Я слышал, что это говорит о том, что конденсаторы из «твердого тантала» опасны и могут привести к пожару, могут вызвать короткое замыкание и смертельно чувствительны даже к очень коротким скачкам напряжения.
Надежны ли танталовые конденсаторы?
Безопасны ли они для использования в общих схемах и новых разработках?
Ответы:
Резюме:
«При правильном использовании» танталовые конденсаторы очень надежны.
Они обладают преимуществом высокой емкости на объем и хорошими характеристиками развязки благодаря относительно низкому внутреннему сопротивлению и низкой индуктивности по сравнению с традиционными альтернативами, такими как алюминиевые конденсаторы с мокрым электролитом.
«Улов» находится в квалификаторе «при правильном использовании».
Танталовые конденсаторы имеют режим отказа, который может быть вызван скачками напряжения только «немного больше», чем их номинальное значение. При использовании в цепях, которые могут обеспечить значительную энергию, выход из строя конденсатора может привести к тепловому истечению с пламенем и взрыву конденсатора и короткому замыканию клемм конденсатора с низким сопротивлением.
Чтобы быть «безопасными», схемы, в которых они используются, должны быть гарантированно тщательно спроектированы, а проектные предположения должны быть соблюдены. Это «не всегда происходит».
Танталовые конденсаторы являются «достаточно безопасными» в руках настоящих экспертов или в нетребовательных цепях, и их преимущества делают их привлекательными. Альтернативы, такие как « цельные алюминиевые» конденсаторы, имеют аналогичные преимущества и не имеют режима катастрофического отказа.
Многие современные танталовые конденсаторы имеют встроенные защитные механизмы, которые реализуют плавление различного типа, которое предназначено для отключения конденсатора от его клемм в случае его отказа и для ограничения обугливания печатной платы в большинстве случаев.
Если «когда», «предел» и «большинство» являются приемлемыми критериями проектирования и / или вы являетесь экспертом по проектированию, и ваша фабрика всегда все делает правильно, а среда вашего приложения всегда хорошо понимается, тогда танталовые конденсаторы могут быть хорошим выбором для вас ,
Longer:
Твердые танталовые конденсаторы - это потенциальные бедствия, ожидающие своего возникновения.
Строгий дизайн и реализация, гарантирующие выполнение их требований, позволяют создавать высоконадежные конструкции. Если в ваших реальных ситуациях всегда гарантировано отсутствие особых исключений, то колпачки из тантала также могут вам пригодиться.
Некоторые современные танталовые конденсаторы имеют встроенные механизмы уменьшения сбоев (в отличие от предотвращения). В комментарии к другому вопросу обмена стеками Spehro отмечает:
В техническом паспорте для колпачков Kemet для полимеров и тантала говорится (частично): «KOCAP также демонстрирует доброкачественный режим отказа, который исключает отказы зажигания, которые могут возникать в стандартных типах тантала MnO2».
Странно, но я ничего не могу найти о функции «сбой зажигания» в других листах данных.
Твердые танталовые электролитические конденсаторы традиционно имели режим отказа, что делает их использование сомнительным в цепях с высокой энергией, которые не могут быть или не были строго разработаны, чтобы исключить любую перспективу применения напряжения, превышающего номинальное напряжение, более чем на небольшой процент.
Колпачки из тантала обычно изготавливают путем спекания гранул тантала вместе, чтобы сформировать сплошное целое с огромной площадью поверхности на единицу объема, а затем с помощью химического процесса сформировать тонкий диэлектрический слой на внешней поверхности. Здесь «тонкий» приобретает новое значение - слой достаточно толстый, чтобы избежать пробоя при номинальном напряжении, и достаточно тонкий, чтобы его пробивали напряжения, не намного превышающие номинальное напряжение. Например, при номинальном напряжении 10 В работа с допустимыми шипами 15 В может быть полезна при игре в русскую рулетку. В отличие от алюминиевых влажных электролитических колпачков, которые склонны к самовосстановлению при прокалывании оксидного слоя, тантал имеет тенденцию не заживать. Небольшие количества энергии могут привести к локальному повреждению и удалению проводящего пути. Там, где схема, подающая энергию на колпачок, способна обеспечить значительную энергию, колпачок может предложить соответственно устойчивое короткое сопротивление с низким сопротивлением, и начинается битва. Это может привести к запаху, дыму, пламени, шуму и взрыву. Я видел, как все это происходит последовательно в одном провале. Сначала было странно неприятный запах в течение 30 секунд. Затем громкий пронзительный шум, затем струя пламени в течение 5 секунд с приятным звуком, а затем впечатляющий взрыв. Не все неудачи так чувствительны. затем струя пламени в течение 5 секунд с приятным звуком, а затем впечатляющий взрыв. Не все неудачи так чувствительны. затем струя пламени в течение 5 секунд с приятным звуком, а затем впечатляющий взрыв. Не все неудачи так чувствительны.
В тех случаях, когда невозможно гарантировать полное отсутствие высоких пиков перенапряжения, что может иметь место во многих, если не в большинстве цепей электропитания, использование танталовых твердых электролитических колпачков было бы хорошим источником обслуживания (или в тяжелых отделах). Основываясь на рекомендациях Spehro, Kemet, возможно, устранил более интересные аспекты таких неудач. Они все еще предупреждают о минимальных перенапряжениях.
Некоторые реальные неудачи в мире:
Википедия - танталовые конденсаторы
Kemet - примечания по применению танталовых конденсаторов
AVX - правила снижения напряжения для твердых танталовых и ниобиевых конденсаторов
В течение многих лет, когда люди обращались к производителям танталовых конденсаторов за общими рекомендациями по использованию их продукта, был достигнут консенсус: «Следует применять снижение напряжения минимум на 50%». Это эмпирическое правило с тех пор стало наиболее распространенным руководящим принципом проектирования для технологии тантала. В этой статье рассматривается это утверждение и объясняется, учитывая понимание приложения, почему это не обязательно так.
С недавним внедрением технологий конденсаторов на основе ниобия и оксида ниобия обсуждение снижения номинальных характеристик было распространено и на эти семейства конденсаторов.
Vishay - твердые танталовые конденсаторы FAQ
, ЧТО ТАКОЕ РАЗЛИЧИЕ МЕЖДУ ТИПАЛЬНЫМ КОНДЕНСАТОРОМ ТАНТАЛА?
О. Серия 893D была разработана для работы в сильноточных приложениях (> 10 А) и использует «электронный» механизм термозакрепления. ... Предохранитель 893D не «откроется» ниже 2 А, потому что I2R ниже энергии, необходимой для активации предохранителя. Между 2 и 3 А предохранитель в конечном итоге сработает, но может произойти «обугливание» конденсатора и монтажной платы. Таким образом, конденсаторы 893D идеально подходят для сильноточных цепей, где «отказ» конденсатора может вызвать сбой системы.
Конденсаторы типа 893D предотвращают «обугливание» конденсатора или печатной платы и обычно предотвращают любое прерывание цепи, которое может быть связано с отказом конденсатора. «Замкнутый» конденсатор на источнике питания может вызвать переходные процессы по току и / или напряжению, которые могут вызвать отключение системы. Время срабатывания предохранителя 893D в большинстве случаев достаточно быстрое, чтобы исключить чрезмерную утечку тока или перепады напряжения.
Руководство по конденсаторам - танталовые конденсаторы
Какая кепка-астроф
Я работал на производителе, который испытывал необъяснимую неисправность танталового конденсатора. Дело не в том, что конденсаторы просто выходили из строя, но этот сбой был катастрофическим и приводил к невозможности исправления печатных плат (печатных плат). Казалось, нет объяснения. Мы не нашли проблем с неправильным применением для этой маленькой специализированной микрокомпьютерной платы. Хуже того, поставщик обвинил нас.
Я провел в Интернете некоторые исследования отказов танталовых конденсаторов и обнаружил, что таблетки в танталовых конденсаторах содержат незначительные дефекты, которые должны быть устранены в процессе производства. В этом процессе напряжение постепенно увеличивается через резистор до номинального напряжения плюс защитная полоса. Последовательный резистор предотвращает разрушение гранулы неконтролируемым тепловым выбросом. Я также узнал, что пайка печатных плат при высоких температурах во время производства вызывает напряжения, которые могут вызвать микротрещины внутри таблетки. Эти микротрещины могут, в свою очередь, привести к выходу из строя в приложениях с низким импедансом. Микротрещины также снижают номинальное напряжение устройства, так что анализ отказов укажет на классический сбой перенапряжения. ...
Связанный:
AVX - всплеск твердых танталовых конденсаторов
Режимы отказов и механизмы в твердых танталовых конденсаторах - только Sprague / IEEE. - СТАРЫЙ 1963.
AVX - НЕУДАЧНЫЕ РЕЖИМЫ ТАНТАЛЬНЫХ КОНДЕНСАТОРОВ, ИЗГОТОВЛЕННЫЕ РАЗЛИЧНЫМИ ТЕХНОЛОГИЯМИ - Возраст? - около 2001 года?
Влияние влаги на характеристики твердотельных танталовых конденсаторов поверхностного монтажа - НАСА с помощью AVX - около 2002 года?
Херст - Как обнаружить контрафактные компоненты
Иногда это легко :-):
Добавлено 1/2016:
Связанный:
Тест на обратную полярность для стандартных конденсаторов с металлическим корпусом из влажного алюминия.
Коротко:
Для правильной полярности может потенциал ~ = земля. Для обратной полярности может быть значительный процент от приложенного напряжения.
Очень надежный тест по моему опыту.
Longer:
Для стандартных мокрых алюминиевых колпачков я давно обнаружил тест на обратную вставку, который я никогда не видел в других местах, но, вероятно, достаточно хорошо известен. Это работает для колпачков, у которых есть металл, доступный для тестирования - у большинства есть удобное чистое пятно в центре вверху из-за способа добавления рукава.
Включите цепь и измерьте напряжение от земли до банки каждой крышки. Это очень быстрое испытание, когда вольтметр - заземленный провод и молнии вокруг банок.
Колпачки правильной полярности имеют почти на земле.
Колпачки обратной полярности имеют баллончики с некоторой долей подачи - возможно, ~~~ = 50%.
Надежно работает в моем опыте.
Обычно вы можете проверить, используя маркировку банок, но это зависит от того, какая намеченная ориентация известна и понятна. Хотя это обычно согласуется с хорошим дизайном, это никогда не является надежным.
источник
С появлением компактных недорогих дорогостоящих керамических конденсаторов X5R и X7R (разумные диэлектрики) с номинальной мощностью 6,3, 10, 16 В и т. Д. (Более 10 мкФ и выше), кажется, гораздо меньше причин рассматривать танталовые конденсаторы.
Одно из отличий заключается в том, что у колпачков из тантала есть СОЭ, порядка Ом. Для некоторых регуляторов LDO это преимущество в том, что LDO не будет колебаться, как банши. В таких случаях я бы предпочел использовать керамический конденсатор и последовательный резистор.
На некоторых чувствительных аналоговых схемах, я думаю, у танталов может быть преимущество перед керамическими колпачками в уменьшенной микрофонике (в керамических колпачках из-за пьезоэлектрической активности).
источник
Одно из правил их использования: если ток через ограничитель строго ограничен в случае сбоя, продолжайте.
Ограничено чем? Я бы предложил 0,1А. Я бы с осторожностью использовал их для разъединения шины питания 1A или выше и не использовал бы их лично для питания 10A. (Был там, видел фейерверк; фотографии Рассела не преувеличивают.) Должен сказать, что у меня нет веских доказательств по-настоящему «безопасного» течения, и комментарии к этим цифрам приветствуются.
Но многие источники питания или напряжения смещения в аналоговых схемах имеют относительно высокое сопротивление источника или строго ограниченные токи, и я бы использовал их там.
РЕДАКТИРОВАТЬ на основе новой (для меня!) Информации ...
По крайней мере, один производитель предлагает конденсаторы на основе оксида ниобия в очень похожей упаковке и диапазоне значений и напряжений. В описании, описанном здесь как молчаливое признание проблем с танталом, в техническом описании указано «Неудачный OxiCap® не сгорит до напряжения категории» и симпатичный маленький логотип ...
[Отказ от ответственности: я не использовал эти конденсаторы и не пытался проверить претензию!]
источник
Короткая заметка на тему «почему тантал вместо крупных МЛЦ»:
MLCC с X5R и аналогичными диэлектриками характеризуются смещением 0 В. Однако при работе, например, при 100% номинального напряжения, эффективная дифференциальная емкость может составлять только 10% от номинальной (!). Особенно маленькие колпачки с высоким номинальным напряжением демонстрируют резкое снижение емкости при смещении.
Пример 1: 0402 MLCC, X5R, 10 мкФ, 6,3 В: 3,5 мкФ, осталось около 3 В.
Пример 2: 0402 MLCC, X5R, 2,2 мкФ, 25 В: 1,0 мкФ (!) Осталось примерно при 3 В.
Эти данные хорошо показаны в онлайн-таблицах от TDK.
источник
why Tantalum instead of large MLCCs. Это должно быть размещено там, а не в не связанном вопросе.Некоторые дополнительные вещи с моей стороны:
Да, можно сказать, что колпачки из тантала безопасны.
Они используются не только в «грубой» среде потребительских портативных устройств (ноутбук, смартфон - я никогда не слышал о пожаре в смартфоне из-за колпачков), но также используются в медицинских имплантатах, таких как кардиостимуляторы, кохлеарные имплантаты или позвоночник. стимуляторы шнура.
Что касается надежности, рабочее напряжение оказывает самое сильное воздействие (намного больше, чем температура). Коэффициент ускорения составляет
AF = exp {(V / VR-1) * 18.772} согласно следующему документу НАСА: https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20110015254.pdf
Для медицинских имплантатов снижение номинальных характеристик, предложенное, например, Vishay, составляет 40% (поэтому вы должны использовать крышку на 16 В для 10 В или 10 В для приложений 6 В). Согласно верхней формуле, увеличение времени жизни в 1140 раз.
Pls. всегда имейте в виду, что нет системы, которая не выйдет из строя. Единственный вопрос - время для накопленной ошибки. Я сделал магистерскую диссертацию в Infineon. Я думаю, что я могу вспомнить, что МОП-транзисторы в критических по безопасности автомобильных системах имели допустимую интенсивность отказов 10 промилле в течение 10.000 часов при работе на макс. условия (температура и напряжение)
источник
Могут быть ограниченные по площади приложения, где загар лучше, но это все. Я избегаю загар, если могу. Общие части выходят из строя, выпуская дым. Им не нравятся большие скачки тока при включении, что делает их плохим выбором для фильтрации большинства источников питания. По крайней мере, используйте самую высокую часть напряжения, которую вы можете. Им не нравится высокая влажность, которая может повредить самовосстановлению. Керамика стала лучше и может заменить их во многих областях, как и алюминий в некоторых случаях.
источник