Lebensdauer von Bauteilen

Fragen zu Schaltungen, Elektronik, Elektrik usw.

Moderator: T.Hoffmann

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Strumboe
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Fr, 03.02.12, 09:52

Ich habe gestern mal ein paar Platinen in die Produktion gegeben. Das ganze soll eine KSQ auf Basis des LM3404 werden.
So weit, so gut.....
Die von mir favorisierten LEDs haben lt. Hersteller eine Lebensdauer von 35.000 Stunden. Wenn diese nicht am Limit gefahren werden über 100.000 Stunden. Wirklich beeindruckend.... Es wird also ein LED-Strang mehr angeschlossen um die fehlenden Lumen wieder heraus zu bekommen. Kein Thema. Die Teile sollen ja recht lange leben. Bei den Preisen.
Und dann fiel mir noch ein schöner Spruch aus dem Bau von Schaltnetzteilen ein: Die Schwachstelle und Hauptursache für den Ausall von Schaltnetzteilen sind die Elkos... Stimmt! Ich hatte schon ein paar wieder flott gemacht, indem ich die Elkos getauscht hatte. In der Hauptsache auf Mainboards. Die Schaltströme durch diese Elkos sind nicht ohne.
Und jetzt wird das alles von mir mit einer geschalteten KSQ unter Dampf gesetzt. Die Angaben vom Hersteller des ICs beinhalten auch zum Thema Kondensatoren ein paar nette Angaben. Im speziellen die Elkos. Hier sollen low ESR (Equivalent Series Resistence) zum Einsatz kommen. Und da beginnt die Krux! Die Hersteller dieser Kondensatoren geben eine Lebensdauer von 2000 Stunden an! Also im schlimmsten Fall 1/50 der Lebenserwartung der LEDs.... :evil: :evil: :evil:
Da stellt sich doch die Frage: klassisch die überschüssige Energie verheizen, oder hoffen, dass es nicht auffällt, dass die Elkos sich deutlich vorher ins Nirvana begeben?
Habe auch nachgeschaut in den zum Einsatz vorgesehenen Netzteilen. Diese haben das Label "eco", high efficency > 85%. Und auch hier sind diese Elkos verbaut.
Ich habe so das Gefühl, dass die LEDs letzendlich nicht das Problem in der Zukunft sein werden, sondern die Elkos. Sprich die Steuerelektonik wird uns irgendwan einen schönen Strich durch die Rechnung machen. Lass die Schaltungen 4000 Stunden mit diesen Elkos durchhalten, dann sind wir aber immer noch meilenweit von der Lebensdauer der LEDs entfernt.

Werde wohl in der Version 2.0 der Platine dafür sorgen, dass die Elkos gesteckt werden. Das ist dann wartungsfreundlich und man weiß gleich was zu tun ist, wenn die LEDs nicht mehr richtig mitspielen.

Achja... :? :? :? Irgendwie zum in die Tischkante beißen.

Gruß
ustoni
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Fr, 03.02.12, 10:37

Wo hast Du denn die angebliche Lebensdauer von 2000 Std. her?
Wenn dem tatsächlich so wäre, würde kein elektronisches Gerät länger als ein halbes Jahr funktionieren. Ich glaube, Du hast da einfach etwas falsch interpretiert.
Hier mal ein Auszug aus einem Datenblatt für Low-ESR-Kondensatoren von Sanyo:
Elko.jpg
Die in der Tabelle aufgeführte Angabe "Endurance" hat nichts mit der Lebensdauer zu tun. Daraus kannst Du nur ableiten, dass die Elkos bei einer Umgebungstemperatur von 105 Grad Celsius bei 100 % Auslastung nach 2000 Std. eine maximale Kapazitätsänderung von 20 % aufweisen.
Das ist also ein Test unter Worst-Case-Bedingungen.

Wenn Du Deine Schaltung richtig dimensioniert hast, ist die MTBF um ein Vielfaches höher. Wenn Du also z.B. mit einer Eingangsspannung von max. 36 V rechnest, sollte hier kein 40 V Elko, sondern ein 63 V Elko verwendet werden.

Massgeblich für die Lebensdauer ist die Temperatur. Je 7 bis 10 Grad (da findet man unterschiedliche Angaben) unter der Maximaltemperatur (hier 105 Grad) halbiert die Ausfallrate. Damit wärst Du bei einer Betriebstemperatur von 50 Grad schon bei 60000 bis 200000 Stunden!

In Meanwell-Netzteilen werden ebenfalls Elkos verwendet. Bei einigen Netzteilen ist eine MTBF von über 1 Millionen Stunden für das ganze Netzteil angegeben!

Du kannst Deine KSQs also ruhigen Gewissens aufbauen; sie werden die LEDs mit hoher Wahrscheinlichkeit überleben.
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Die Lebensdauer bezieht sich auf die max. Temperatur. Zum Beispiel: 2000h @ 105°C

Von Vishay gibt es Low ESR Kondensatoren, die bis 10.000h @ 105°C aushalten.
Bei 40°C halten diese 200.000 bis 500.000h.

Guckstu hier
Strumboe
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Fr, 03.02.12, 11:13

Hallo.
Nun ja. Die Temperatur die gemeint ist, ist die im Inneren des Elkos. -musste ich auch erst lernen :( - Das Problem bei diesen Bauteilen ist, dass sie im "Lastfall" sehr große Ströme abgeben müssen und dannder innere Widerstand zuschlägt. Und dann werden diese richtig warm. Habe mal mit einem Kollegen einen Test gemacht und mal keinen low ESR verwendet. Wollten mal schauen, wie es sich in der Realität verhält. Also, low ESR raus und einen "normalo" rein. Maximale Last angeklemmt. Am Ausgang lagen ungefähr - ist schon etwas her - 15V an und der Strom betrug zu Anfang auch die gewünschten 5Amps. Diese wurde jedoch nicht lange gehalten. Der Elko war schon innerhalb von einer 1/4 Stunde sehr warm und nach etwas über einer Stunde war dann nichts mehr mit Ausgang. Der Elko war thermisch hin - deutlich sichtbar an seiner netten Sollbruchstelle. Und eine leichte kugelform war erkennbar....
Um die Steuerplatinen klein zu halten, habe ich bei meinem Projekt mit der KSQ die Bauteile so gewählt, dass alles funktioniert. Leider habe ich mir - weil ich hier leider zu lange raus bin - um die "Reserven" keinen Kopf gemacht und mich einfach an das sogenannte "Design Example" des IC Herstellers gehalten. Daher wird wohl der Strom, den ich durch die Elkos schicke an derem Limit sein. Näheres kann ich natürlich erst sagen, wenn ich die Platinen da habe und sie dann ihrer Bestimmung zugeführt habe. Dann werde ich mein Ossi ranhängen und mal schauen.
Gewählt habe ich Panasonic FP-Serie. Die beschreiben, dass bei 105°C die Kapazität nach 2000 Stunden +- 30% der Ursprungskapazität vorhanden ist. Wobei ich das mit dem Plus aus vergangener Erfahrung ehr für unwahrscheinlich halte.
Na, ich werde mal schauen.

Gruß
LEDs25
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Mo, 13.02.12, 23:43

Тоа исто така зависи од тоа дали ќе се оди со прекумерна струја или според сегашните
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Bist Du Russe, oder was soll der Quatsch?
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