Zaloguj się
Wszystkie
18 marca 2025
122
Osoby na co dzień serwisujące falowniki lub inny sprzęt energoelektroniczny z pewnością naoglądały się w swojej karierze zniszczeń niczym po wybuchu granatu wewnątrz obudowy naprawianego urządzenia. Oczywiście nie było żadnego granatu – to po prostu wielka porcja energii, skumulowanej w niewielkiej przestrzeni, „postanowiła” się uwolnić, najczęściej wraz z kawałkami obudowy elementu, która stała jej na drodze.
W niniejszym artykule podejmę próbę opisania powiązania między skutkami (w postaci widocznych bądź niewidocznych uszkodzeń podzespołów) a ich przyczynami, z którymi spotkałem się na przestrzeni lat. Taka wiedza ułatwia postawienie diagnozy oraz odtworzenie biegu zdarzeń, które do tego doprowadziły. W ten sposób można się dowiedzieć, czy za słowami klienta: Panie, to nie działa!, stoi spowodowany przeze mnie błąd konstrukcyjny, czy też zawinił sam użytkownik, ale nie chce się do tego przyznać. Na co dzień tworzę wiele prototypów i/lub krótkie serie produkcyjne, które trafiają w ręce rozmaitych odbiorców – niekiedy mało uważnych. Poznanie przyczyn uszkodzenia urządzenia, które trafiło do mnie jako zwrot, potrafi dać cenną informację na przyszłość.
Rezystory
Zacznę od podzespołów biernych, jako najliczniej występujących. Z reguły są to przegrzane rezystory, które w wersji przewlekanej (THT) po prostu zmieniają swą barwę na tym ciemniejszą, im silniejsze było przeciążenie. W skrajnej sytuacji dochodzi do popękania i odpadnięcia warstwy lakieru na ich powierzchni, połączonego z odsłonięciem spiralnie ułożonej ścieżki oporowej. Przegrzany rezystor zwiększa swoją rezystancję względem nominalnej, zaś przegrzany skrajnie będzie zawsze wykazywał przerwę. Ot, za duża moc tracona w tych komponentach przy zbyt słabym odprowadzaniu ciepła.
Jednak nieco inaczej wyglądają rezystory, które zostały przeciążone bardzo, bardzo mocno, zaś przyrost mocy był szybki. Otóż moje doświadczenia wskazują, że przy niskich napięciach dochodzi wtedy z reguły do powstania przerwy w ścieżce oporowej (rezystancja sięga wartości niemierzalnych), ale na powierzchni rezystora nie widać jakichś szczególnych uszkodzeń. Jeżeli zaś napięcie było wysokie, rezystor potrafi pęknąć na pół, co również skutkuje przerwą w obwodzie. Tak samo zachowują się rezystory SMD, przy czym wywołanie uszkodzenia pierwszego rodzaju (pęknięcie ścieżki bez widocznych uszkodzeń) jest w nich rzadziej spotykane – częściej dochodzi do powstania odprysków na zewnętrznej powierzchni lakieru.
Ciekawie wygląda sprawa rezystorów, w przypadku których przekroczono dopuszczalne napięcie, co może być związane z wyładowaniami atmosferycznymi lub przepięciami w układzie. Otóż między sąsiadującymi ze sobą zwojami spiralnej ścieżki oporowej potrafi na chwilę zapalić się łuk niszczący tylko fragment lakieru, a nie – jak w przypadku przekroczenia dopuszczalnej mocy – cały lakier. Wypalony lakier staje się wówczas czarny, z wyraźnym nalotem sadzy, podczas gdy pozostała powierzchnia rezystora jest co najwyżej lekko zbrązowiała.
Od około dwóch lat zauważam przyrost liczby elementów SMD uszkodzonych fabrycznie. Rezystory pobierane hurtem z rolki, układane przez maszynę na panelach, potem lutowane rozpływowo w piecu. Raz na dwa, trzy tysiące podzespołów (średnio dwa, trzy w typowej rolce 5000 sztuk) trafia się taki, który potem podczas testów wykazuje przerwę. I nie może tu być mowy o jego uszkodzeniu w układzie, bowiem rzecz dotyczy np. rezystora SMD w obudowie 0805 i rezystancji 10 kΩ, podciągającego linię 5 V.
Kondensatory
Kondensatory tantalowe są bardzo wrażliwe na zmianę polaryzacji zasilania oraz przekroczenie jego dopuszczalnej wartości. Reagują wtedy zwarciem, choć na obudowie brak widocznych uszkodzeń. Co ciekawe, elementy te potrafią się uszkadzać, pracując przez długi czas przy napięciu rzędu 80...90% nominalnej wartości oznaczonej na obudowie. Odpowiednio duży margines bezpieczeństwa jest zatem wysoce wskazany przy projektowaniu układów z użyciem „tantali”. Co jeszcze ciekawsze, w analogiczny sposób reagują one na… przegrzanie podczas lutowania. Zdarza się to głównie przy lutowaniu prototypów przy użyciu gorącego powietrza, ale w piecu też takie przypadki się zdarzają, choć musi on być wyjątkowo kiepskiej jakości. Nie musi nawet dojść do zmiany koloru obudowy.
Kondensatory ceramiczne (mam na myśli głównie SMD) reagują zwarciem na przekroczenie napięcia bez widocznych objawów z zewnątrz. Jeden jedyny raz w życiu widziałem przegrzany kondensator, który pracował jako element snubbera – wtedy dochodziło prawdopodobnie do tracenia mocy na jego rezystancji szeregowej (ESR). Obudowa elementu wyraźnie pociemniała, choć nadal był on sprawny.
Z kolei kondensatory elektrolityczne potrafią zafundować zwarcie lub wyciek elektrolitu z obudowy przy zbyt wysokim napięciu, tudzież przy odwrotnej polaryzacji. Długotrwałe przegrzewanie (np. w przetwornicach impulsowych) też z reguły prowadzi do otwarcia puszki i wylania elektrolitu, ale ścianki tej puszki nie są wówczas silnie rozdęte, zaś elektrolit z reguły nie pozostawia śladów wszędzie dookoła. Wyschnięcie kondensatora też ma związek z jego długotrwałą pracą w cieple, ale przyczyna może leżeć w temperaturze otoczenia (słaba wentylacja) – rzadko widuję elegancko wysuszone kondensatory, pracujące w przetwornicach impulsowych dużej mocy, w których grzeją się za sprawą własnej ESR. Wysuszony kondensator z reguły ma podejrzanie małą masę, choć niektóre dalekowschodnie wynalazki (pomimo prawidłowych parametrów) są bardzo lekkie zaraz po wyjściu z fabryki, więc trzeba podchodzić ostrożnie do tego kryterium…
NAPISZ DO AUTORA
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
