Об износе электролитических конденсаторов блоков питания во время майнинга

Проведение вычислений для поиска блоков при майнинге является очень энергозатратным делом. В связи с этим блок питания является одним из важнейших компонентов в аппаратуре, использующейся на фермах для майнинга.

Эксплуатация любой аппаратуры сопряжена с и постепенным износом/деградацией элементов, их которых она собрана. Блоки питания не являются в этом деле исключением. Со временем, из-за износа компонентов уменьшаются их КПД, максимальная отдаваемая мощность, появляются просадки напряжения и его пульсации. В связи с этим через год-два майнинг риги, которые ранее работали без проблем, начинают сбоить.

Неисправности в БП или чрезмерная его нагрузка проявляется в периодических перезагрузках и сбоях, появлении ошибок с определением видеокарт в ригах, увеличивает вероятность появления ошибок в памяти компьютера. В случае серьезных неисправностей может возникнуть возгорание, выход из строя БП и подключенных к нему компонентов.

Неприятные проблемы, как правило, появляются у владельцев некачественных блоков питания, а также у тех, кто нагружает их до предела от паспортной отдаваемой мощности.

Немаловажную роль при этом играют условия, в которых эксплуатируются источники питания. В первую очередь на быструю деградацию БП влияют слишком высокие токовые нагрузки, неблагоприятный температурный режим, плохая вентиляция и пылезагрязненность.

Справочная информация по типичным причинам отказов электролитических конденсаторов:

В первую очередь на ухудшение характеристик блоков питания влияет деградация электролитических конденсаторов и чрезмерный перегрев, который пагубно влияет на все электронные элементы БП.

Рассмотрим подробнее, почему со временем ухудшаются эксплуатационные качества источников питания и как продлить время их бесперебойной работы.

Влияние высокой температуры на электролитические конденсаторы

В блоках питания компьютеров в составе цепей, участвующих в преобразовании переменного тока в постоянный и сглаживании пульсаций, важную роль играют электролитические конденсаторы. Их задача в БП – это быстрое накопление и отдача электрического заряда для устранения просадок, фильтрации и подавления электромагнитных помех.

Время наработки до отказа электролитических конденсаторов пропорционален экспоненте от температурного режима их эксплуатации и в меньшей степени зависит от их токовой нагрузки, если она находиться в рабочих пределах. Срок службы электролитических конденсаторов максимален при эксплуатации до температуры в 40ºC.

!!!ВАЖНО!!!

УВЕЛИЧЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ИМПУЛЬСНОГО БЛОКА ПИТАНИЯ НА 10 ГРАДУСОВ ВЫШЕ 40ºC УМЕНЬШАЕТ СРОК ЖИЗНИ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИХ КОНДЕНСАТОРОВ ВДВОЕ!!!

В норме для конденсаторов среднее время рабочего цикла рассчитывается на температуру 25 градусов по Цельсию. Со временем они неизбежно выходят из строя, либо значительно ухудшаются их основные параметры (емкость, ток утечки и величина потерь). Это приводит к выходу из строя БП и может потянуть за собой в небытие и другое оборудование, подключенное к БП.

При эксплуатации конденсаторов в цепях переменного тока большой амплитуды (на входе импульсных БП) внутри них возникает значительно больший нагрев, чем при работе в цепях постоянного тока. Этот нагрев связан с дополнительными потерями высокочастотной энергии, выделяющейся в виде тепла внутри корпуса конденсаторов.

В импульсных БП, использующихся в компьютерах, некоторые конденсаторы нагружены пульсирующими токами удвоенной сетевой частоты (100-120 Гц), их гармониками, а также высокочастотными токами импульсного преобразования (до сотен килогерц). Эти токи неизбежно рассеиваются и внутри конденсатора, вызывают его нагрев, а иногда и перегрев, что значительно уменьшает срок службы.

Поэтому к конденсаторам, работающим на входе импульсных БП предъявляются особые требования по их надежности и качественные их экземпляры стоят довольно дорого даже на АлиЭкспресс.

Пара электролитических конденсаторов для входной цепи импульсного БП на Aliexpress стоит порядка 8 долларов:

Величина рассеиваемой паразитной мощности прямо связана с ESR.

Влияние ESR электролитических конденсаторов на качество работы блоков питания

Электролитические конденсаторы имеют важную конструкционную особенность, которая обуславливает их слабость – это очень тонкий слой токопроводящего электролита между его электродами:

Важным параметром конденсаторов, прямо влияющим на их качество, является эквивалентное последовательное сопротивление — ЭПС, или в международной терминологии – ESR (Equivalent Series Resistance).

ESR является паразитным и нежелательным параметром для конденсаторов. Он характеризует сопротивление конденсатора постоянному и пульсирующему току. Чем оно меньше, тем лучше качество у конденсатора.

Эквивалентное последовательное сопротивление включает в себя сумму сопротивлений электролита, диэлектрика, выводов и обкладок, а также контактное сопротивление между обкладками и выводами. Наибольшее влияние на ESR оказывает именно электролит.

Если используются дешевые конденсаторы, в особенности некачественно изготовленные, с нарушениями герметизации, в них очень быстро высыхает электролит. Вследствие этого увеличивается эффективное расстояние между электродами (катод и анод), резко падает емкость конденсатора и увеличивается ESR, что приводит к утрате способности накапливать энергию и сглаживать пульсации, увеличивает паразитные потери тока.

Более дорогие твердотельные конденсаторы с вязким электролитом имеют низкий ESR и в процессе эксплуатации очень долго утрачивают свою емкость. Они стоят дороже, но и служат значительно дольше, хотя, как и любые электронные компоненты, также имеют свой проектный ресурс и со временем все-таки выходят из строя.

При профилактических работах блоков питания желательно, а при их ремонте — обязательно нужно проверять ESR всех без исключения электролитических конденсаторов.

Измерение ESR электролитического конденсатора:

В норме ESRконденсаторов с электролитическим диэлектриком должно быть таким:

Мкф/вольты	10V	16V	25V	35V	63V	160V	250V
1				14	16	18	20
2.2			6	8	10	10	10
4.7			15	7,5	4,2	2,3	5
10		6	4	3,5	2,4	3	5
22	5,4	3,6	2,1	1,5	1,5	1,5	3
47	2,2	1,6	1,2	0,5	0,5	0,7	0,8
100	1,2	0,7	0,32	0,32	0,3	0,15	0,8
220	0,6	0,33	0,23	0,17	0,16	0,09	0,5
470	0,24	0,2	0,15	0,1	0,1	0,1	0,3
1000	0,12	0,1	0,08	0,07	0,05	0,06
4700	0,23	0,2	0,12	0,06	0,06

Для конденсаторов, емкость которых до 10 мкФ, максимально допустимая величина ESR равна 4 — 5 Ом.

Влияние на конденсаторы блоков питания эксплуатации в условиях низких температур

При эксплуатации электролитических конденсаторов в условиях низких температур (на морозе) нужно учитывать зависимость их емкости от температуры:

При очень низких температурах значительно возрастает вязкость электролита, что значительно уменьшает их емкость. Это мало касается твердотельных конденсаторов, но ощутимо влияет на емкость мощных высоковольтных конденсаторов с вязким электролитом на входе БП. Уменьшение их емкости приводит к ухудшению фильтрации, КПД, увеличению пульсаций БП и уменьшает его мощность. При прогреве БП он все же перейдет в нормальный температурный режим и выйдет на заявленные в паспорте показатели, но это может потребовать некоторого времени, которого может оказаться достаточным, чтобы ферма перестала работать из-за некачественного питающего напряжения.

Кроме высокой температуры, для электролитов важно не превышать допустимую величину рабочего напряжения. В качественных блоках питания используются высокотемпературные конденсаторы с достаточным запасом по величине рабочего напряжения. При перегреве БП или механическом повреждении конденсаторов величина допустимого рабочего напряжения может снижаться. Это может привести к пробою конденсатора и вытекающим из этого последствиям. При установке 16-вольтовых конденсаторов по линии 12 вольт при нормальных условиях все в БП должно быть в норме. При неблагоприятных условиях (сильная нагрузка на блок и длительная эксплуатация при высокой температуре) характеристики электролитов могут ухудшиться и его рабочий вольтаж опуститься ниже 12 вольт. Из-за этого он может пробиться и взорваться.

Что нужно делать, чтобы не допустить выхода из строя конденсаторов импульсных блоков питания при майнинге?

Советы по безопасной эксплуатации блоков питания в майнинг ригах

Для увеличения продолжительности бесперебойной работы блоков питания и сведения к минимуму неисправностей, связанных с ними, необходимо:

• для уменьшения вредного импульсного помехового воздействия на БП не стоит их включать в те же розетки, куда включаются мощные потребители, такие, как холодильники, пылесосы, кондиционеры, сварочные аппараты и т.д.;
• не допускать перегрева блоков питания, для чего не нагружать их на более 80% при работе в режиме 24/7 для качественных БП (Platinum и выше) и 50% — для дешевых БП. При расчете мощности БП нужно учитывать потребляемый ригом ток не только при даунвольтинге, но и без него (при максимальном потреблении). Настройки downvoling со временем могут слететь. При работе с повышенной нагрузкой даже самый качественный БП с титановым сертификатом значительно сократит свой срок эксплуатации, либо вообще сгорит. Дешевый блок питания при этом горит с гарантией и попутно причиняет массу других неприятностей;
• на электролитические конденсаторы в блоках питания и других устройствах крайне негативно влияют высокая влажность, солевые растворы, химически активные вещества (газы) и излучения, механические вибрации и удары. В связи с этим необходимо максимально ограничивать такие воздействия на БП, не ставить их под прямые солнечные лучи, обеспечивать защиту от влаги;
• при включении компьютера желательно давать некоторое время на заряд конденсаторов, прогрев компонентов и выход в рабочий режим до включения майнинга. Это особенно актуально для БП, работающих на морозе;
• для предотвращения выхода из строя мощных входных электролитических конденсаторов нужно делать небольшой временной интервал перед повторным включением БП в работу (не включать БП сразу же после его выключения). Электронные элементы очень боятся переходных процессов во время включения/выключения, поэтому не стоит их делать очень часто;
• периодически осуществлять проверку выходных напряжений на БП, делать профилактическую чистку БП от пыли. При этом нужно осматривать конденсаторы на предмет выявления вздутых и имеющих почернения, особое внимание обращать на те конденсаторы, которые находятся возле греющихся электронных компонентов (транзисторов и диодов на радиаторах). После нескольких лет эксплуатации БП в майнинг риге лучше производить замену всех электролитических конденсаторов или хотя бы тех, которые показывают высокий ESR;

Нормы величин напряжений на импульсном БП компьютера:

• регулярно проверять контакты, разъемы и провода БП с целью выявления потемнений из-за плохих контактов и повышенной температуры. Для майнинг ригов лучше подпаивать провода, запитывающие видеокарты, непосредственно к контактным площадкам БП, избегать использования переходников, скруток;
• при замене электролитических конденсаторов обязательно соблюдать полярность (в противном случае конденсатор взорвется).