Sind Kondensatoren mit zu hoher Kapazität "schlecht" für die Schaltung?

Wie kann ein Kondensator eine Fehlfunktion verursachen, wenn die Kapazität zunimmt? Würde der Kondensator nicht einfach länger brauchen, um vollständig aufgeladen zu werden?

Kondensator ist ein Ladungsspeicher. Schaltnetzteile müssen es erst aufladen. Zu große Kondensatoren könnten dazu führen, dass die interne Stromversorgungsschleife instabil wird, was große Spannungsabweichungen über dem Kondensator erzeugen und ihn möglicherweise aufgrund einer zu großen Kondensatorerwärmung verbrennen würde, die durch seinen parasitären Widerstand ungleich Null namens "ESR" verursacht wird.

Kann ein Kondensator mit hoher Kapazität wirklich irgendeine Art von "Brennen" verursachen? Ich meine, es kann keinen höheren Strom speichern oder erzeugen, als von der Stromversorgung geliefert wird, oder?

Kondensatoren brennen ziemlich oft. Tatsächlich ist der Ausfall von Aluminiumkondensatoren der häufigste Ausfallmechanismus bei großen Motorantrieben! Motorantriebe und andere Leistungselektronik (Solar-Wechselrichter, Wind-Wechselrichter, Autobatterieladegerät, ...) weisen bei verschiedenen Frequenzen sehr große Stromwelligkeiten auf. Diese Welligkeitsströme verursachen eine Kondensatorerwärmung (ESR), die die Kondensatorkapazität verschlechtert und den ESR weiter erhöht. Es ist wie ein positives Feedback. Aluminiumkappen haben eine begrenzte Lebensdauer, gemessen in Tausenden von Stunden. Auch ihre Lebensdauer nimmt bei erhöhten Temperaturen ab.

Der typische Weg, dieses Problem zu mindern, ist die Verwendung mehrerer paralleler Kondensatoren (Aufteilung der Ripple-Ströme) oder die Verwendung von Kondensatoren höherer Qualität. Diese Verfahren neigen jedoch dazu, die Kosten des Endprodukts zu erhöhen. Die Elektronikindustrie ist heutzutage sehr halsabschneiderisch, was dazu führt, dass das Design auf volle Funktionalität und angemessene Ausfallrate, aber nicht ein bisschen mehr, ausgelegt ist.

Andere Antworten listen auch gute Beispiele auf, wie nicht nur der Kondensator brennen kann, sondern wie der große Kondensator andere Komponenten zum Brennen bringen kann.

Ich beschränke meine Antwort / Ergänzung auf Fehler vom Typ "Brennen", da es sonst wirklich eine meilenlange Liste von Schaltkreisen gibt, die fehlerhaft funktionieren können (jeder Hochpassfilter, jede Rückkopplungsschleife usw.) und je nachdem, was sie steuern, Dinge möglicherweise brennen /sprengen. Das Beispiel, das SunnyBoyNY mit der SMPS-Ausgangskappe gegeben hat, ist eigentlich ein Beispiel für eine Rückkopplungsschleife. Bescheidener kann (und wird) jeder Operationsverstärker mit einer großen/richtigen Kapazität an seinem Ausgang oszillieren; und wenn es das tut, wird es sich aufheizen. Wenn es keinen thermischen Schutz/Abschaltung hat, kann es beschädigt werden. In all diesen Fällen ist es die Verringerung des Phasenabstands durch die [erhöhte] Obergrenze, die ein Problem verursacht. Ich werde darauf nicht näher eingehen,

Aber auch bei einer linearen Stromversorgung kann ein im Verhältnis zum Gleichrichter (Diode) überdimensionierter Kondensator durch erhöhten Spitzenstrom [Ladestrom] zum Ausfall des Gleichrichters führen. Unten ist eine Lehrbuchillustration des Problems (für einen Einweggleichrichter mit kapazitivem Filter):

Je glatter die gefilterte Spannung wird (weniger Welligkeit), desto glatter wird der Laststrom, aber die gleiche Energie wird über einen kürzeren Zeitraum (Leitungsintervall) an den Kondensator übertragen, sodass die Diode einen höheren sich wiederholenden Spitzen-/Stoßstrom sieht, wenn die Kondensator erhöht. Eigentlich ist dies nur eine sich wiederholende Version des Worst-Case-Szenarios, nämlich des Einschaltstroms, wenn der Kondensator vollständig entladen ist (in diesem Fall ist die Spitze tatsächlich viel höher), aber es ist erwähnenswert, dass Dioden unterschiedliche/niedrigere Nennströme haben für wiederholten Stress im Vergleich zu "nicht wiederkehrenden" Ereignissen (was ein bisschen irreführend ist, solche Ereignisse können sich nur nirgendwo in der Nähe der Netzfrequenz wiederholen; diese Appnote ist gut zu lesen für Diodenspezifikationsjargon.)

Eine weniger offensichtliche Variante dieses Einschaltstromproblems [weil es sich nicht um Dinge handelt, die als Kondensatoren verkauft werden] ist die Gate-Kapazität eines MOSFET. Machen Sie es zu groß [sagen wir, indem Sie das MOSFET-Modell ändern / erhöhen, damit es eine größere Last schalten kann] und der Gate-Einschaltstrom kann einen IO-Pin eines Mikrocontrollers beschädigen ...; Die Vermeidung eines solchen Szenarios ist einer der [vielen] Gründe, warum MOSFET-Treiberschaltungen kompliziert werden können.

Schließlich sind die genannten Probleme nicht unüberwindbar. Man kann Rückkopplungsschleifen kompensieren (eine Möglichkeit, dies zu tun, besteht tatsächlich darin, Kondensatoren hinzuzufügen / zu erhöhen, jedoch in einem anderen Teil der Schaltung). Für die (direkte) Begrenzung des Einschaltstroms gibt es zahlreiche Lösungen, wobei die naheliegendste das Hinzufügen einer Induktivität ist.

Aluminiumkondensatoren, die normalerweise billig sind und eine höhere Kapazität haben, sind ebenfalls nicht zuverlässig. Sie haben eine Lebensdauer von Tausenden von Stunden. Wenn man sie anschaut, sieht man sogar, dass sie zur Explosion bereit sind:

http://www.o-digital.com/uploads/2179/2184-1/Aluminum_Electrolytic_Capacitor_161.jpg

Sehen Sie diese Schnitte? Sie öffnen sich weit und lenken die Explosion nach oben, wodurch der Rest des Bretts gerettet wird.

Ihre Posting-Frage gibt weder an, in welchem ​​​​Teil Ihres Stromkreises sich der Kondensator befindet, noch was ihn versorgt. Nehmen Sie zum Beispiel eine fette Autobatterie, die Ihren Stromkreis mit 12 V über 1 mm ^ 2 Kupferdrähte versorgt. Angenommen, der Eingang Ihrer Schaltung hat dort einen großen, fetten Kondensator mit 100.000 Mikrofarad. Welche Länge des Versorgungskabels würde weniger als 0,05 Ohm betragen, also gehen Sie beim ersten Anschluss auf 120 Ampere?

Versuchen Sie das nicht zu Hause. Um eine Schaltung zu entwerfen, die sicher ist und eine große Eingangskapazität hat, müssen Sie einige zusätzliche Schaltungen in der Nähe des Eingangsendes einrichten, damit Sie den großen Eingangskondensator langsamer durch einen bescheidenen Widerstand auffüllen können und keinen Strom zu sich ziehen Hauptstromkreis, bis Sie den Eingang C aufgeladen und die Drähte festgeschraubt haben.

Angenommen, Sie haben am anderen Ende Ihrer Schaltung einen HF-Transformator, der in einen Ausgangsglättungskondensator gleichgerichtet wird. Nach dem sicheren Start könnten in dieses Gerät 12 Volt und 10 Ampere fließen. Nach zehn Sekunden hat das 1200 Joule erhalten, wenn es also einen Ausgangskondensator hat, könnte es genug gespeichert haben, um Sie zu töten oder ein Feuer zu entfachen. Verbrennungen werden unterschätzt; Es ist möglich, viel mehr Strom und viel mehr Spannung aus einem nicht spezifizierten Stromkreis (würde das zufällig eine Autozündspule enthalten?) und einem großen Industriekondensator herauszuholen als die mitgelieferte Originalautobatterie.