Чи безпечні танталові конденсатори для використання в нових конструкціях?

Я чув, що це дозволяє припустити, що конденсатори "твердого танталу" небезпечні і можуть спричинити пожежу, можуть вийти з ладу коротке замикання і фатально чутливі до навіть дуже коротких перепадів напруги.

Надійні конденсатори танталу?

Чи безпечні вони для використання в загальних схемах та нових конструкціях?

Підсумок:

"При правильному використанні" танталові конденсатори дуже надійні.
Вони мають перевагу високою ємністю на об'єм та хорошими характеристиками роз'єднання через відносно низький внутрішній опір та низьку індуктивність порівняно з традиційними альтернативами, такими як алюмінієві мокрий електролітичний конденсатор.

"Улов" знаходиться в класифікаторі "при правильному використанні".
Танталові конденсатори мають режим відмови, який може спрацьовувати спайками напруги лише «трохи більше», ніж їх номінальне значення. При використанні в схемах, які можуть подавати значну енергію до відмови конденсатора, це може призвести до тепловиділення з полум’ям і вибухом конденсатора та низького опору короткого замикання клем конденсатора.

Щоб бути "безпечними" ланцюги, які вони використовують, потрібно гарантувати, що вони були чітко розроблені, і проектні припущення повинні бути виконані. Це не завжди буває ".
Танталові конденсатори є "досить безпечними" в руках справжніх експертів або в невимогливих схемах, і їх переваги роблять їх привабливими. Такі альтернативи, як " твердий алюмінієвий" конденсатор, мають подібні переваги і не мають режиму катастрофічного виходу з ладу.

Багато сучасних танталових конденсаторів мають вбудовані механізми захисту, які реалізують запобігання різного роду, який призначений для відключення конденсатора від його клем, коли він виходить з ладу і обмеження заряджання друкованої плати у більшості випадків.
Якщо "коли", "ліміт" і "більшість" є прийнятними критеріями дизайну та / або ви експерт з дизайну, і ваш завод завжди отримує все правильно, і ваше середовище застосування завжди добре зрозуміле, тоді танталові конденсатори можуть бути хорошим вибором для вас .

Довше:

Тверді танталові конденсатори - це потенційно катастрофи, які чекають цього.
Суворий дизайн та реалізація, що гарантує виконання їхніх вимог, можуть створити високонадійні конструкції. Якщо у ваших ситуаціях із реального світу завжди гарантується, що у вас немає специфічних винятків, тоді танталові ковпачки можуть добре працювати і для вас.

У деяких сучасних танталових конденсаторах вбудовані механізми зменшення відмов (на відміну від запобігання). У коментарі до іншого питання обміну стеками Spehro зазначає:

• Інформаційний лист для кришок полімеру та танталу Kemet зазначає (частково): "KOCAP також демонструє доброякісний режим відмови, який виключає збої запалювання, які можуть статися в стандартних типах танталу MnO2."

  Як не дивно, я не можу знайти нічого про функцію "несправності запалювання" в інших їхніх таблицях.

Тверді танталові електролітичні конденсатори традиційно мали режим відмови, що робить їх використання сумнівним у високоенергетичних схемах, які не можуть бути або не були жорстко розроблені для усунення будь-якої перспективи прикладеної напруги, що перевищує номінальну напругу більш ніж на невеликий відсоток.

Танталові кришки зазвичай виготовляють спіканням гранул танталу разом, щоб утворити суцільне ціле з величезною площею поверхні на об'єм, а потім хімічним процесом утворювати тонкий діелектричний шар над зовнішньою поверхнею. Тут "тонкий" набуває нового значення - шар досить товстий, щоб уникнути пробою при номінальній напрузі, - і досить тонкий, що його буде пробити напругою, що не перевищує номінальної напруги. Наприклад, на 10-ти балоновому ковпачку, робота з припущеними шипами 15В може бути прямо там, якщо грати в російську рулетку. На відміну від Al вологих електролітичних ковпачків, які, як правило, самозагоюються при проколюванні оксидного шару, тантал, як правило, не заживає. Невелика кількість енергії може призвести до локалізованого пошкодження та усунення провідного шляху. Якщо ланцюг, що подає енергію в ковпачок, здатна забезпечити значну енергію, то ковпачок може запропонувати відповідно стійкий короткий опір короткого опору і починається бійка. Це може призвести до запаху, диму, полум'я, шуму та вибуху. Я бачив, як все це відбувається послідовно за один провал. Спочатку мав неприємний неприємний запах, можливо, 30 секунд. Потім гучний кричучий шум, потім струмінь полум'я, можливо, протягом 5 секунд із втішним шумним звуком, а потім вражаючий вибух. Не всі збої настільки чудово задовольняють. то струмінь полум'я, можливо, протягом 5 секунд із втішним звучанням, а потім вражаючим вибухом. Не всі відмови настільки чудово задовольняють. то струмінь полум'я, можливо, протягом 5 секунд із втішним звучанням, а потім вражаючим вибухом. Не всі збої настільки чудово задовольняють.

Якщо повна відсутність високоенергетичних шипів перенапруг не може бути гарантована, що було б у багатьох, якщо не в більшості ланцюгів живлення, використання твердих електролітичних ковпачків танталу було б хорошим джерелом обслуговування (або страшного відділу) дзвінків. Виходячи з посилання Спехро, Kemet, можливо, усунув більш захоплюючі аспекти таких невдач. Вони все ще застерігають від мінімальних перенапруг.

Деякі реальні збої у світі:

Вікіпедія - танталові конденсатори

• Більшість танталових конденсаторів поляризовані пристрої, з чітко відзначеними позитивними та негативними клемами. Піддаючись зворотній полярності (навіть ненадовго), конденсатор деполяризується і діелектричний оксидний шар руйнується, що може призвести до його виходу з ладу навіть при подальшій експлуатації з правильною полярністю. Якщо несправність - це коротке замикання (найпоширеніший випадок), а струм не обмежений безпечним значенням, може статися катастрофічне теплове тікання (див. Нижче).

Kemet - примітки щодо застосування танталових конденсаторів

• Прочитайте розділ 15., стор. 79 та йдіть геть з видовими руками.

AVX - правила зменшення напруги для твердих танталових і ніобієвих конденсаторів

• Протягом багатьох років, коли люди запитували у виробників танталових конденсаторів загальні рекомендації щодо використання їх продукту, консенсус був "слід застосовувати мінімум 50% зменшення напруги". Це правило з тих пір стало найпоширенішим керівним принципом дизайну для танталової технології. Цей документ переглядає це твердження та пояснює, враховуючи розуміння програми, чому це не обов'язково так.

  З недавним впровадженням конденсаторних технологій оксиду ніобію та ніобію дискусія про розслаблення поширилася і на ці сімейства конденсаторів.

Вишай - твердий танталовий конденсатор

• . ЯКА РАЗЛИКА МЕЖДУ ЗАПАЛЕНОГО (VISHAY SPRAGUE 893D) І СТАНДАРТНОГО, НЕ ЗАБЕЗПЕЧЕНОГО (VISHAY SPRAGUE 293D І 593D) TANTALUM CAPACITOR?

  A. Серія 893D була розроблена для роботи у силових додатках (> 10 А) та використовує "електронний" механізм запобігання. ... Запобіжник 893D не відкриється нижче 2 А, оскільки I2R нижче енергії, необхідної для активації запобіжника. Між 2 та 3 А запобіжник з часом активується, але може виникнути “зарядка” конденсатора та плати. Підсумовуючи, 893D конденсатори ідеально підходять для ланцюгів високого струму, де «поломка» конденсатора може спричинити збій системи.

  Конденсатори типу 893D запобігатимуть «обганянню» конденсатора або плати і, як правило, запобігатимуть будь-які переривання ланцюга, які можуть бути пов’язані з відмовою конденсатора. «Короткий» конденсатор через джерело живлення може спричинити перешкоди струму та / або напруги, які можуть викликати відключення системи. Час активації запобіжника 893D в більшості випадків є досить швидким, щоб уникнути надмірного зливу струму або перепадів напруги.

Напрямок конденсаторів - танталові конденсатори

• ... Недоліком використання танталових конденсаторів є їх несприятливий режим відмов, який може призвести до теплових відходів, пожеж і невеликих вибухів, але це можна запобігти за допомогою використання зовнішніх пристроїв захисту, таких як обмежувачі струму або теплові запобіжники.

Що за шапка-астрофа

• Я працював у виробника, який зазнав незрозумілої несправності танталового конденсатора. Справа не в тому, що конденсатори просто виходили з ладу, але поломка була катастрофічною і робить PCB (друковані плати) непрацездатними. Здавалося, немає пояснень. Ми не знайшли проблем із неправильним застосуванням для цієї невеликої, виділеної мікрокомп'ютерної плати. Що ще гірше, постачальник звинувачував нас.

  Я зробив кілька інтернет-досліджень щодо відмов танталових конденсаторів і виявив, що гранули танталових конденсаторів містять незначні дефекти, які необхідно усунути під час виготовлення. У цьому процесі напруга збільшується поступово через резистор до номінальної напруги плюс смугу захисту. Серійний резистор запобігає руйнуванню гранул неконтрольованим тепловим відбігом. Я також дізнався, що пайка ПХД при високій температурі під час виготовлення викликає напруження, які можуть спричинити мікроструктури всередині гранул. Ці мікроструктури можуть у свою чергу призвести до виходу з ладу програм із низьким опором. Мікрофрактури також знижують показник напруги пристрою, так що аналіз відмов вказуватиме на класичний збій перенапруги. ...

Пов'язані:

AVX - сплеск твердих танталових конденсаторів

Режими відмов та механізми роботи в твердих танталових конденсаторах - лише абстрактний Sprague / IEEE. - СТАРИЙ 1963 рік.

AVX - НЕВІДКРИТНІ РЕЖИМИ ТАНТАЛУМНИХ КАПАЦІТОРІВ, ВИРОБЛЕНІ РІЗНИМИ ТЕХНОЛОГІЯми - Вік? - про 2001 рік?

Вплив вологи на характеристики поверхневих твердих танталових конденсаторів - НАСА за допомогою AVX - близько 2002 року?

Херст - Як визначити підроблені компоненти

Іноді це легко :-):

Додано 1/2016:

Пов'язані:

Випробування на зворотну полярність для стандартних конденсаторів з мокро-алюмінієвого металу.

Короткий опис:

Для правильної полярності потенціал ~ = земля. Для зворотної полярності можливий значний відсоток напруги, що застосовується.
Дуже надійний тест з мого досвіду.

Довше:

Що стосується мокрих шапочок Al Al, я давно виявив тест на зворотну вставку, який я ніколи не бачив в іншому місці, але, мабуть, досить добре відомий. Це працює для ковпачків, у яких метал може бути доступний для випробування - більшість мають зручне чітке місце у верхньому центрі завдяки способу додавання гільзи.

Увімкніть ланцюг живлення і виміряйте напруги від землі до банки кожної кришки. Це дуже швидке випробування, за допомогою лічильника вольт - заземлення та скріплення навколо банок.

• Кришки правильної полярності можуть майже на місці.

• Кришки зворотної полярності мають банки при деякій частці подачі - можливо ~~~ = 50%.

На мій досвід працює надійно.

Зазвичай ви можете перевірити, використовуючи маркування банок, але це залежить від того, що призначена орієнтація буде відома і чітка. Хоча це зазвичай відповідає гарному дизайну, це ніколи не може бути впевненим.

З появою компактних недорогих високоефективних (10uF і більше, оцінених в 6,3, 10, 16V і так далі) керамічних конденсаторів X5R і X7R (розумні діелектрики), здається, набагато менше підстав розглядати танталові конденсатори.

Одна з відмінностей полягає в тому, що танталові ковпачки мають показник ШОЕ, що має порядок Ом. Для деяких регуляторів LDO - це перевага в тому, що LDO не коливатиметься як банші. У таких випадках я вважаю за краще використовувати керамічний конденсатор та серійний резистор.

У деяких чутливих аналогових схемах, я думаю, може бути перевага танталу над керамічними ковпачками у зменшеній мікрофоніці (у керамічних ковпаках через п'єзоелектричну активність).

Одне керівництво в їх використанні: якщо струм через ковпак суворо обмежений у разі відмови, продовжуйте.

Обмежившись чим? Я б запропонував 0,1A. Я ставлюся з обережністю використовувати їх для того, щоб роз'єднати 1А або вище рейку, і особисто не використовував би їх через 10А. (Був там, побачив феєрверки; фотографії Рассела не перебільшують.) Я мушу сказати, що у мене немає твердих доказів справді "безпечної" течії, і коментар до цих цифр буде вітатися.

Але багато джерел напруги або зсуву в аналогових схемах мають відносно високі опорні джерела або суворо обмежені струми, і я би їх використовував там.

EDIT на основі нової (для мене!) Інформації ...

Принаймні один виробник пропонує конденсатори оксиду ніобію в дуже подібній упаковці та діапазоні значень і напруг. У чому може бути прочитана як мовчазне визнання проблем танталу в описаних тут, то технічний опис містить заяву «Failed OxiCap® не горітиме до категорії напруги» і милого маленького логотипу ...

[Відмова: Я ні використовував ці конденсатори, ні намагався перевірити претензію!]

Коротка примітка про те, "чому тантал замість великих MLCC":

MLCC з X5R та подібними діелектриками характеризуються з ухилом 0В. Однак, коли працює, наприклад, 100% від номінальної напруги, ефективна диференціальна потужність може становити лише 10% від номінальної (!). Особливо дуже маленькі ковпачки з високим значенням напруги показують різке зниження ємності при зміщенні.

Приклад 1: 0402 MLCC, X5R, 10 мкФ, 6,3 В: 3,5 мкФ, залишені приблизно при 3 В.

Приклад 2: 0402 MLCC, X5R, 2,2 мкФ, 25 В: 1,0 мкФ (!), Залишені приблизно 3 В.

Ці дані добре показані в онлайнових таблицях даних TDK.

Деякі додаткові речі з мого боку:
Так, можна констатувати, що танталові шапки в безпеці.
Вони не тільки використовуються в "грубому" середовищі споживчих портативних пристроїв (ноутбук, смартфон - я ніколи не чув про пожежу в смартфоні через ковпачки), але також використовуються в медичних імплантантах, таких як серцевий кардіостимулятор, кохлеарні імплантати або хребет стимулятори шнура.

Щодо надійності, то найсильніший вплив має робоча напруга (набагато більше, ніж температура). Коефіцієнт прискорення -
AF = exp {(V / VR-1) * 18.772} відповідно до такого документа NASA: https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20110015254.pdf

Для медичних імплантатів пропорція, запропонована, наприклад, Vishay, становить 40% (тому ви використовуєте кришку 16V для 10V або 10V для 6V застосувань). Відповідно до верхньої формули, збільшення тривалості життя - це коефіцієнт 1140.

Pls. завжди майте на увазі, що не існує системи, яка не вийде з ладу: єдине питання - це час накопичувальної помилки. Я склав магістерську дисертацію в Інфінеоні. Я думаю, що я можу згадати, що MOSFET в критичних для безпеки автомобільних системах мали дозволений коефіцієнт відмов 10ppm протягом 10,000hrs при роботі на max. умови (Температура та напруга)

Можливо, є додатки з обмеженим простором, де краще засмаги, але це приблизно все. Я уникаю засмаги, якщо можу. Загальні деталі виходять з ладу, випускаючи дим. Вони не люблять високих сплесків струму включення, що робить їх поганим вибором для більшості фільтруючих джерел живлення. Принаймні використовуйте частину найвищої напруги, яку можете. Вони не люблять підвищену вологість, яка може зашкодити самолікуванню. Кераміка стала кращою і може замінити їх у багатьох областях, як і алюміній.