Керамические (MLCC) и танталовые конденсаторы

15

С точки зрения разработчика электроники, а также принимая во внимание цену / стоимость и социальные соображения (см. Ссылку «Горная добыча и этика» компании Coltan ниже), я склонен избегать танталовые конденсаторы при многих обстоятельствах, предпочитая многослойные керамические конденсаторы (MLCC) .

Мой вопрос прямо сформулирован так: в каких конкретных случаях я должен быть осторожен и продолжать использовать танталовые конденсаторы? Все виды ответов и технические подходы к этому вопросу будут очень полезны для меня (и, конечно, для других дизайнеров).

Некоторые конкретные аспекты, на которые следует обратить внимание:

  • Последовательная эквивалентная схема.
  • Микрофонный. Насколько плохи MLCC на самом деле в этом отношении?
  • Емкостная зависимость от напряжения и температуры.
  • Режимы перенапряжения и отказа.
  • Ожидаемая продолжительность жизни и надежность.

Дополнительный контекст:

  • Я обращаю особое внимание на технологию поверхностного монтажа (SMT), предполагая, что более 90% всех танталовых электролитических конденсаторов изготовлено в стиле SMD.
  • Я сосредоточусь здесь на больших объемах бытовой электроники, отбрасывая конкретно высокие приложения силовой электроники, где могут применяться и другие соображения. Я не исключаю, схемы преобразования / управления мощностью, где вышеупомянутые соображения являются ключевыми для конденсаторов.
  • Вы можете прочитать больше о социальном воздействии Колтана в Википедии: https://en.wikipedia.org/wiki/Coltan_mining_and_ethics
jose.angel.jimenez
источник
1
Так что, в основном, «когда технические потребности перевешивают мою этику», что приводит к разным ответам для каждого человека, что приводит только к мнениям.
PlasmaHH
4
«Я сосредотачиваюсь здесь на продуктах бытовой электроники большого объема, отбрасывая, в частности, приложения силовой электроники, где могут применяться другие соображения». То есть вас не интересуют приложения для преобразования энергии и управления в потребительских товарах? Вот где выбор конденсатора наиболее важен по многим из перечисленных вами причин.
Джон Д
1
Мое правило - не тантал. Период. Я разрабатываю ручные устройства с батарейным питанием для потребительского рынка. Если мне нужно больше 22 мкФ, я использую алюминиевый электролит. В большинстве случаев достаточно 22 мкФ. Это не обусловлено этикой. Это связано с моими кошмарными воспоминаниями о большой нехватке тантала в эпоху бума доткомов. Мои микросхемы не из тех, которые могут иметь проблемы с микрофоникой. Но я понимаю, что это может быть реальной проблемой в некоторых приложениях.
Mkeith
3
Если я пойду работать в Apple, и они захотят, чтобы я занимался дизайном из тантала, конечно, я это сделаю. У Apple есть возможность получать запчасти, когда другие компании не могут. Поставщики отдают приоритет Apple (даже перераспределение поставок, обещанных другим компаниям). И у Apple есть маржа, которая может поглотить высокие цены на тантал, если это произойдет. Хотя у них также есть возможность договориться о хороших ценах.
Mkeith
1
@ John-d Ты абсолютно прав. Мое утверждение о «приложениях силовой электроники» не очень ясно. Я хотел сказать, что меня не интересуют приложения с высокой мощностью. Но это не исключает схем преобразования мощности, которые практически везде нужны. Я обновлю свой оригинальный вопрос.
jose.angel.jimenez

Ответы:

5

На это есть много замечаний по применению. Google для "Тантал против керамических конденсаторов".

Керамические конденсаторы являются лучшими для ESR и ESL. Так что они могут выдерживать огромные пульсации тока при меньшем повышении температуры в источниках питания. Точно так же они не влияют на качество сигнала в высокоскоростных системах (конденсаторы связи переменного тока). Но их характеристики смещения постоянного тока плохие. Как 47 мкФ X5R 6,3 В составляет ~ 23 мкФ при 3,3 В. Этот низкий ESR & ESL может быть плохим в некоторых случаях. Например, некоторые преобразователи Бака, которые требуют достаточной пульсации на выходе, чтобы быть стабильными. И более низкий ESL будет реагировать с емкостями кабеля, чтобы дать ненужные колебания.

Танталовые конденсаторы лучше всего известны благодаря объемной эффективности и дешевизне, но они подвержены сбоям из-за скачков тока. Есть альтернативы, такие как POSCAP (полимерные конденсаторы).

введите описание изображения здесь

user19579
источник
Спасибо за ваши полезные комментарии. Не могли бы вы указать источник ссылки на таблицу, которую вы приложили?
jose.angel.jimenez
Google для "Тантал против керамических конденсаторов" 1-я или 2-я ссылка имеет этот PDF-файл, из которого я взял эту таблицу ... ....
user19579
3

Я мог бы добавить: «Тантам не нравятся приложения, в которых возможны высокие перенапряжения при включении… выход регулятора да (ток ограничен)… вход в регулятор нет (ток, вероятно, не ограничен). Это можно частично смягчить, максимально снизив напряжение, например, используя напряжение 35 В в 10-вольтовом приложении.

Роберт Эндл
источник
2

Мое решение использовать керамические или танталовые конденсаторы в большинстве случаев основано на стоимости. Когда мне нужны емкости больше 10 мкФ, керамические конденсаторы дороги, и танталовые конденсаторы являются хорошим вариантом.

Габриэль Резенде Германовикс
источник
2

Единственное место, где я видел их [лично] в продукте для массового рынка в этом столетии, было в VCO [для беспроводной] беспроводного телефона Uniden.

Так как вы заинтересовали меня этим, я немного погуглил (для тантала и ГУН) и нашел MAX2572EVKIT, который не очень древний (2004) и имеет некоторые заглушки из тантала в его спецификации. Это GSM VCO. Также обнаружили разрушение [довольно древнего] телефона GSM, и они обнаружили в нем колпачки из тантала, но не говорят, в какой подсистеме.

Также найдены некоторые данные в спецификации HMC836LP6CE ; это точно не датировано, но номер редакции выглядит как 2011 или 2012. Это 4G PLL / VCO, поэтому он не может быть невероятно древним. Еще один разрыв обнаружен на плате iPhone 6 ; эти сделанные Ромом, их роль в телефоне там не указана, но утверждается, что это «самый дорогой конденсатор в iPhone 6».

Также обратите внимание на эту историю для загорающейся танталовой крышки на GSM-модуле Arduino. Конечно, выбор частей для щита Arduino, вероятно, сделан по намного более низким стандартам, чем Apple ...

Мне не совсем понятно, что вы подразумеваете под « отказом от приложений силовой электроники», но в случае, если другие заинтересуются этим, некоторые также были найдены в демонтаже зарядного устройства для iPhone .

шипение
источник
1
Спасибо за ваши полезные ссылки и отличное понимание! Вы правы, мое утверждение о «приложениях силовой электроники» не очень понятно. Я хотел сказать, что меня не интересуют приложения с высокой мощностью . Но это не исключает схем преобразования мощности, которые практически везде нужны.
jose.angel.jimenez