Ciao a tutti. Oggi voglio condividere con voi un’esperienza recente che mi ha portato a riprendere in mano un progetto realizzato ben 10 anni fa, quando ero ancora un semplice hobbista. Di recente sono stato contattato da un grossista di materiale elettronico che aveva la necessità di rigenerare un lotto piuttosto consistente di condensatori elettrolitici Nichicon rimasti a magazzino.

Questi condensatori dovevano essere rigenerati prima di poter essere venduti, e il lotto contava ben 500 pezzi. Si trattava di condensatori di grandi dimensioni, da 3900uF 500 volt, quindi il mio vecchio rigeneratore aveva bisogno di qualche modifica per poterli gestire correttamente. Mi ha fatto anche piacere ripescare questo vecchio progetto dal mio archivio e rimettere mano all’articolo che avevo pubblicato sul sito tanti anni fa.

Ricordo ancora l’emozione che provai nel vedere il mio rigeneratore funzionare bene quando lo realizzai per la prima volta. Stavolta però la sfida era diversa, perché dovevo affrontare un numero elevato di condensatori grossi e con caratteristiche impegnative. Per questo ho deciso di migliorare e ottimizzare il dispositivo, rendendo il sistema più preciso ed efficiente e aggiungendo qualche controllo in più durante il processo di rigenerazione.

Cosa significa rigenerare un condensatore?

La rigenerazione dei condensatori elettrolitici è una pratica che serve a riportare in condizioni di normale funzionamento condensatori rimasti inattivi per molto tempo. Quando un condensatore nuovo, o comunque ancora buono, resta fermo per anni, può perdere le sue caratteristiche operative a causa del degrado dello strato dielettrico. Prima di rimetterlo in servizio conviene quindi “risvegliarlo” con un processo di rigenerazione, o reforming, applicando gradualmente una tensione e limitando la corrente di carica. In questo modo lo strato di ossido interno si riforma correttamente, ed è proprio da qui che deriva il termine “reforming”.

Il reforming consiste quindi nell’applicare al condensatore una tensione controllata, con corrente limitata, per un tempo non prestabilito, fino a quando il componente arriva alla sua tensione nominale con una corrente di perdita molto bassa, idealmente prossima a zero. È importante che la corrente venga limitata, perché una carica troppo aggressiva potrebbe provocare scariche interne o addirittura danneggiare il condensatore.

Attraverso il reforming si cerca di recuperare il comportamento corretto del condensatore, riportandolo il più possibile verso i suoi valori normali di lavoro. Va però ricordato che questa procedura è utile solo nei casi in cui il componente abbia semplicemente perso efficienza a causa della lunga inattività. Se invece il condensatore è ormai compromesso, o è arrivato a fine vita, il reforming non può fare miracoli e il componente va sostituito.

Il rigeneratore

La rigenerazione dei condensatori elettrolitici può essere fatta in vari modi, per esempio usando un variac oppure una resistenza in serie per caricare lentamente il condensatore. Sono metodi semplici, ma hanno anche dei limiti. I tempi possono diventare molto variabili, il controllo della corrente non è sempre adeguato e, se non si presta attenzione, si rischia anche di stressare inutilmente il componente.

Per superare questi limiti ho preferito usare un circuito dotato di una sua logica di funzionamento. Questo circuito applica al condensatore treni di impulsi rapidi ma non distruttivi, controllando in continuazione la corrente assorbita. Ogni volta che la corrente supera un certo valore impostato, per esempio 10mA, il circuito introduce una pausa tra un treno di impulsi e il successivo, dando al condensatore il tempo necessario per riformare i suoi elementi interni.

Il processo prosegue fino a quando il condensatore raggiunge la tensione nominale desiderata con assorbimento prossimo a zero. A quel punto il condensatore viene scaricato attraverso una coppia di lampadine. Prima della modifica di giugno 2023 si usava semplicemente una resistenza per la scarica, ma con condensatori di grandi dimensioni come quelli che devo rigenerare ora il problema dello smaltimento del calore diventava fastidioso. Per questo ho adottato una soluzione semplice ma efficace, cioè due lampadine da 3 candele 230 volt, del tipo usato nei frigoriferi, collegate in serie.

Questo sistema consente di ridurre i tempi di rigenerazione e si adatta abbastanza bene al comportamento del singolo condensatore. In pratica è il condensatore stesso, con il suo assorbimento, a dettare il ritmo del processo. Dalle prove che avevo fatto già prima del 2013, la rigenerazione con treni di impulsi si era dimostrata efficace quanto il metodo a corrente costante, ma sensibilmente più rapida. Per questo ho continuato a seguire questa strada.

Uno strumento indispensabile per chi ripara radio e amplificatori valvolari d’epoca

Questo strumento si rivela molto utile per chi si occupa di riparazione e restauro di radio e amplificatori valvolari d’epoca. Quando si cerca di riportare in funzione un apparecchio rimasto fermo per decenni, spesso è necessario rigenerare i vecchi condensatori elettrolitici, almeno quando sono ancora recuperabili. Grazie a questo apparecchio mi è capitato di rimettere in funzione condensatori anche degli anni ’40, permettendo così un corretto riavvio di apparecchi storici. Nel caso degli amplificatori audio, conservare i vecchi elettrolitici, quando possibile, può anche aiutare a mantenere il carattere sonoro originale dell’apparecchio, evitando sostituzioni inutilmente invasive.

La costruzione

Mi sono quindi dedicato a fare alcuni esperimenti su breadboard usando un microcontrollore Picaxe 18M2 come unità di elaborazione del circuito.

Ho sviluppato uno stadio analogico usando come elemento centrale un trasformatore flyback. Per realizzarlo ho usato un piccolo trasformatore d’uscita recuperato da una radiolina a valvole demolita, collegandolo al contrario. Il FET di potenza viene pilotato sul secondario, mentre l’alta tensione viene prelevata dal primario. Il microcontrollore Picaxe 18M2 si occupa di generare treni di impulsi PWM per controllare il FET e di misurare sia la tensione ai capi del condensatore durante la carica sia la corrente assorbita.

In pratica il flyback riesce a generare oltre 700 volt CC a vuoto, con una corrente di corto circuito di 30mA. Naturalmente l’MCU limita la tensione massima raggiunta dal condensatore durante la carica e, soprattutto, limita la corrente media assorbita a 10mA. L’ampiezza e la corrente degli impulsi restano costanti, mentre cambia la durata dei treni di impulsi e della pausa tra un treno e l’altro. Questo metodo, che sulla carta può sembrare un po’ aggressivo, nella pratica funziona molto bene. Sono riuscito a rigenerare diversi condensatori presi a caso dalla scatola dei “cadaveri”, compreso un paio che non erano ripartiti con il vecchio rigeneratore a corrente costante, e in tempi abbastanza brevi.

Vediamo un po’ la costruzione dell’apparecchio. Ho preso un trasformatore a caso dal mucchio della roba di recupero…

Durante il funzionamento il trasformatore che avevo usato faceva rumore. Per risolvere il problema ho deciso di immergerlo nella cera, in modo da silenziarlo il più possibile. Del resto il povero trasformatore non era nato per gestire 15 watt di onde quadre modulate, con correnti che arrivavano quasi a 1A sul secondario. È stato un rimedio semplice, ma ha funzionato bene.

Sono rimasto sorpreso da quanto fosse efficace l’immersione nella cera nel ridurre il rumore emesso dal circuito. Il risultato è stato così buono che il rumore è praticamente sparito. Qui sotto si vede una foto del circuito assemblato su una breadboard da 1000 fori, prima di essere montato nel contenitore definitivo. Come si vede, i LED sono collegati in modo provvisorio solo per fare le prove.

Ecco lo schema, clicca per ingrandire:

Clicca qui per scaricare lo schema in formato PDF: rigeneratore.pdf

Riporto qui sotto il sorgente del firmware in basic. Sì, è vero, il Basic non mi piace particolarmente e oggi preferisco Arduino e il linguaggio C.

; Sorgente del rigeneratore di condensatori, versione 1.1v, www.sb-lab.eu, questo programma e' sottoposto a licenza GPL v.2

#no_data
#picaxe 18m2

setfreq m16 ; frequenza della CPU a 16mhz

symbol pwmdri = B.3
symbol caricaled = C.3
symbol volt_pin = B.2
symbol tensione = b0
symbol preset = b1
symbol speed = b2
symbol corrente = b3
symbol ritardo = b4
symbol volano = b5
symbol noblinc = b6
symbol nvolte = b7
symbol pin150 = pinB.4
symbol pin200 = pinB.5
symbol pin250 = pinB.6
symbol pin300 = pinB.7
symbol pin350 = pinC.6
symbol pin400 = pinC.7
symbol pin450 = pinC.0
symbol pin500 = pinC.1
symbol rl = C.2
symbol pulsante = pinC.5
symbol amp_pin = B.1
symbol low_led = B.0

; routines per la taratura della parte analogica (pin500 e pin450 collegati al +5v)
if pin500 = 1 and pin450 = 1 then
	goto tara
endif

; stato di riposo, attende che venga premuto il tasto start/stop
main:
setint off ; disattiva l'interrupt
gosub scarica
gosub hv_off
low caricaled
let nvolte = 0
wait 3
do
if pulsante = 1 then
	exit
endif
loop

; Legge quale tensione e' stata selezionata, va alla subroutines di preset, poi avvia il loop rigenera
seleziona:
wait 3

setint %00100000,%00100000 ; setta l'interrupt che permette di fare lo stop immediato del processo di rigenerazione in qualsiasi momento venga premuto il tasto start/stop

do
if pin150 = 1 then
	gosub v150
elseif pin200 = 1 then
	gosub v200
elseif pin250 = 1 then
	gosub v250
elseif pin300 = 1 then
	gosub v300
elseif pin350 = 1 then
	gosub v350
elseif pin400 = 1 then
	gosub v400
elseif pin450 = 1 then
	gosub v450
elseif pin500 = 1 then
	gosub v500
else
	gosub v100
endif
gosub rigenera
loop

; inizia il loop di rigenerazione del condensatore
rigenera:
let noblinc = 0 ; serve a evitare il blinc del led giallo (basso assorbimento) nei primi istanti di carica
let volano = 150 ; serve a dare una prima botta di carica che dura tot millisecondi (tanti quanti il valore specificato)
		 ; prima del primo campionamento degli adc, per evitare che il processo si fermi con un'errore di condensatore non connesso

do
let corrente = 0 ; azzera i registri corrente e tensione
let tensione = 0
low low_led ; spegne l'indicazione di basso assorbimento
high caricaled ; accende il led che indica l'inizio della carica del condensatore da rigenerare
gosub hv_on ; attiva l'alta tensione
pause volano ; fa una pausa, con l'alta tensione attiva, prima di campionare tensione e corrente, il valore viene cambiato con quello del preset alla fine del primo loop

readadc amp_pin, corrente ; campiona i valori analogici di corrente e tensione con l'adc a 8 bit
readadc volt_pin,tensione

if corrente > 100 then ; se la corrente supera il valore impostato spegne il generatore di alta tensione
	gosub hv_off
	pause 5
elseif corrente < 50 then ; se la corrente e' al di sotto del valore impostato entra nello stato di errore condensatore non connesso
	gosub hv_off
	low caricaled
	gosub scarica
	do
		high low_led
		wait 1
		low low_led
		wait 1
	loop
elseif corrente < 95 and noblinc > 5 then ; se la corrente e' al di sotto del valore impostato accende il led giallo che segnala il basso assorbimento, ma solo dopo 5 cicli del loop
	high low_led
elseif tensione > preset and corrente > 50 then ; se il valore di tensione misurato e' superiore al preset e la corrente assorbita non e' al di sotto del valore specificato termina il ciclo con la scarica del condensatore
	gosub hv_off
	wait 5
	low caricaled
	gosub scarica
	return
endif

let noblinc = noblinc +1 ; incrementa il registro antiblincamento
let volano = ritardo ; al termine del primo loop imposta il valore del registro volano dal valore lungo necessario al primo campionamento a quello corto impostato nel preset
loop

; preset per le varie tensioni

v100:
let preset = 66
let speed = 2
let ritardo = 5
return

v150:
let preset = 100
let speed = 0
let ritardo = 2
return

v200:
let preset = 135
let speed = 0
let ritardo = 2
return

v250:
let preset = 165
let speed = 0
let ritardo = 2
return

v300:
let preset = 195
let speed = 0
let ritardo = 2
return

v350:
let preset = 218
let speed = 1
let ritardo = 5
return

v400:
let preset = 237
let speed = 1
let ritardo = 5
return

v450:
let preset = 246
let speed = 1
let ritardo = 5
return

v500:
let preset = 254
let speed = 1
let ritardo = 5
return

; routines di scarica del condensatore
scarica:
low low_led
; attivo il rele' che scarica il condensatore sulla lampadina
high rl
; controllo la tensione fino a che si approssima a zero quindi disattivo il rele'
do
  wait 2
  readadc volt_pin,tensione
loop while tensione != 0
low rl
if nvolte = 1 then ; se sono stati fatti 2 cicli di scarica si ferma e da segnale di completo
	do
	high caricaled
	pause 250
	low caricaled
	pause 250
	loop
endif
let nvolte = nvolte + 1
return

; routines di taratura del trimmer di misura della tensione
tara:
setint %00100000,%00100000
do
gosub v500
gosub hv_on
pause 100
readadc volt_pin,tensione

if tensione > preset then
	gosub hv_off
	pause 5
endif
loop

; attiva il segnale pwm per la generazione dell'alta tensione con frequenze e dutycicle diversi in base al valore impostato nel preset.
hv_on:
if speed = 0 then
	pwmout pwmdri,66,187 ; 15khz 70%
elseif speed = 1 then
	pwmout pwmdiv4, pwmdri, 249, 800 ; 1khz 80%
elseif speed = 2 then
	pwmout pwmdiv16, B.3, 124, 250 ; 500hz 50%
endif
return

; routines di spegnimento dell'alta tensione
hv_off:
pwmout pwmdri,off
return

; routines dell'interrupt per lo stop rapido del ciclo di carica (resetta il chip).
interrupt:
reset 

NOTA IMPORTANTE sul trasformatore: è fondamentale considerare che non tutti i trasformatori sono adatti a questo circuito. Per verificare il trasformatore e calibrare il trimmer che limita la tensione a 500 volt, ho inserito nel microcontrollore una procedura specifica che funziona così: prima di accendere il circuito bisogna scollegare il commutatore rotativo che seleziona le varie tensioni e collegare a +5V i due pin corrispondenti ai passi 450V e 500V del commutatore. A quel punto si alimenta il circuito. Durante l’avvio, se il microcontrollore trova questi due pin alti, attiva il generatore di alta tensione alla massima potenza, senza limitazione di corrente.

All’uscita del trasformatore, al posto del condensatore, va collegata una resistenza di carico ESATTAMENTE da 50k, capace di dissipare almeno 5 watt per una decina di secondi senza surriscaldarsi. In questa configurazione si regola il trimmer fino a misurare con un tester una tensione di 500 volt ai capi della resistenza. Se la tensione risulta molto più bassa e non si riesce ad aumentarla, conviene provare a invertire i capi del secondario o del primario del trasformatore. Siccome la forma d’onda quadra è asimmetrica, la rettificazione di una semionda rispetto all’altra può produrre differenze notevoli. Se anche così non si riesce a ottenere la tensione voluta, significa semplicemente che quel trasformatore non è adatto a questo circuito.

Nel programma del microcontrollore ho inserito vari preset corrispondenti alle diverse tensioni da generare, e ogni preset ha una frequenza di pilotaggio specifica. Questa scelta nasce da alcune considerazioni fatte durante lo sviluppo del circuito.

Il trasformatore di riferimento che avevo utilizzato mostrava una maggiore efficienza nel trasferimento di potenza, quindi tensione e corrente, a frequenze più basse, intorno a 1kHz. Però a quella frequenza il trasformatore faceva più rumore e il FET di potenza si scaldava di più. Al contrario, a frequenze più alte, per esempio 15kHz, la vibrazione meccanica del trasformatore diminuiva e il FET dissipava meno, ma la tensione erogata non riusciva a superare i 320 volt.

Per aggirare questo limite ho quindi implementato diversi preset nel microcontrollore. Ogni preset imposta i parametri in base alla tensione desiderata. Per tensioni comprese tra 150 e 300 volt il circuito lavora a 15kHz con duty cycle del 70%. Per tensioni tra 350 e 500 volt lavora a 1kHz con duty cycle dell’80%. Per il preset da 100 volt, invece, il circuito lavora a 500Hz con duty cycle del 50%.

Va fatto un appunto sul preset dei 100 volt. Siccome il microcontrollore lavora in modo sequenziale, inviando un certo numero di impulsi al condensatore prima di misurare tensione e corrente, con condensatori di capacità piccola succedeva che non facesse in tempo a fermare l’alta tensione. Di conseguenza, al momento del campionamento, la tensione risultava quasi sempre oltre i 160 volt. Per risolvere il problema ho inserito un preset che erogasse meno potenza a ogni singolo impulso, in modo che, con passi di carica più piccoli, il microcontrollore avesse il tempo di intervenire prima di superare i 100 volt.

Anche se la prima taratura viene fatta su una resistenza, in seguito si possono comunque fare ulteriori regolazioni al trimmer. Si possono fare piccoli ritocchi usando condensatori di prova in buone condizioni e che non abbiano bisogno di rigenerazione. Va però tenuto presente che con 500 volt in uscita dal circuito ad alta tensione si devono ottenere 5 volt in uscita dal trimmer, non di più, perché l’ADC non può leggere tensioni superiori e perché entrerebbe in azione lo zener di protezione da 5,6 volt che protegge il chip.

Inoltre si può intervenire sul valore del registro “preset” per modificare la tensione alla quale il microcontrollore avvia la sequenza di scarica. Ho impostato tutte le tensioni in modo da superare di 5 o 10 volt il valore massimo desiderato, così da garantire una rigenerazione più completa del condensatore.

Può anche essere necessario modificare le frequenze e i duty cycle impostati nella routine “hv_on:” se si cambia trasformatore. In quel caso bisogna fare qualche prova per trovare i valori ottimali. L’importante è assicurarsi che il circuito riesca a fornire la tensione voluta con una corrente di 10mA, aumentando gradualmente il valore delle resistenze di prova.

Se il microcontrollore dovesse fermarsi subito dopo il primo impulso di carica, cosa segnalata dal lampeggio del LED che indica la mancata connessione del condensatore, si può intervenire sul registro “ritardo” nei preset. Questo registro stabilisce il tempo di attesa tra l’accensione dell’HV e il campionamento di tensione e corrente di carica. Se il ritardo è troppo breve rispetto alla risposta in frequenza del generatore di alta tensione e dei filtri passa-basso presenti all’uscita dei partitori, il campionamento può avvenire prima che si formi una tensione misurabile sul partitore di corrente, costituito da una resistenza da 220 ohm collegata tra massa e il terminale negativo del condensatore. In quel caso il programma può credere che non ci sia alcun condensatore collegato e saltare alla routine di errore.

Qualche trucco

Durante gli anni in cui ho usato questo rigeneratore ho imparato qualche piccolo trucco che potrebbe tornarvi utile. Se state rigenerando un vecchio condensatore, per esempio uno montato in un amplificatore vintage o in una radio d’epoca, e notate che la tensione smette di salire e si ferma a un certo valore, magari con un leggero riscaldamento del condensatore dopo qualche minuto, vi consiglio di interrompere il processo premendo il pulsante start/stop. Lasciate passare alcune ore e riprovate. Spesso al ciclo successivo la rigenerazione si completa senza problemi. Se invece si blocca sempre alla stessa tensione, allora quel condensatore è da considerare non più utilizzabile.

Al termine del processo di rigenerazione è sempre consigliabile misurare la capacità e l’ESR del condensatore per verificare se i parametri sono accettabili. Per avere maggiore tranquillità consiglio anche un ulteriore ciclo di rigenerazione dopo 24 ore. Se il condensatore è davvero in buone condizioni, a quel punto si caricherà rapidamente e senza sforzo, quasi come un componente nuovo. Se invece la carica torna a essere lenta, cosa che ho visto raramente ma che può succedere, il condensatore non è affidabile e conviene scartarlo. Naturalmente, se presenta perdite di liquido, attuali o passate, va buttato senza pensarci troppo.

Modifica effettuata nel 2023 per gestire condensatori molto grossi

Per risolvere il problema dello spazio all’interno della scatola metallica ho scelto una soluzione veloce e molto pratica. Ho praticato due fori sulla parte superiore del contenitore e ci ho fissato sopra due vecchi portalampada di recupero. Le lampadine usate hanno una potenza nominale di circa 3 candele, pari più o meno a 3 watt. La soluzione è un po’ buffa, quasi da cartone animato, ma mi ha permesso di ottenere un apparecchio utilizzabile senza dover rifare tutto da capo.

Nel video qui sotto si può vedere il rigeneratore mentre arriva alla fase finale del ciclo di rigenerazione di un condensatore di grandi dimensioni da 3900uF 500 volt. Una volta completata la rigenerazione, il condensatore viene scaricato sulle lampadine, che infatti si accendono. Non fate caso al voltmetro che ogni tanto si azzera, prima o poi dovrò sostituirlo…

Il rigeneratore, nella versione firmware 1.1, esegue due cicli di rigenerazione completi prima di fermarsi, segnalando la fine del processo con un lampeggio rapido del LED rosso. È fondamentale prestare attenzione durante il funzionamento, perché ai capi del condensatore e sugli stessi terminali del rigeneratore sono presenti tensioni continue potenzialmente pericolose.

Nel caso di condensatori ad alta capacità, come quello mostrato nel video, ma anche con condensatori più piccoli, può essere presente una quantità di energia accumulata notevole, tale da risultare letale per persone e animali o da provocare esplosioni in caso di cortocircuiti accidentali. Inoltre la corrente continua è molto più pericolosa di quella alternata.

Per questo è fondamentale dotare l’apparecchio di un voltmetro, così da monitorare in ogni momento la tensione ai capi del condensatore, e fissare il condensatore in modo sicuro, evitando qualunque movimento, rotolamento o caduta accidentale.

Prima di toccare il condensatore durante la rigenerazione bisogna sempre assicurarsi che il rigeneratore non sia in fase di carica e che la scarica sia terminata, verificando che la tensione sia prossima allo zero o effettivamente nulla. In caso di dubbi sullo stato di carica del condensatore è consigliabile controllare anche con un tester esterno e scaricare eventuali cariche residue con uno scaricatore di condensatori come descritto nell’articolo relativo. È importante sottolineare che, se si decide di costruire questo dispositivo, ci si assume ogni responsabilità. Si consiglia quindi di leggere attentamente l’articolo sull’esenzione di responsabilità prima di procedere.