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 Banggood.

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 ESR конденсаторов с электролитическим диэлектриком должно быть таким:

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).