Какое номинальное напряжение конденсатора является безопасным для использования?

Я использую несколько танталовых конденсаторов Case R (10 мкФ, 6,3 В) в качестве объемной развязки на 3,3 В мощности 100 Мбит / с Ethernet phy. Я также использую 0,1 мкФ керамику ближе к контактам.

Как обычно, мне ужасно не хватает места на печатной плате, и поэтому я хотел бы заменить их крышками размером 0603. Проблема в том, что они рассчитаны только на 4v. Обычно я всегда оцениваю свои конденсаторы в два раза больше напряжения, которое они когда-либо увидят.

Может ли это быть проблемой, если я использую конденсатор 4 В на регулируемой линии 3,3 В?

Использование танталовых колпачков для развязки глупо с сегодняшними вариантами. Керамические крышки 1 мкФ 6 В в упаковке 0603 являются дешевыми и легко доступными. Это было бы лучше, чем 10 мкФ для разъединения в любом случае. 10 мкФ в точках подключения источника питания имеет смысл, но не для разъединения. Взгляните на графики импеданса керамических колпачков 100 нФ, 1 мкФ и 10 мкФ в технических паспортах любых известных производителей.

Будьте очень осторожны со своими характеристиками! Они могут не быть тем, кем себя называют.

Одна проблема с керамическими крышками состоит в том, что они теряют емкость при увеличении напряжения. Например, этот керамический колпачок X5R от Venkel рассчитан на 10 мкФ и 6,3 В. Проблема в том, что при 6,3 В фактическая емкость снижается только до 2 мкФ! Это падение на 80%! Даже при 2,0 В вам не хватает 30% номинального значения.

Это задокументировано здесь , но это никоим образом не ограничивается Venkel. X7R, X5R и, возможно, другие керамические колпачки страдают от этого в некоторой степени. У COG / NPO, похоже, нет этой проблемы. Я должен отметить, что эта проблема не была указана в общей спецификации конденсаторов, а только в дополнительном документе «технические данные», который не был расположен в том же месте на их веб-странице.

Ваш основной вопрос, однако, заключается в том, «сколько я должен ухудшить» конденсаторы. Конечно, если вы спросите 10 EE об этом, вы, вероятно, получите 15 разных ответов. Вот мои очень грубые правила или рекомендации.

• Алюминиевые электролитические колпачки будут снижены как минимум до 50%, если емкость критическая. Это значит, что я буду использовать 25-вольтовую крышку на 12,5-вольтовой шине. Если емкость не критична, то я учту меньший запас по напряжению.

• Колпачки из тантала будут снижены до 50% на большинстве рельсов, независимо от их использования.

• Керамические колпачки выше 10 В будут снижены до 50%. Как только напряжение упадет ниже 10В, я учту меньший запас. Например, я буду использовать крышку 4,6 В на шине 3,3 В. Но имейте в виду, что я уже сказал о керамических крышках.

• Чем меньше напряжение на кепке, тем меньше запас, который я позволю. Например, если сигнал очень редко достигает 90 В, но в основном ниже 50 В, я мог бы использовать керамический колпачок на 100 В. Температура, напряжение, ток и ESL / ESR эффекты все играют в этом. Кепка с большим количеством стресса получит гораздо больше прибыли.

• Снижение стоимости менее чем на 50% происходит только при наличии других причин. Если стоимость, размер и другие факторы не вступают в игру, то я всегда снижаю как минимум на 50%.

• Если схема хорошо себя ведет и проблемы скачков напряжения или другого плохого поведения не проблема, то я мог бы оставить меньше запаса.

Но это только грубые правила. Вы должны рассмотреть каждый случай отдельно и взвесить все за и против.

Обновить:

Вот некоторая документация от AVX. Он находится на странице 3 под заголовком «Зависимость от смещения постоянного тока». Обратите внимание, что их кривые зависимости напряжения от емкости для X7R намного «лучше», чем у Venkel, поэтому, если значение ограничения действительно важно, проведите исследование и получите ограничение, которое вы рассчитывали.

В дополнение к комментариям Олина, обратите внимание на то, что танталовый конденсатор в цепи с каким-либо присутствующим «источником питания» - это полная катастрофа, ожидающая того, что произойдет.

Танталовые конденсаторы чрезвычайно подвержены пробиванию изоляционного слоя при напряжениях, немного превышающих номинальное напряжение, и они НЕ являются самовосстанавливающимися. Как только слой разрушен, конденсатор сбросит доступную энергию и самоуничтожится. Нормальный режим отказа - жесткий металлический шорт. Необязательно, кроме дыма, запаха, пламени, звука и взрыва. Я видел, слышал и чувствовал все это в одном захватывающем событии однажды.

Очень очень короткий скачок напряжения на шине питания, который превышает номинальное напряжение, может пробить изоляционный слой и затем позволить энергии шине питания завершить задачу.

Керамика: обратите внимание, что температурный эффект зависит от качества. Кроме того, механическая микрофония хуже в широком диапазоне температур. Обычно это не проблема для разделения власти.

Низкосортная керамика (плохой температурный допуск, а также плохой механический режим) на входе в регулятор может «звенеть» при подаче ступенчатого напряжения (например, при включении питания) и может разрушить регулятор. Это необычно и легко охраняется, но о нем нужно знать.

Если керамика по каким-то причинам не отвечает вашим потребностям, обратите внимание на твердые алюминиевые конденсаторы (т.е. не на Al электролитические). Они конкурируют с Танталом по размеру и стоимости, но не имеют режима фатального отказа Тантала.

Правило танталов - избегать их, если нет хорошего ограничения тока. Или, по крайней мере, снизить напряжение как минимум на 3: 1 (некоторые люди говорят 4: 1), что не всегда возможно. Я часто использовал их на источниках питания на выходе небольшого регулятора, но не на входе.