Solución:
Resumen:
Los condensadores de tantalio “cuando se utilizan correctamente” son muy fiables.
Tienen la ventaja de una alta capacitancia por volumen y buenas características de desacoplamiento debido a una resistencia interna relativamente baja y una baja inductancia en comparación con las alternativas tradicionales, como los condensadores electrolíticos húmedos de aluminio.
La ‘captura’ está en el calificador “cuando se usa correctamente”.
Los condensadores de tantalio tienen un modo de falla que puede activarse por picos de voltaje solo “un poco más” que su valor nominal. Cuando se utiliza en circuitos que pueden proporcionar energía sustancial al condensador, la falla puede provocar una fuga térmica con llama y explosión del condensador y un cortocircuito de baja resistencia de los terminales del condensador.
Para ser “seguros”, los circuitos en los que se utilizan deben tener la garantía de haber sido diseñados rigurosamente y deben cumplirse los supuestos de diseño. Esto ‘no siempre sucede’.
Los condensadores de tantalio son “suficientemente seguros” en manos de auténticos expertos o en circuitos poco exigentes, y sus ventajas los hacen atractivos. Alternativas como “sólido Los condensadores de aluminio tienen ventajas similares y carecen del modo de falla catastrófica.
Muchos condensadores de tantalio modernos han incorporado mecanismos de protección que implementan fusibles de varios tipos, que están diseñados para desconectar el condensador de sus terminales. cuando falla y para límite PCB carbonizado en la mayoría casos.
Si ‘cuándo’, ‘límite’ y ‘la mayoría’ son criterios de diseño aceptables y / o usted es un experto en diseño y su fábrica siempre hace todo bien y su entorno de aplicación siempre se comprende bien, entonces los condensadores de tantalio pueden ser una buena opción para usted. .
Más extenso:
Los condensadores de tantalio sólido son potencialmente desastres que esperan suceder.
El diseño y la implementación rigurosos que garantizan que se cumplan sus requisitos pueden producir diseños altamente confiables. Si siempre se garantiza que sus situaciones del mundo real no tendrán excepciones fuera de las especificaciones, las tapas de tantalio también pueden funcionar bien para usted.
Algunos capacitores de tantalio modernos tienen mecanismos integrados de mitigación de fallas (en lugar de prevención). En un comentario sobre otra pregunta de intercambio de pila, Spehro señala:
- La hoja de datos de las tapas de polímero-tantalio de Kemet dice (en parte): “El KOCAP también exhibe un modo de falla benigna que elimina las fallas de encendido que pueden ocurrir en los tipos de tantalio MnO2 estándar”.
Curiosamente, no puedo encontrar nada sobre la función de “falla de encendido” en sus otras hojas de datos.
Los condensadores electrolíticos de tantalio sólido tradicionalmente han tenido un modo de falla que hace que su uso sea cuestionable en circuitos de alta energía que no pueden o no han sido diseñados rigurosamente para eliminar cualquier posibilidad de que el voltaje aplicado exceda el voltaje nominal en más de un pequeño porcentaje.
Las tapas de tantalio se fabrican típicamente sinterizando gránulos de tantalio juntos para formar un todo continuo con una inmensa superficie por volumen y luego formando una fina capa dieléctrica sobre la superficie exterior mediante un proceso químico. Aquí, “delgado” adquiere un nuevo significado: la capa es lo suficientemente gruesa como para evitar una ruptura a la tensión nominal, y lo suficientemente delgada como para ser perforada por voltajes que no superan en gran medida la tensión nominal. Por ejemplo, para un límite nominal de 10 V, la operación con picos de 15 V aplicados puede estar a la altura de jugar a la ruleta rusa. A diferencia de las tapas electrolíticas húmedas de Al, que tienden a curarse por sí solas cuando se perfora la capa de óxido, el tantalio tiende a no curarse. Pequeñas cantidades de energía pueden provocar daños localizados y la eliminación de la vía de conducción. Cuando el circuito que proporciona energía a la tapa es capaz de proporcionar una energía sustancial, la tapa puede ofrecer un corto de resistencia correspondientemente bajo y comienza una batalla. Esto puede provocar olor, humo, llamas, ruido y explosión. He visto que todo esto sucede secuencialmente en un solo error. Primero hubo un desconcertante mal olor durante unos 30 segundos. Luego un fuerte chillido, luego un chorro de llamas durante quizás 5 segundos con un gratificante sonido de silbido y luego una impresionante explosión. No todos los fracasos son tan satisfactorios desde el punto de vista sensorial.
Donde no se pueda garantizar la ausencia total de picos de alta energía de sobretensión, que sería el caso en muchos, si no en la mayoría de los circuitos de suministro de energía, el uso de tapas electrolíticas sólidas de tantalio sería una buena fuente de llamadas al servicio (o al departamento de bomberos). Según la referencia de Spehro, Kemet puede haber eliminado los aspectos más emocionantes de tales fallas. Todavía advierten contra sobretensiones mínimas.
Algunas fallas del mundo real:
Wikipedia – condensadores de tantalio
- La mayoría de los condensadores de tantalio son dispositivos polarizados, con terminales positivos y negativos claramente marcados. Cuando se somete a polaridad inversa (aunque sea brevemente), el condensador se despolariza y la capa de óxido dieléctrico se rompe, lo que puede provocar que falle incluso cuando se opere posteriormente con la polaridad correcta. Si la falla es un cortocircuito (la ocurrencia más común), y la corriente no se limita a un valor seguro, puede ocurrir una fuga térmica catastrófica (ver más abajo).
Kemet – notas de aplicación para condensadores de tantalio
- Lea la sección 15., página 79 y aléjese con las manos a la vista.
AVX: reglas de reducción de voltaje para capacitores de niobio y tantalio sólidos
- Durante muchos años, siempre que las personas pidieron a los fabricantes de condensadores de tantalio recomendaciones generales sobre el uso de su producto, el consenso fue que “se debe aplicar un mínimo de 50% de reducción de voltaje”. Desde entonces, esta regla se ha convertido en la guía de diseño más común para la tecnología de tantalio. Este documento revisa esta declaración y explica, dada la comprensión de la aplicación, por qué este no es necesariamente el caso.
Con la reciente introducción de las tecnologías de condensadores de niobio y óxido de niobio, la discusión sobre la reducción de potencia se ha extendido también a estas familias de condensadores.
Vishay – preguntas frecuentes sobre condensadores de tantalio sólido
- . ¿CUÁL ES LA DIFERENCIA ENTRE UN CONDENSADOR DE TANTALO FUSIBLE (VISHAY SPRAGUE 893D) Y ESTÁNDAR, NO FUSIONADO (VISHAY SPRAGUE 293D Y 593D)?
R. La serie 893D fue diseñada para funcionar en aplicaciones de alta corriente (> 10 A) y emplea un mecanismo de fusión “electrónico”. … El fusible 893D no se “abrirá” por debajo de 2 A porque el I2R está por debajo de la energía requerida para activar el fusible. Entre 2 y 3 A, el fusible eventualmente se activará, pero es posible que se “carbonice” algo de condensador y placa de circuito. En resumen, los capacitores 893D son ideales para circuitos de alta corriente donde la “falla” del capacitor puede causar fallas en el sistema.
Los capacitores tipo 893D evitarán que el capacitor o la placa de circuito se “carbonicen” y, por lo general, evitarán cualquier interrupción del circuito que pueda estar asociada con la falla del capacitor. Un capacitor “en corto” a través de la fuente de energía puede causar transitorios de corriente y / o voltaje que pueden desencadenar el apagado del sistema. El tiempo de activación del fusible 893D es lo suficientemente rápido en la mayoría de los casos como para eliminar el consumo excesivo de corriente o los cambios de voltaje.
Guía de condensadores – condensadores de tantalio
- … La desventaja de usar condensadores de tantalio es su modo de falla desfavorable que puede conducir a fugas térmicas, incendios y pequeñas explosiones, pero esto se puede prevenir mediante el uso de dispositivos externos a prueba de fallas como limitadores de corriente o fusibles térmicos.
Que cap-astrophe
- Estaba trabajando en un fabricante que estaba experimentando una falla inexplicable del capacitor de tantalio. No era que los condensadores estuvieran fallando, sino que el fallo era catastrófico y hacía que los PCB (placas de circuito impreso) no se pudieran reparar. Parecía no haber explicación. No encontramos problemas de mala aplicación para este pequeño PCB dedicado para microcomputadoras. Peor aún, el proveedor nos culpó.
Investigué un poco en Internet sobre las fallas de los condensadores de tantalio y descubrí que los gránulos de los condensadores de tantalio contienen defectos menores que deben eliminarse durante la fabricación. En este proceso, el voltaje se incrementa gradualmente a través de una resistencia hasta el voltaje nominal más una banda de guarda. La resistencia en serie evita que la fuga térmica incontrolada destruya el pellet. También aprendí que soldar PCB a altas temperaturas durante la fabricación causa tensiones que pueden causar microfracturas dentro del gránulo. Estas microfracturas, a su vez, pueden provocar fallos en aplicaciones de baja impedancia. Las microfracturas también reducen la clasificación de voltaje del dispositivo, por lo que el análisis de fallas indicará una falla clásica por sobretensión. …
Relacionado:
AVX – sobretensión en condensadores de tantalio sólidos
Modos y mecanismos de falla en capacitores de tantalio sólidos: solo resumen Sprague / IEEE. – ANTIGUO 1963.
AVX – MODOS DE FALLO DE CONDENSADORES DE TANTALO FABRICADOS CON DIFERENTES TECNOLOGÍAS – ¿Antigüedad? – ¿alrededor de 2001?
Efecto de la humedad en las características de los condensadores de tantalio sólidos de montaje en superficie – NASA con asistencia de AVX – ¿alrededor de 2002?
Hearst: cómo detectar componentes falsificados
A veces es fácil :-):
Agregado el 1/2016:
Relacionado:
Pruebe la polaridad inversa para los condensadores de lata metálica de aluminio húmedo estándar.
Breve:
Para una polaridad correcta, el potencial de la lata es ~ = tierra. Para polaridad inversa, el potencial de la lata es un porcentaje significativo del voltaje aplicado.
Una prueba muy confiable en mi experiencia.
Más extenso:
Para las tapas estándar de Al húmedo, descubrí hace mucho tiempo una prueba de inserción inversa que nunca he visto mencionada en otra parte, pero que probablemente sea lo suficientemente conocida. Esto funciona para tapas que tienen la lata de metal accesible para la prueba; la mayoría tiene un lugar despejado conveniente en el centro superior debido a la forma en que se agrega la funda.
Encienda el circuito y mida los voltajes desde tierra hasta la lata de cada tapa. Esta es una prueba muy rápida con un voltímetro: -ve plomo conectado a tierra y con cremallera alrededor de latas.
-
Los casquillos de polaridad correcta tienen lata casi a tierra.
-
Las tapas de polaridad inversa tienen latas en una fracción del suministro, tal vez ~~~ = 50%.
Funciona de manera confiable en mi experiencia.
Por lo general, puede verificar usando marcas de latas, pero esto depende de que la orientación deseada sea conocida y clara. Si bien eso suele ser consistente en un buen diseño, esto nunca es seguro.
Una pauta para usarlos: si la corriente a través de la tapa está estrictamente limitada en caso de falla, adelante.
¿Limitado a qué? Sugeriría 0.1A. Me sentiría cauteloso al usarlos para desacoplar un riel de suministro de 1A o superior, y no los usaría personalmente en un suministro de 10A. (He estado allí, he visto los fuegos artificiales; las fotos de Russell no exageran). Tengo que decir que no tengo pruebas contundentes de una corriente verdaderamente “segura” y cualquier comentario sobre estas cifras sería bienvenido.
Pero muchas fuentes o voltajes de polarización en circuitos analógicos tienen impedancias de fuente relativamente altas o corrientes estrictamente limitadas, y las usaría allí.
EDITAR basado en información nueva (¡para mí!) …
Al menos un fabricante ofrece condensadores de óxido de niobio en un paquete y un rango de valores y voltajes muy similares. En lo que podría leerse como una admisión tácita de los problemas del tantalio descritos aquí, la hoja de datos contiene la declaración “Falló OxiCap® no se quemará hasta el voltaje de categoría” y un pequeño logo lindo …
[Disclaimer : I have neither used these capacitors nor attempted to verify the claim!]
Con la llegada de los condensadores cerámicos X5R y X7R (dieléctricos razonables) compactos y económicos de alto valor (10 uF y más, con capacidad nominal de 6,3, 10, 16 V, etc.) parece haber mucha menos razón para considerar los condensadores de tantalio.
Una de las diferencias es que las tapas de tantalio tienen una ESR del orden de ohmios. En algunos reguladores LDO, eso es una ventaja, ya que el LDO no oscilará como una banshee. En tales casos, preferiría usar un condensador cerámico y una resistencia en serie.
En algunos circuitos analógicos sensibles, creo que el tantalio puede tener una ventaja sobre las tapas de cerámica en microfonía reducida (en las tapas de cerámica, debido a la actividad piezoeléctrica).