电磁干扰。• 这些电容器不适用于连续脉冲应用。对于这些情况,必须使用交流和脉冲程序的电容器

这些电容器不适用于串联阻抗应用。对于这种情况,如果需要安全认证,请参阅我们的1772系列内部串联特殊电容器。


F1772数据表并不更好。

这些电容器不适用于连续脉冲应用。对于这些情况,必须使用交流和脉冲程序的电容器。•如果需要安全认证,这些电容器可用于串联阻抗应用。在F1772系列帽也给予警告

以我的经验,如果数据表中不包含以下{ESR规格或额定纹波电流{rms}中的1个,则不适合用于高脉冲,低ESR的工作。例如,电动机启动/运行盖从来不包含任何{上面的},并且由于其工作在具有更高电阻的电路中(与SMPS或AC二极管/三端双向可控硅开关离线开关盖不同),ESR特性也不佳。

结论

  • 高应力拓扑和不可接受的帽盖选择不可靠的电源暗淡设计。
  • 我可以建议使用更好的交直流电源。

    在此处输入图片说明


有趣,感谢您的精心解答!似乎我对上限对滥用的容忍度过于乐观。至于电容式吸管盖;设计电流为5mA RMS,所以如果我杀死了电容,我会感到失望,但也许是开关瞬态实现了它们(我将对此进行测试)。我应该重新考虑电路的抑制部分……
marcelm

“这意味着使用Ic = CdV / dt且dV / dt额定值为120V / us max时,它可以处理的最大电流。” -我有点困惑;将dV / dt与100nF一起插入电容方程,对我来说建议最大电流为12A;您的计算(以及我的测量结果,我会在稍后进行更新)表明,峰值电流仅为该值的10%...
marcelm

@marcelm取决于网络阻抗,以R,二极管电容为电容提供电容。能量是吸收在盖中的ESR * I ^ 2 * t的乘积。它们的额定纹波电流也达到了Triac控制的卤素水平。在您的计算中,假设没有其他电流限制R分量。是的,上限仍然失败,可以对每种损失进行计算以证明其失败的原因。
托尼·斯图尔特Sunnyskyguy EE75

注意10m的电容ESR耗散的峰值> 600W仅持续几微秒。
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

> 600W峰值来自何处?ESR *I²= 10mW,ESR =10mΩ,I = 1A ...
marcelm

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薄膜电容器被制成“自我修复”的,这意味着当薄膜电容器由于滥用而短路时,短路周围的区域会被吹走,从而减小电容。

看来您的应用在内部或外部都具有频繁的瞬态现象,其瞬态超出电容器的设计能力。您可以尝试从源头上追踪它们,尝试通过诸如双极TVS之类的电容将它们分流,或者购买更好的(额定更高的电压)电容器。


如果适合,则使用X1。
罗伯特·恩德尔

4
您确定这些保护帽适用于脉冲充电/放电应用吗?我认为这是用于RF耦合或RFI抑制,而不是从Triacs或离线二极管脉冲调节器切换150W负载,这些负载汲取10x峰值/平均电流以获得10%的纹波。
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75,

2
显然,这些零件不能承受这种应用,并且全部损坏。自愈仅适用于随机的闪电事件,每个周期不吸收1〜2A脉冲。
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75,

即使更高的额定电压上限在这里也是不够的,因为问题在于上限可以处理的最大电流(约为1A)。您需要一个能够承受这种电流而不会损坏的盖。
xryl669

1
C5在0.01uF时的应力较小,C1,C2在大电流下1kV瞬变时会影响齐纳二极管和二极管的并联电容,因此带有CM电感的线路滤波器会有所帮助
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75,
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