Słyszałem, że sugeruje to, iż kondensatory „litego tantalu” są niebezpieczne i mogą spowodować pożar, mogą spowodować zwarcie i być śmiertelnie wrażliwe na nawet bardzo krótkie przepięcia.
Czy kondensatory tantalowe są niezawodne?
Czy można je bezpiecznie stosować w obwodach ogólnych i nowych konstrukcjach?
Odpowiedzi:
Podsumowanie:
Kondensatory tantalowe „przy właściwym użyciu” są wysoce niezawodne.
Zaletą ich jest wysoka pojemność na objętość i dobre właściwości odsprzęgania dzięki stosunkowo niskiej rezystancji wewnętrznej i niskiej indukcyjności w porównaniu z tradycyjnymi alternatywami, takimi jak aluminiowe mokre kondensatory elektrolityczne.
„Złap” znajduje się w kwalifikatorze „przy prawidłowym użyciu”.
Kondensatory tantalowe mają tryb awaryjny, który może być wyzwalany przez skoki napięcia tylko „nieco więcej” niż ich wartość znamionowa. Zastosowanie w obwodach, które mogą zapewnić znaczną energię awarii kondensatora, może prowadzić do ucieczki termicznej z płomieniem i eksplozją kondensatora oraz do zwarcia styków kondensatora o niskiej rezystancji.
Aby być „bezpiecznym”, obwody, w których są używane, muszą być rygorystycznie zaprojektowane, a założenia projektowe muszą zostać spełnione. Nie zawsze tak się dzieje.
Kondensatory tantalowe są „wystarczająco bezpieczne” w rękach prawdziwych ekspertów lub w mało wymagających obwodach, a ich zalety sprawiają, że są atrakcyjne. Alternatywy, takie jak kondensatory „z litego aluminium”, mają podobne zalety i nie powodują katastrofalnego trybu awarii.
Wiele nowoczesnych kondensatorów tantalowych ma wbudowane mechanizmy ochronne, które wdrażają różnego rodzaju bezpieczniki, które mają na celu odłączenie kondensatora od jego zacisków w przypadku awarii i ograniczenie w większości przypadków zwęglania płytki drukowanej .
Jeśli „kiedy”, „limit” i „większość” są akceptowalnymi kryteriami projektowymi i / lub jesteś ekspertem w dziedzinie projektowania, a Twoja fabryka zawsze robi wszystko dobrze, a środowisko aplikacji jest zawsze dobrze zrozumiane, to kondensatory tantalowe mogą być dobrym wyborem dla Ciebie .
Dłużej:
Kondensatory z litego tantalu to potencjalnie katastrofy, na które czekają.
Rygorystyczne projektowanie i wdrażanie gwarantujące spełnienie ich wymagań może zapewnić niezawodne projekty. Jeśli Twoje sytuacje w świecie rzeczywistym zawsze mają gwarancję, że nie będą miały wyjątków od specyfikacji, czapki z tantalu również mogą dobrze działać.
Niektóre współczesne kondensatory tantalowe mają wbudowane mechanizmy ograniczania awarii (w przeciwieństwie do zapobiegania). W komentarzu do innego pytania o wymianę stosu zauważa Spehro:
Arkusz danych dla czapek polimerowo-tantalowych Kemet mówi (częściowo): „KOCAP wykazuje również łagodny tryb awarii, który eliminuje awarie zapłonu, które mogą wystąpić w standardowych typach tantalu MnO2”.
O dziwo, nie mogę znaleźć niczego na temat „awarii zapłonu” w innych arkuszach danych.
Kondensatory elektrolityczne w postaci litego tantalu tradycyjnie miały tryb awaryjny, co sprawia, że ich stosowanie jest wątpliwe w obwodach o wysokiej energii, które nie mogą być lub nie zostały rygorystycznie zaprojektowane w celu wyeliminowania jakiejkolwiek perspektywy przyłożenia napięcia przekraczającego napięcie znamionowe o więcej niż niewielki procent.
Tantalowe czapki są zazwyczaj wytwarzane przez spiekanie razem granulek tantalu, aby utworzyć ciągłą całość o ogromnym polu powierzchni na objętość, a następnie utworzenie cienkiej warstwy dielektrycznej na zewnętrznej powierzchni w procesie chemicznym. Tutaj „cienki” nabiera nowego znaczenia - warstwa jest wystarczająco gruba, aby uniknąć przebicia przy napięciu znamionowym - i wystarczająco cienka, aby zostać przebita przez napięcia nie znacznie przekraczające napięcie znamionowe. W przypadku np. Ograniczenia znamionowego 10 V, operacja z zastosowanymi skokami 15 V może być możliwa właśnie w przypadku gry w rosyjską ruletkę. W przeciwieństwie do mokrych czapek elektrolitycznych Al, które mają tendencję do samoleczenia po przebiciu warstwy tlenku, tantal nie leczy się. Niewielkie ilości energii mogą prowadzić do miejscowego uszkodzenia i usunięcia ścieżki przewodzenia. Tam, gdzie obwód dostarczający energię do czapki jest w stanie zapewnić znaczną energię, czapka jest w stanie zapewnić odpowiednio odporny krótki opór i rozpoczyna się bitwa. Może to prowadzić do zapachu, dymu, płomienia, hałasu i eksplozji. Widziałem, jak wszystko to dzieje się sekwencyjnie w jednej awarii. Najpierw przez 30 sekund pojawiał się zagadkowy nieprzyjemny zapach. Potem głośny wrzask, potem strumień ognia przez około 5 sekund z satysfakcjonującym dźwięcznym dźwiękiem, a następnie imponująca eksplozja. Nie wszystkie awarie są tak satysfakcjonujące sensorycznie. potem strumień ognia przez około 5 sekund z satysfakcjonującym dźwięcznym dźwiękiem, a następnie imponująca eksplozja. Nie wszystkie awarie są tak satysfakcjonujące sensorycznie. potem strumień ognia przez około 5 sekund z satysfakcjonującym dźwięcznym dźwiękiem, a następnie imponująca eksplozja. Nie wszystkie awarie są tak satysfakcjonujące sensorycznie.
Tam, gdzie nie można zagwarantować całkowitego braku skoków przepięć o wysokiej energii, co miałoby miejsce w wielu, jeśli nie w większości obwodach zasilających, zastosowanie stałych pokrywek elektrolitycznych tantalu byłoby dobrym źródłem wezwań serwisowych (lub poważnych wydziałów). Na podstawie referencji Spehro Kemet mógł usunąć bardziej ekscytujące aspekty takich awarii. Nadal ostrzegają przed minimalnymi przepięciami.
Niektóre awarie w świecie rzeczywistym:
Wikipedia - kondensatory tantalowe
Kemet - uwagi dotyczące zastosowania kondensatorów tantalowych
AVX - zasady obniżania napięcia dla litych kondensatorów tantalu i niobu
Przez wiele lat, ilekroć ludzie pytali producentów kondensatorów tantalu o ogólne zalecenia dotyczące używania ich produktu, konsensus był taki, że „należy zastosować co najmniej 50% obniżenie napięcia”. Odtąd ta zasada stała się najbardziej rozpowszechnioną wytyczną projektową dla technologii tantalu. W niniejszym dokumencie dokonano przeglądu tego oświadczenia i wyjaśniono, biorąc pod uwagę zrozumienie zastosowania, dlaczego niekoniecznie tak jest.
Wraz z niedawnym wprowadzeniem technologii kondensatorów niobu i tlenku niobu dyskusja obniżania wartości została rozszerzona również na te rodziny kondensatorów.
Vishay - kondensator z litego tantalu FAQ
. JAKA RÓŻNICA MIĘDZY KONDENSATOREM Z BEZPIECZNIKIEM (VISHAY SPRAGUE 893D) I STANDARDOWYM, BEZ BEZPIECZNIKA (VISHAY SPRAGUE 293D I 593D) TANTALU?
A. Seria 893D została zaprojektowana do pracy w aplikacjach wysokoprądowych (> 10 A) i wykorzystuje „elektroniczny” mechanizm utrwalający. ... Bezpiecznik 893D nie otworzy się poniżej 2 A, ponieważ I2R jest poniżej energii wymaganej do uruchomienia bezpiecznika. Pomiędzy 2 a 3 A bezpiecznik ostatecznie się uruchomi, ale może wystąpić „zwęglenie” kondensatora i płytki drukowanej. Podsumowując, kondensatory 893D idealnie nadają się do obwodów wysokoprądowych, w których „awaria kondensatora” może spowodować awarię systemu.
Kondensatory typu 893D zapobiegają „zwęgleniu” kondensatora lub płytki drukowanej i zwykle zapobiegają przerwaniu obwodu, które może być związane z awarią kondensatora. „Zwarty” kondensator w źródle zasilania może powodować przejściowe prądy i / lub napięcia, które mogą spowodować wyłączenie systemu. Czas zadziałania bezpiecznika 893D jest wystarczająco szybki w większości przypadków, aby wyeliminować nadmierny pobór prądu lub wahania napięcia.
Przewodnik kondensatorowy - kondensatory tantalowe
Co za astrophe
Pracowałem u producenta, który miał niewyjaśnioną awarię kondensatora tantalu. Nie chodziło o to, że kondensatory po prostu ulegały awarii, ale awaria była katastrofalna i powodowała niemożność naprawy obwodów drukowanych. Wydawało się, że nie ma wyjaśnienia. Nie znaleźliśmy problemów z niewłaściwym zastosowaniem tej małej, dedykowanej mikrokomputerowej płytki drukowanej. Co gorsza, dostawca obwinił nas.
Przeprowadziłem badania w Internecie dotyczące awarii kondensatorów tantalu i odkryłem, że granulki kondensatorów tantalu zawierają niewielkie wady, które należy usunąć podczas produkcji. W tym procesie napięcie jest stopniowo zwiększane przez rezystor do napięcia znamionowego plus opaska ochronna. Rezystor szeregowy zapobiega niekontrolowanemu ucieczce termicznej niszczenia granulki. Dowiedziałem się również, że lutowanie PCB w wysokich temperaturach podczas produkcji powoduje naprężenia, które mogą powodować mikropęknięcia wewnątrz granulki. Te mikropęknięcia mogą z kolei prowadzić do awarii w zastosowaniach o niskiej impedancji. Mikropęknięcia zmniejszają również napięcie znamionowe urządzenia, dzięki czemu analiza awarii wskaże klasyczną awarię przepięciową. ...
Związane z:
AVX - skok w solidnych kondensatorach tantalu
Tryby awarii i mechanizmy w litych kondensatorach tantalowych - tylko streszczenie Sprague / IEEE. - STARY 1963.
AVX - TRYBY AWARII KONDENSATORÓW TANTALU WYKONANE PRZEZ RÓŻNE TECHNOLOGIE - Wiek? - około 2001 roku?
Wpływ wilgoci na charakterystykę litych kondensatorów tantalowych montowanych powierzchniowo - NASA z pomocą AVX - około 2002 roku?
Hearst - Jak wykrywać podrobione komponenty
Czasami jest to łatwe :-):
Dodano 1/2016:
Związane z:
Zbadaj odwrotną polaryzację standardowych kondensatorów mokrych aluminiowych puszek metalowych.
Krótki:
Dla prawidłowej polaryzacji potencjał może wynosić ~ = masa. W przypadku odwrotnej polaryzacji potencjał może stanowić znaczny procent zastosowanego napięcia.
Bardzo niezawodny test z mojego doświadczenia.
Dłużej:
Dla std mokrych czapek Al już dawno odkryłem test odwrotnego wstawiania, o którym nigdy wcześniej nie wspominałem, ale prawdopodobnie jest wystarczająco dobrze znany. Działa to w przypadku czapek z metalową puszką dostępną do testowania - większość ma wygodne wolne miejsce w górnej środkowej części ze względu na sposób dodawania rękawa.
Wzmocnij obwód i zmierz napięcie od ziemi do puszki każdego wieczka. To bardzo szybki test z woltomierzem uziemionym ołowiem i zamkiem błyskawicznym wokół puszek.
Czapki o prawidłowej biegunowości mają prawie na ziemi.
Czapki o odwrotnej polaryzacji mają puszki przy ułamku podaży - może ~~~ = 50%.
Działa niezawodnie z mojego doświadczenia.
Zazwyczaj można to sprawdzić za pomocą oznaczeń puszek, ale zależy to od tego, czy zamierzona orientacja jest znana i wyraźna. Chociaż jest to zwykle spójne w dobrym projekcie, nigdy nie jest to pewne.
źródło
Wraz z pojawieniem się kompaktowych, niedrogich, wysokowartościowych (10uF i więcej, o wartościach znamionowych 6,3, 10, 16 V i tak dalej) kondensatorów ceramicznych X5R i X7R (rozsądna dielektryka) wydaje się, że istnieje znacznie mniej powodów, aby rozważać kondensatory tantalowe.
Jedną z różnic jest to, że czapki tantalu mają ESR rzędu omów. Na niektórych regulatorach LDO jest to zaleta, ponieważ LDO nie oscyluje jak banshee. W takich przypadkach wolałbym zastosować kondensator ceramiczny i rezystor szeregowy.
W niektórych wrażliwych obwodach analogowych myślę, że tantal może mieć przewagę nad ceramicznymi nasadkami w zredukowanych mikrofonach (w ceramicznych nasadkach, ze względu na aktywność piezoelektryczną).
źródło
Jedna wskazówka przy ich stosowaniu: jeśli prąd przez ogranicznik jest ściśle ograniczony w przypadku awarii, śmiało.
Ograniczony do czego? Sugerowałbym 0,1A. Czułbym się nieufnie, gdybym używał ich do rozdzielania szyny zasilającej 1A lub wyższej, i osobiście nie używałbym ich przy zasilaniu 10 A. (Byłem tam, widziałem fajerwerki; zdjęcia Russella nie przesadzają.) Muszę powiedzieć, że nie mam twardych dowodów na istnienie naprawdę „bezpiecznego” prądu i komentarz do tych liczb byłby mile widziany.
Ale wiele napięć zasilania lub polaryzacji w obwodach analogowych ma stosunkowo wysoką impedancję źródła lub ściśle ograniczone prądy, i tam bym ich użył.
EDYCJA w oparciu o nowe (dla mnie!) Informacje ...
Co najmniej jeden producent oferuje kondensatory z tlenkiem niobu w bardzo podobnym opakowaniu i zakresie wartości i napięć. W tym, co można odczytać jako milczące przyznanie się do problemów tantalu opisanych tutaj, arkusz danych zawiera stwierdzenie „Niepowodzenie OxiCap® nie spali się do napięcia kategorii” oraz urocze małe logo ...
[Uwaga: Nie użyłem tych kondensatorów ani nie próbowałem zweryfikować roszczenia!]
źródło
Krótka uwaga na temat „dlaczego Tantal zamiast dużych MLCC”:
MLCC z X5R i podobnymi dielektrykami charakteryzują się odchyleniem 0 V. Jednak przy pracy z np. 100% napięcia znamionowego efektywna różnicowa pojemność może wynosić tylko 10% napięcia znamionowego (!). Szczególnie bardzo małe czapki o wysokim napięciu znamionowym wykazują radykalny spadek pojemności po uprzedzeniu.
Przykład 1: 0402 MLCC, X5R, 10 µF, 6,3 V: 3,5 µF pozostawiono przy około 3 V.
Przykład 2: 0402 MLCC, X5R, 2,2 uF, 25 V: 1,0 uF (!) Pozostawiono na około 3 V.
Dane te są dobrze widoczne w internetowych kartach danych TDK.
źródło
why Tantalum instead of large MLCCs. Powinien być tam zamieszczony, a nie w niezwiązanym pytaniu.Kilka dodatkowych rzeczy z mojej strony:
Tak, można stwierdzić, że czapki z tantalu są bezpieczne.
Są one używane nie tylko w „szorstkim” środowisku przenośnych urządzeń konsumenckich (notebook, smartfon - nigdy nie słyszałem o pożarze smartfona z powodu nasadek), ale są również wykorzystywane w implantach medycznych, takich jak rozruszniki serca, implanty ślimakowe lub rdzeń kręgowy stymulatory sznurowe.
Pod względem niezawodności najsilniejszy wpływ ma napięcie robocze (znacznie więcej niż temperatura). Współczynnik przyspieszenia wynosi
AF = exp {(V / VR-1) * 18.772} zgodnie z następującym dokumentem NASA: https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20110015254.pdf
W przypadku implantów medycznych, obniżenie wartości proponowane np. Przez Vishay wynosi 40% (więc użyłbyś ograniczenia 16V dla napięcia 10V lub 10V dla zastosowań 6V). Zgodnie z górną formułą wzrost życia wynosi 1140 razy.
Pls. zawsze należy pamiętać, że nie ma systemu, który nie zawiódłby: jedynym pytaniem jest czas skumulowanego błędu. Zrobiłem moją pracę magisterską w Infineon. Myślę, że pamiętam, że tranzystory MOSFET w krytycznych dla bezpieczeństwa systemach samochodowych miały dopuszczalną awaryjność na poziomie 10 ppm w ciągu 10 000 godzin przy maksymalnej prędkości. warunki (temperatura i napięcie)
źródło
Mogą istnieć aplikacje o ograniczonej przestrzeni, w których opalanie jest lepsze, ale to wszystko. Jeśli mogę, unikam opalenizny. Częste części zawodzą, wypuszczając dym. Nie lubią wysokich prądów załączających, co czyni je złym wyborem do większości filtrów zasilania. Przynajmniej użyj części o najwyższym napięciu, jaką możesz. Nie lubią wysokiej wilgotności, która może zaszkodzić samoleczeniu. Ceramika stała się lepsza i może zastąpić ją w wielu zastosowaniach, podobnie jak aluminium.
źródło