Ouvi dizer que os capacitores de "tântalo sólido" são perigosos e podem causar incêndio, podem falhar em curto-circuito e são fatalmente sensíveis a picos de sobretensão muito curtos.
Os capacitores de tântalo são confiáveis?
Eles são seguros para uso em circuitos gerais e novos designs?
Respostas:
Resumo:
Os capacitores de tântalo "quando usados corretamente" são altamente confiáveis.
Eles têm a vantagem de alta capacitância por volume e boas características de desacoplamento devido à resistência interna relativamente baixa e baixa indutância em comparação com as alternativas tradicionais, como capacitores eletrolíticos úmidos de alumínio.
O 'catch' está no qualificador "quando usado corretamente".
Os capacitores de tântalo têm um modo de falha que pode ser acionado por picos de tensão apenas 'um pouco mais' do que o valor nominal. Quando usado em circuitos que podem fornecer energia substancial para a falha do capacitor, isso pode resultar em fuga térmica com chama e explosão do capacitor e em curto-circuito de baixa resistência dos terminais do capacitor.
Para serem "seguros", os circuitos em que eles são usados precisam ser rigorosamente projetados e as suposições do projeto precisam ser atendidas. Isso 'nem sempre acontece'.
Os capacitores de tântalo são 'seguros o suficiente' nas mãos de especialistas genuínos ou em circuitos pouco exigentes, e suas vantagens os tornam atraentes. Alternativas como capacitores de "alumínio sólido " têm vantagens semelhantes e não possuem o modo de falha catastrófica.
Muitos capacitores modernos de tântalo construíram mecanismos de proteção que implementam vários tipos de fusíveis, projetados para desconectar o capacitor de seus terminais quando ele falha e para limitar na maioria dos casos o carbonização de placas de circuito impresso .
Se 'quando', 'limite' e 'a maioria' são critérios aceitáveis de projeto e / ou você é um especialista em projeto e sua fábrica sempre faz tudo certo e seu ambiente de aplicação é sempre bem compreendido, os capacitores de tântalo podem ser uma boa opção para você .
Mais longo:
Capacitores sólidos de tântalo são potencialmente desastres esperando para acontecer.
Projeto e implementação rigorosos que garantem que seus requisitos sejam atendidos podem produzir projetos altamente confiáveis. Se você sempre garantir que suas situações do mundo real não têm exceções fora das especificações, os limites de tântalo também podem funcionar bem para você.
Alguns capacitores modernos de tântalo possuem mecanismos de mitigação de falhas (em oposição à prevenção) incorporados. Em um comentário sobre outra questão de troca de pilhas, Spehro observa:
A folha de dados das tampas Polymer-Tantalum da Kemet diz (em parte): "O KOCAP também exibe um modo de falha benigno que elimina as falhas de ignição que podem ocorrer nos tipos de tântalo MnO2 padrão".
Estranhamente, não consigo encontrar nada sobre o recurso "falha de ignição" em suas outras folhas de dados.
Os capacitores eletrolíticos de tântalo sólido tradicionalmente têm um modo de falha que torna seu uso questionável em circuitos de alta energia que não podem ou não foram projetados rigorosamente para eliminar qualquer perspectiva de que a tensão aplicada exceda a tensão nominal em mais de uma pequena porcentagem.
As tampas de tântalo são normalmente produzidas por sinterização de grânulos de tântalo para formar um todo contínuo com uma imensa área superficial por volume e, em seguida, formando uma fina camada dielétrica sobre a superfície externa por um processo químico. Aqui "fino" assume um novo significado - a camada é grossa o suficiente para evitar a ruptura na tensão nominal - e fina o suficiente para ser perfurada por tensões que não excedem em muito a tensão nominal. Para uma tampa com classificação de 10 V, por exemplo, a operação com os picos de 15V aplicados pode estar lá no jogo da roleta russa. Diferentemente das tampas eletrolíticas úmidas de Al, que tendem a se auto-curar quando a camada de óxido é perfurada, o tântalo tende a não se curar. Pequenas quantidades de energia podem levar a danos localizados e remoção do caminho de condução. Nos casos em que o circuito que fornece energia à tampa é capaz de fornecer energia substancial, a tampa é capaz de oferecer um curto-resistente de baixa resistência resistente e uma batalha começa. Isso pode causar cheiro, fumaça, chamas, ruído e explosão. Eu já vi tudo isso acontecer seqüencialmente em uma única falha. Primeiro, houve um mau cheiro intrigante por talvez 30 segundos. Em seguida, um barulho alto e estridente, depois um jato de fogo por talvez 5 segundos com um som gratificante e depois uma impressionante explosão. Nem todas as falhas são tão sensatamente satisfatórias. depois um jato de chamas por talvez 5 segundos com um som gratificante e depois uma impressionante explosão. Nem todas as falhas são tão sensatamente satisfatórias. depois um jato de chamas por talvez 5 segundos com um som gratificante e depois uma impressionante explosão. Nem todas as falhas são tão sensatamente satisfatórias.
Onde a ausência completa de picos de alta energia por sobretensão não pudesse ser garantida, o que seria o caso em muitos, se não na maioria dos circuitos de fonte de alimentação, o uso de tampas eletrolíticas sólidas de tântalo seria uma boa fonte de serviço (ou departamento urgente). Com base na referência de Spehro, Kemet pode ter removido os aspectos mais interessantes de tais falhas. Eles ainda alertam contra sobretensões mínimas.
Algumas falhas do mundo real:
Wikipedia - capacitores de tântalo
Kemet - notas de aplicação para capacitores de tântalo
AVX - regras de redução de tensão para capacitores sólidos de tântalo e nióbio
Por muitos anos, sempre que as pessoas solicitavam aos fabricantes de capacitores de tântalo recomendações gerais sobre o uso de seus produtos, o consenso era de que “um mínimo de 50% de redução de tensão deve ser aplicado”. Essa regra prática se tornou a diretriz de design mais prevalente para a tecnologia de tântalo. Este artigo revisita essa afirmação e explica, dada a compreensão da aplicação, por que esse não é necessariamente o caso.
Com a recente introdução das tecnologias de capacitores de nióbio e óxido de nióbio, a discussão sobre desclassificação também foi estendida a essas famílias de capacitores.
Vishay - capacitor sólido de tântalo FAQ
. QUAL É A DIFERENÇA ENTRE UM CAPACITOR DE Tântalo FUSADO (VISHAY SPRAGUE 893D) E PADRÃO NÃO FUSÍVEL (VISHAY SPRAGUE 293D E 593D)?
R. A série 893D foi projetada para operar em aplicações de alta corrente (> 10 A) e emprega um mecanismo de fusão "eletrônico". ... O fusível 893D não "abre" abaixo de 2 A porque o I2R está abaixo da energia necessária para ativar o fusível. Entre 2 e 3 A, o fusível acabará sendo ativado, mas poderá ocorrer um "carbonização" da placa de circuito e do capacitor. Em resumo, os capacitores 893D são ideais para circuitos de alta corrente onde a “falha” do capacitor pode causar falha no sistema.
Os capacitores do tipo 893D impedirão o "carbonamento" do capacitor ou da placa de circuito e geralmente impedirão qualquer interrupção do circuito que possa estar associada à falha do capacitor. Um capacitor em curto na fonte de energia pode causar transientes de corrente e / ou tensão que podem acionar o desligamento do sistema. O tempo de ativação do fusível 893D é suficientemente rápido na maioria dos casos para eliminar o consumo excessivo de corrente ou oscilações de tensão.
Guia de capacitores - capacitores de tântalo
Que cap-astrophe
Eu estava trabalhando em um fabricante que estava apresentando uma falha inexplicável no capacitor de tântalo. Não que os capacitores estivessem apenas falhando, mas a falha foi catastrófica e estava tornando os PCBs (placas de circuito impresso) não corrigíveis. Parecia não haver explicação. Não encontramos problemas de aplicação incorreta para este pequeno PCB de microcomputador dedicado. Pior ainda, o fornecedor nos culpou.
Fiz uma pesquisa na Internet sobre falhas no capacitor de tântalo e constatei que os pellets dos capacitores de tântalo contêm pequenos defeitos que devem ser eliminados durante a fabricação. Nesse processo, a tensão é aumentada gradualmente através de um resistor até a tensão nominal mais uma faixa de proteção. O resistor em série impede que fugas térmicas descontroladas destruam o pellet. Também aprendi que a soldagem de PCBs a altas temperaturas durante a fabricação causa tensões que podem causar microfraturas no interior do pellet. Essas microfraturas, por sua vez, podem levar à falha em aplicações de baixa impedância. As microfraturas também reduzem a classificação de tensão do dispositivo, para que a análise de falha indique uma falha clássica de sobretensão. ...
Palavras-chave:
AVX - aumento de capacitores sólidos de tântalo
Modos de falha e mecanismos em capacitores sólidos de tântalo - somente Sprague / IEEE. - ANTIGO 1963.
AVX - MODOS DE FALHA DE CAPACITORES DE Tântalo FEITO POR DIFERENTES TECNOLOGIAS - Idade? - por volta de 2001?
Efeito da umidade nas características dos capacitores sólidos de tântalo para montagem em superfície - NASA com assistência AVX - por volta de 2002?
Hearst - Como identificar componentes falsificados
Às vezes é fácil :-):
Adicionado 1/2016:
Palavras-chave:
Teste a polaridade reversa para capacitores padrão de latas de alumínio úmido.
Breve:
Para a polaridade correta, o potencial pode ser ~ = terra. Para polaridade reversa, é possível uma porcentagem significativa da tensão aplicada.
Um teste muito confiável na minha experiência.
Mais longo:
Há muito tempo, para as tampas de Al úmidas e molhadas, descobri um teste para inserção reversa que nunca vi mencionado em outro lugar, mas provavelmente é bem conhecido. Isso funciona para tampas que têm o metal acessível para teste - a maioria tem um ponto claro conveniente no centro superior devido à maneira como a manga é adicionada.
Ligue o circuito e meça as tensões do terra à lata de cada tampa. Este é um teste muito rápido, com um voltímetro -ve aterrado e fechando as latas.
Tampas de polaridade correta podem quase no chão.
As tampas de polaridade reversa têm latas com alguma fração do suprimento - talvez ~~~ = 50%.
Funciona de forma confiável na minha experiência.
Geralmente, você pode verificar o uso das marcas de lata, mas isso depende da orientação e do conhecimento serem claros. Embora isso seja geralmente consistente em um bom design, isso nunca é certo.
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Com o advento de capacitores cerâmicos compactos de alto valor e baixo custo (10uF e além, classificados em 6,3, 10, 16V e assim por diante), capacitores cerâmicos X5R e X7R (dielétricos razoáveis), parece haver muito menos razões para considerar os capacitores de tântalo.
Uma das diferenças é que as tampas de tântalo têm uma VHS da ordem dos ohms. Em alguns reguladores da LDO, essa é uma vantagem, pois a LDO não irá oscilar como uma banshee. Nesses casos, eu preferiria usar um capacitor de cerâmica e um resistor em série.
Em alguns circuitos analógicos sensíveis, acho que pode haver uma vantagem no tântalo sobre as tampas de cerâmica em microfones reduzidos (em tampas de cerâmica, devido à atividade piezoelétrica).
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Uma diretriz para usá-los: se a corrente através do limite for estritamente limitada em caso de falha, vá em frente.
Limitado a quê? Eu sugeriria 0.1A. Eu me sentiria desconfiado de usá-los para desacoplar um trilho de suprimento 1A ou superior e não os usaria pessoalmente em um suprimento de 10A. (Estive lá, vi os fogos de artifício; as fotos de Russell não exageram.) Devo dizer que não tenho provas concretas de uma corrente verdadeiramente "segura" e que comentários sobre esses números seriam bem-vindos.
Mas muitas fontes ou tensões de polarização em circuitos analógicos têm impedâncias de fonte relativamente altas ou correntes estritamente limitadas, e eu as usaria lá.
EDIT com base em novas informações (para mim!) ...
Pelo menos um fabricante está oferecendo capacitores de óxido de nióbio em embalagens muito semelhantes e faixa de valores e tensões. No que pode ser lido como uma admissão tácita dos problemas de tântalo descritos aqui, a folha de dados contém a declaração "O OxiCap® com falha não queima a tensão de categoria" e um pequeno logotipo bonitinho ...
[Isenção de responsabilidade: eu não usei esses capacitores nem tentei verificar a reivindicação!]
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Uma breve nota sobre "por que o tântalo em vez de grandes MLCCs":
MLCCs com X5R e dielétricos semelhantes são caracterizados com viés de 0V. No entanto, ao operar a, por exemplo, 100% da tensão nominal, a capacidade diferencial efetiva pode ser apenas 10% da tensão nominal (!). Especialmente tampas muito pequenas com classificação de alta tensão mostram uma queda drástica na capacidade quando polarizadas.
Exemplo 1: 0402 MLCC, X5R, 10 µF, 6,3V: 3,5 µF deixados a cerca de 3V.
Exemplo 2: 0402 MLCC, X5R, 2,2 µF, 25V: 1,0 µF (!) Deixados em cerca de 3V.
Esses dados são bem mostrados nas planilhas de dados on-line da TDK.
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why Tantalum instead of large MLCCs. Deve ser publicado lá, não em uma pergunta não relacionada.Algumas coisas adicionais do meu lado:
Sim, pode-se afirmar que Tantalum Caps é seguro.
Eles não são usados apenas no ambiente "difícil" de dispositivos portáteis de consumo (notebook, smartphone - nunca ouvi falar de um incêndio em um smartphone devido às tampas), mas também são utilizados em implantes médicos, como marcapassos cardíacos, implantes cocleares ou medula espinhal estimuladores de cordão umbilical.
Com relação à confiabilidade, a tensão operacional tem o maior impacto (muito mais que a temperatura). O fator de aceleração é
AF = exp {(V / VR-1) * 18.772}, de acordo com o seguinte documento da NASA: https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20110015254.pdf
Para implantes médicos, a redução proposta por exemplo, Vishay, é de 40% (portanto, você usaria uma tampa de 16V para 10V ou 10V para aplicações de 6V). De acordo com a fórmula superior, o aumento na vida útil é um fator de 1140.
Pls. lembre-se sempre de que não existe um sistema que não falhe: a única questão é a hora do erro cumulativo. Fiz minha tese de mestrado na Infineon. Acho que me lembro que os MOSFETs em sistemas automotivos críticos de segurança tinham uma taxa de falhas permitida de 10ppm em 10.000hrs quando operados no máximo. condições (Temp & tensão)
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Pode haver aplicativos com espaço limitado onde as bronzeadas são melhores, mas isso é tudo. Eu evito bronzear se eu puder. As partes comuns falham deixando o fumo sair. Eles não gostam de picos de corrente de alta tensão, tornando-os uma má escolha para a maioria dos filtros de fonte de alimentação. Pelo menos use a parte de maior tensão possível. Eles não gostam de alta umidade, o que pode prejudicar a autocura. A cerâmica melhorou e pode substituí-los em muitas aplicações, assim como os alumínio algumas vezes.
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