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コンデンサ容量低下の検出方法
- AC100Vから三端子レギュレータを使用して、DC電源を製作する際、平滑用のアルミ電解コンデンサの容量が低下した場合、その検出方法について考えます。
- 装置に実装したままで、コンデンサの容量低下を確認する方法として、リップル電流の確認や回路的に平滑回路を切り離す方法がありますが、装置稼働中にコンデンサを切り離すのは難しいです。
- 装置稼動状態で、コンデンサの容量を確認する方法はありませんが、コンデンサを単体で強制的に放電させて、その時間で容量を推測する方法が考えられます。
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参考になるかどうかは分かりません。 コンデンサーの寿命については、他の方がおっしゃっていたとおり、環境（特に温度）の影響が大きく関わってきます。 それとは別に、充放電する電流と時間も大きく関係します。その対策は他に譲るとして、私の経験では、電界コンデンサーでピーク電流を数Ａから数百Ａ級の電流を流す回路に長年使用したものは、恐らく内部の温度上昇でコンデンサーの本体自身が膨らみ、形状が変化していました。・・・よく頭の上が膨らむのを見かけます。また、当然ですが極性を逆に使うとコンデンサーは破裂しますが、上部またはリード線が出ている下部から破れているものも良く見かけます。 そのことから大きな形状のコンデンサーについては形状による変化を検知しているところもあります。また、大きなコンデンサーしか見たことがないのですが、安全弁付コンデンサーも市販されています。・・・小型のコンデンサーでは、他の方の意見（回答３、４の方）と同じです。 ちなみに、リップルを見つける為に別なＣを用意するのは、同じ電界コンデンサーではないでしょうね？
故障予知機能を付加するよりは、コンデンサの定期的な交換のほうが現実的だと考えます。アルミ電解コンデンサの故障は磨耗型の故障モードで、限られた寿命があります。これを事前に把握しておくためには、以下の資料が参考になります。
お礼
ありがとうございました。 いろいろと調べてみましたが、やはり、有寿命品なので、どのような文献も定期的なメンテナンス（交換）を基本としてるようです。ありがとうございました。
直接質問の回答にはなっていませんが 一般的なパワープライの設計寿命は３年程度です、長寿命設計品で５年 この寿命の根拠はやはり電解コンデンサの寿命と言われております また、一般的な電源装置のコンデンサ劣化判断は自動検出しません >その異常検出をもとに誤動作するまえにコンデンサを交換するなどの処置をすることを目的としています。 一般的にはユーザー側でコンデンサを交換するのは３０ｋｗ以上の大型インバータくらいです １ｋｗ以下でユーザー側でコンデンサ交換など普通は考慮しません 何故ならユーザー側でワンタッチで交換できる構造にするならともかく 装置を分解して半田ごてを握って、、、＜そんな事しません、ユニット一式交換です よく言われますが修理するより買った方が安いと言う現実 ３０ｋｗくらいに成るとさすがに新規購入するより修理のほうが安くなりますが ただそれでもせいぜい１０年 １０年を超えるようですと故障部位が電源コンデンサ１個とはなりません アチコチで寿命の来るのが ＜先週コンデンサを交換したけれど今度は他が壊れた．．．．
お礼
ありがとうございます。 その通りだと思います、装置を分解して、半田ごて片手に…では、コスト的にはメリットはなにもありません。 ユニット化するにも、コストがかかりますし。 貴重なご意見ありがとうございました。
>>異常検出をもとに誤動作するまえにコンデンサを交換するなどの処置をすることを目的としています との事、経年劣化、ＡＣ電源の低下など三端子レギュレータの出力電圧が変動する事を未然に防ぎたい、と言う事ですね。 通常三端子レギュレータは出力電圧より２Ｖくらい高い電源電圧を必要とします、仮に５Ｖの三端子レギュレータを使用するのであれば、平滑コンデンサーの出力電圧は７Ｖ以上必要になります。 装置稼動状態で三端子レギュレータの入力電圧をコンパレーターで監視して８～１０Ｖを下回ったら警報出力，これなら平滑コンデンサーの容量低下によるリップルも検出できますね。 ところが、これら回路には、落とし穴（バグ）が存在します、電源投入時に警報出力してしまいます、そこで警報出力回路にはタイマーが必要になります、電源投入後３～５秒程度は警報出力回路を止めておかなくてはなりません。 通常、平滑コンデンサーの容量低下は温度に依存する部分がほとんどですのので、回路周囲の温度が上がらないように設計すれば、平滑コンデンサーの容量低下は無視できるのでは？？？ コンデンサーメーカーに温度対容量低下のデーターが出ています、そちらを参考になさっては？？ アバウトに初期性能の維持が目的で、５年で半減するなら、平滑コンデンサーの容量を倍にしてみては・・・・
お礼
ありがとうございます。ご指摘の通り未然防止策の検討です。 レギュレーターの入力電圧の監視が、リップル増加の監視にもつながりますすね。コンデンサに集中し過ぎてました。 当然、レギュレーターの入出力電位差を考慮して、入力電圧を決めてますから、その電圧の監視は＝となりますね。 電源投入時は、ご指摘の通りのことが考えられます。 コンデンサ容量によっては立ち上がりに時間が要するからですね。 温度による容量変化は、データシートを含め再考してみます。 貴重なご意見ありがとうございました。
リップル電圧を測定すればいいです。 容量が減ると、リップルは増えます。 ただし、測定には同じ負荷電流で行う 必要があります。 平滑コンデンサからリップル分のみ取り出して（直列にコンデンサを入れる） それを整流してコンパレータに入れるといいような気がします。（実際に やったこと無し） ただ負荷が重くなってもリップル電圧は増えますので その辺りの場合分けが必要ですね。（コンパレータである電圧より上回ったら 即不良とするのはマズイ。）もちろん温度も考慮しないといけませんね。
お礼
ありがとうございます。リップル電圧測定ですね。 装置内部で常時測定するとなると、リップル電圧を計測するような方法を考えなければいけないということですね。 コンパレータなどでしきい値を下回った場合、検出するなどの方法だと難しいのでしょうか？ あと、温度での容量低下などとの識別は難しいですよね。 リップル電圧に関しては少し調べてみます。 ありがとうございました。 またまた早速のご回答ありがとうございます。 そうですね。リップル分のみ取り出して整流してコンパレータ入力というのはいいかもしれません。温度の考慮は必要ですね。 意図としては、コンデンサが劣化（容量低下）したときに、装置の異常として、外部に知らせることを目的としています。 その異常検出をもとに誤動作するまえにコンデンサを交換するなどの処置をすることを目的としています。 リップル電圧の検出は実験でもしてみようと考えてます。 ありがとうございました。
お礼
基本的には、電子回路内部で使用する小型のコンデンサです。 リップルを見るける為のＣを電解コンデンサでは同じですね。違うのを想定しています。 試験中に、過電圧を加えてしまい、コンデンサを破裂させたことは何度かあります。想定外で驚きましたが…。 回答、ありがとうございました。やはり、定期交換の方向で考えています。