Quali sono i benefici dei condensatori polimerici?
Siamo incappati in una scoperta interessante provando due semplici alimentatori con e senza gestione dei cavi modulare. Erano praticamente identici tranne per quanto riguarda il PCB. Abbiamo usato una scheda grafica HIS IceQ R9 290X che ha prodotto un sacco di picchi, e il risultato è stato sorprendente.
Abbiamo riscontrato che i condensatori polimerici aggiuntivi usati nell'alimentatore modulare sono stati in grado di affrontare abbastanza bene i picchi sul lato input, se sono stati collocati in modo che avessero senso. Ci sono un paio di ragioni per questo. In primo luogo, i condensatori allo stato solido sono molto più veloci rispetto ai condensatori elettrolitici. Inoltre, la capacità necessaria per essere efficace può essere molto più bassa dal momento che i picchi più estremi non durano a lungo.
Questo dovrebbe avere un effetto positivo, anche se indiretto, sull'aspettativa di vita dei condensatori secondari. Questi condesantori polimerici sono usati principalmente per cose come separare la scheda principale e quella della gestione cavi in modo da evitare interazioni non volute.
In ogni caso, l'effetto collaterale molto utile che abbiamo osservato è sicuramente una gradita aggiunta, anche se non è stato attuato di proposito su tutti gli alimentatori.
In basso potete vedere un buon esempio di contenimento calcolato per ottimizzare i costi: il condesantore Samxons al centro sul lato secondario.
Tutto questo ci permette di parlare di condensatori elettrolitici, di cui molti aspetti rimangono poco chiari.
Basso ESR, bassa impedenza e ripple
Quali capacità deve avere un condensatore secondario? Si presuppone assicuri che l'alimentatore fornisca constantemente alte correnti e garantisca una compensazione delle fluttuazioni di carico. Questo per quanto riguarda la teoria. Ma non tutti i condensatori elettrolitici sono uguali. Ed è qui che le cose si fanno davvero interessanti. Concentriamo l'attenzione sulla qualità dei condensatori, sulla base delle loro specifiche e idoneità alla loro applicazione, che non sono necessariamente uguali.
In cosa dovrebbe essere particolarmente bravo il condensatore elettrolitico, tenendo conto del comportamento sregolato delle schede video? Anzitutto e, se non altro, per farlo durare più a lungo, deve avere un ESR o un'equivalente serie di resistenze, il più basso possibile. Questo è il motivo per cui i cosiddetti progetti "low-ESR" possono essere spesso trovati sul lato output degli alimentatori e nell'area VRM delle motherboard.
Ciò che ci dà una ragione per preoccuparci sono i consumi misurati con le loro fluttuazioni di carico che possono susseguirsi così rapidamente che nel mentre i condensatori non hanno tempo di ricaricarsi. Molti produttori stanno passando a condensatori speciali a bassa impedenza che si suppone forniscano una resistenza interna bassa ad alte frequenze, che i condensatori elettrolitici normali non offrono a questo livello di perfezione.
Alcuni calcoli che sollevano domande
Come sappiamo nessuna corrente diretta reale scorre attraverso i condensatori, ma invece possiamo trovare le cosiddette correnti di ripple. Queste sono essenzialmente le correnti dirette fluttuanti di cui stavamo parlando. Il picco sul data sheet del condesantore Teapo ci dice qual è il condensatore più utile per l'operazione da gestire. Per garantire che ci sia abbastanza di un'onda lasciata a uno degli alimentatori più lenti e prendendo la Radeon R9 290X come riferimento, saremmo indotti a ricercare 20A, per il quale 3330µF per canale dovrebbero essere sufficienti. Dovrebbero essere necessari 4700µF per 30A. Qualsiasi cosa in più dovrebbe essere gestita facendo funzionare i condensatori elettrolitici in parallelo.
Il Teapo SY (bassa impedenza) si è guadagnato una certa popolarità negli ultimi tempi. È una soluzione da 3330µF con una versione 16 V dotata d'impedenza di 0,02 Ohm a 100 kHz. A 20A, e includendo una scarica automatica di circa 0,25 V (equivalente a un ripple di circa 2,1 percento e risultante in una perdita di energia di circa 8 W, secondo le specifiche), sono previsti 2.88A (rms) per 5000 ore. Può andare bene visto che niente potrà mai raggiungere quei massimi.
Il modello KY-series di Nippon Chemi-Con ha le medesime specifiche, ma è certificato per una durata doppia (10.000 ore) alle massime correnti di ripple. Sembra si tratti di un condensatore elettrolitico il doppio migliore, vero? Non avete il quadro complessivo. Dato che nulla arriva anche solo vicino al carico massimo che potrà mai essere raggiunto, qualsiasi discussione di diversi rating orari trova spazio nel dominio filosofico. In pratica, qualche altro componente si rompe prima.
Persino i condensatori CapXon, che sono solitamente noti come soluzioni inadeguate, possono produrre buoni risultati fino a quando siete disposti a pagare per modelli di fascia più alta. Ad esempio: un CapXon GF (bassa impedenza) con 3330µF come una versione da 16V ha un'impedenza di appena 0.018 Ohm a 100kHz e gestisce 3.49A per 5000 ore.
Poi certo, condensatori inadeguati si possono comunque trovare. Il Jun Fu WX con 3330µF (16V) gestisce un ragionevole 0.022 Ohm, ma non tiene il passo quando si tratta di una corrente di ripple di 2,1A.
Allora, dove sono (o erano) i possibili problemi di qualità?
I condensatori elettrolitici devono avere una buona conduttività in modo che le correnti di ripple non causino alcun danno, specialmente quando i condesantori in questione hanno un basso ESR e un livello d'impedenza ridotto. Per aumentarne la conduttività è usata una gamma di solventi e altri additivi, uno dei quali è solitamente l'acqua. L'aggiunta di acqua aumenta automaticamente il numero di ioni liberi, portando una conduttività decisamente migliore degli elettroliti.
A rischio di annoiarvi parlandovi di chimica, anche dell'acqua leggermente contaminata danneggia l'alluminio. Lo corrode in una reazione esotermica, che produce una molecola d'idrossido (AlHo3) e un gas che aumenta la pressione nel case del condesatore.
Possiamo vedere i rigonfiamenti risultanti e i punti di rottura predeterminati nel case, che si suppone saltino se la pressione diventa troppo alta. Se lo fanno, sentirete un sibilo e poi un gran casino sulla scheda. Se non scoppiano vi troverete con un pasticcio ancora più grande dopo un botto.
I produttori per ora dovrebbero avere controllo sull'antagonismo dell'acqua con l'alluminio ma sfortuntamente, in passato, determinati progetti e problemi di produzione trasformarono molti condesantori elettrolitici in bombe a orologeria.
La cattiva reputazione di molti condensatori risale ai vecchi tempi e molti problemi sono di conseguenza superati oggigiorno. Il contenuto della cosiddetta "lista dei condesantori cattivi" non è accurata oggi. I produttori potrebbero ancora avere gli stessi modelli nel catalogo, ma il prodotto in realtà non è lo stesso.
Cosa cosa bisognerebbe acquistare?
Questa è una domanda a cui non è facile rispondere dato che la risposta dipende da tante cose, per giunta specifiche.
Un condensatore secondario cinese e taiwanese specificatamente scelto per tale scopo può comportarsi nello stesso modo o persino meglio di un prodotto giapponese con specifiche tecniche peggiori ma un nome di maggiore fiducia alle spalle. Questo fino a quando il produttore dell'alimentatore usa componenti di alta qualità.
In conclusione, praticamente tutti i produttori oggi vi danno ciò per cui pagate. Questo non rende la valutazione dei componenti interni di un alimentatore facile.