Qual é a classificação de tensão do capacitor mais baixa que é segura de usar?

Estou usando alguns capacitores de tântalo Case R (10uF 6.3v) como desacoplamento em massa na potência de 3.3v de um phy Ethernet de 100mbps. Também estou usando 0.1uF de cerâmica mais perto dos pinos.

Como de costume, sou muito pressionado por espaço na PCB e, portanto, gostaria de substituí-los por tampas de tamanho 0603. O problema é que eles são classificados apenas para 4v. Normalmente, eu sempre classificaria meus capacitores pelo dobro da tensão que eles jamais verão.

É provável que seja um problema se eu usar um capacitor de 4V em uma linha de 3,3v regulada?

O uso de tampas de tântalo para dissociação é uma tolice nas opções atuais. As tampas de cerâmica de 1 µF 6 V na embalagem 0603 são baratas e estão prontamente disponíveis. Isso seria melhor que 10 µF para desacoplar de qualquer maneira. Um 10 µF nos pontos de conexão da fonte de alimentação faz sentido, mas não para dissociação. Veja as plotagens de impedância de tampas de cerâmica de 100 nF, 1 µF e 10 µF nas folhas de dados de qualquer fabricante respeitável.

Tenha muito cuidado com as especificações dos seus bonés! Eles podem não ser o que afirmam ser.

Um problema com as tampas de cerâmica é que elas perdem capacitância à medida que a tensão aumenta. Por exemplo, esta tampa de cerâmica X5R da Venkel é classificada em 10 uF e 6,3v. O problema é que, em 6,3v, a capacitância real cai para apenas 2 uF! Isso é uma queda de 80%! Mesmo em 2.0v, você está perdendo 30% do valor avaliado.

Isso está documentado aqui , mas não se limita à Venkel. X7R, X5R e provavelmente outras tampas de cerâmica sofrem com isso até certo ponto. O COG / NPO não parece ter esse problema. Devo salientar que esse problema não foi listado na folha de dados geral do capacitor, mas apenas em um documento suplementar de "dados técnicos" que não estava localizado no mesmo local em sua página da web.

Sua pergunta básica, no entanto, é "quanto devo desclassificar" os capacitores. Obviamente, se você perguntar a 10 EE sobre isso, provavelmente obterá 15 respostas diferentes. Aqui estão minhas regras gerais ou diretrizes muito aproximadas.

• As tampas eletrolíticas de alumínio serão reduzidas para pelo menos 50% se a capacitância for crítica. Ou seja, usarei uma tampa de 25v em um trilho de 12,5v. Se a capacitância não for crítica, permitirei uma margem de tensão menor.

• As tampas de tântalo serão reduzidas para pelo menos 50% na maioria dos trilhos, independentemente do uso.

• Tampas de cerâmica acima de 10v serão reduzidas para 50%. Como a tensão cai abaixo de 10v, permitirei menos margem. Vou usar uma tampa de 4.6v em um trilho de 3.3v, por exemplo. Mas lembre-se do que eu já disse sobre tampas de cerâmica.

• Quanto menor o estresse em um boné, menor a margem que permitirei. Por exemplo, se um sinal apenas ocasionalmente for de 90v, mas estiver abaixo de 50v, então eu poderia usar uma tampa de cerâmica de 100v. Efeitos de temperatura, tensão, corrente e ESL / ESR contribuem para isso. Um limite com muito estresse terá muito mais margem.

• A redução de menos de 50% ocorre apenas se houver outros motivos para fazê-lo. Se custo, tamanho e outros fatores não entram em jogo, eu sempre desvalorizo ​​pelo menos 50%.

• Se um circuito é bem comportado e problemas de picos de tensão ou outro mau comportamento não são um problema, posso deixar menos margem.

Mas estas são apenas regras básicas. Você deve considerar cada caso separadamente e ponderar os prós e os contras.

Atualizar:

Aqui está alguma documentação do AVX. Está na página 3, sob o título "Dependência de polarização de DC". Observe que as curvas de voltagem versus capacitância do X7R são muito "melhores" do que a Venkel - por isso, se o valor do limite for realmente importante, faça a pesquisa e obtenha o limite desejado.

Além dos comentários de Olin sobre o tamanho - observe bem que um capacitor de tântalo em um circuito com qualquer tipo de "energia" presente é um desastre total esperando para acontecer.

Os capacitores de tântalo são extremamente propensos a perfurar a camada de isolamento em tensões apenas um pouco acima da tensão nominal, e NÃO são auto-reparáveis. Quando a camada é rompida, o capacitor descarrega a energia disponível e se autodestrói. O modo de falha normal é um curto metálico duro. Opcional ao longo do caminho são fumaça, cheiro, chama, som e explosão. Eu já vi ouvir e cheirar tudo isso em um único evento emocionante em uma ocasião.

Um pico de voltagem muito curto em um trilho de força que excede a classificação de tensão pode perfurar a camada de isolamento e permitir que a energia do trilho de força termine a tarefa.

Cerâmica: Observe que o efeito da temperatura varia com o grau. Também o microfonia mecânica é pior em graus de variação de temperatura ampla. Normalmente, não é um problema para desacoplar a energia.

Uma cerâmica de baixa qualidade (baixa tolerância à temperatura, também mecanicamente ruim) na entrada de um regulador pode "tocar" quando uma tensão de passo é aplicada (como na energia ligada) e pode destruir o regulador. Isso é incomum e facilmente protegido, mas precisa ser conhecido.

Se a cerâmica não atender às suas necessidades, por algum motivo, observe os capacitores sólidos de alumínio (ou seja, não eletrolítico). Eles são competitivos com o Tantalum em tamanho e custo de capacidade, mas não têm o modo de falha fatal do Tantalums.

A regra do tântalo é evitá-los, a menos que haja uma boa limitação de corrente. Ou pelo menos diminua a tensão em pelo menos 3: 1 (algumas pessoas dizem 4: 1), nem sempre é possível. Eu os usei bastante em fontes de alimentação na saída de um pequeno regulador, mas não na entrada.