He oído decir que los condensadores de "tantalio sólido" son peligrosos y pueden provocar un incendio, pueden fallar en caso de cortocircuito y son fatalmente sensibles incluso a picos de sobretensión muy cortos.
¿Son fiables los condensadores de tantalio?
¿Son seguros para su uso en circuitos generales y nuevos diseños?
Resumen:
"Los condensadores de tantalio son muy fiables cuando se utilizan correctamente.
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 "trampa" está en el calificativo "cuando se utiliza correctamente".
Los condensadores de tantalio tienen un modo de fallo que puede desencadenarse con picos de tensión sólo "ligeramente superiores" a su valor nominal. Cuando se utilizan en circuitos que pueden proporcionar una energía considerable al condensador, el fallo puede provocar un desbordamiento térmico con llama y explosión del condensador y un cortocircuito de baja resistencia en los terminales del condensador.
Para que sean "seguros", es necesario garantizar que los circuitos en los que se utilizan han sido diseñados rigurosamente y que se cumplen las hipótesis de diseño. Esto "no siempre ocurre".
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 fallo catastrófico.
Muchos condensadores de tantalio modernos llevan incorporados mecanismos de protección que implementan diversos tipos de fusibles, diseñados para desconectar el condensador de sus terminales cuando falla y a límite Carbonización de PCB en más casos.
Si "cuando", "límite" y "la mayoría" son criterios de diseño aceptables y/o usted es un experto en diseño y su fábrica siempre lo hace todo bien y su entorno de aplicación siempre es bien entendido, entonces los condensadores de tantalio pueden ser una buena opción para usted.
Más largo:
Los condensadores de tantalio sólido son potencialmente un desastre a punto de ocurrir.
Un diseño y una implementación rigurosos que garanticen el cumplimiento de sus requisitos pueden producir diseños altamente fiables. Si sus situaciones del mundo real están siempre garantizadas para no tener excepciones fuera de las especificaciones, entonces los tapones de tantalio también pueden funcionar bien para usted.
Algunos condensadores de tantalio modernos llevan incorporados mecanismos de mitigación de fallos (en lugar de prevención). En un comentario sobre otra pregunta de intercambio de pilas Notas de Spehro:
Extrañamente, no encuentro nada sobre la función de "fallo de encendido" en sus otras hojas de datos.
Los condensadores electrolíticos de tantalio sólido han tenido tradicionalmente un modo de fallo que hace que su uso sea cuestionable en circuitos de alta energía que no pueden ser o no han sido diseñados rigurosamente para eliminar cualquier perspectiva de que la tensión aplicada supere la tensión nominal en más de un pequeño porcentaje.
Las tapas de tantalio se fabrican normalmente sinterizando gránulos de tantalio para formar un conjunto continuo con una inmensa superficie por volumen y formando después una fina capa dieléctrica sobre la superficie exterior mediante un proceso químico. En este caso, el término "fino" adquiere un nuevo significado: la capa es lo suficientemente gruesa como para evitar que se rompa a la tensión nominal, y lo suficientemente fina como para que sea perforada por tensiones que no superen ampliamente la tensión nominal. Para un tapón de, por ejemplo, 10 V, el funcionamiento con picos de 15 V puede ser como jugar a la ruleta rusa. A diferencia de los tapones electrolíticos húmedos de Al, que tienden a autocurarse cuando se perfora la capa de óxido, el tántalo tiende a no curarse. Pequeñas cantidades de energía pueden provocar daños localizados y la eliminación de la vía de conducción. Cuando el circuito que suministra energía al tapón es capaz de proporcionar una energía considerable, el tapón es capaz de ofrecer un cortocircuito de baja resistencia correspondiente y comienza la batalla. Esto puede provocar olor, humo, llamas, ruido y explosión. He visto que todo esto ocurre secuencialmente en un solo fallo. Primero hubo un desconcertante mal olor durante unos 30 segundos. A continuación, un fuerte chillido, luego un chorro de llamas durante unos 5 segundos con un gratificante sonido y, por último, una impresionante explosión. No todas las averías son tan satisfactorias desde el punto de vista sensorial.
Cuando no se pueda garantizar la ausencia total de picos de alta energía por sobretensión, lo que ocurriría en muchos, si no en la mayoría, de los circuitos de alimentación, el uso de tapones electrolíticos sólidos de tantalio sería una buena fuente de llamadas al servicio (o a los bomberos). Basándose en la referencia de Spehro, es posible que Kemet haya eliminado los aspectos más excitantes de estos fallos. Siguen advirtiendo de las sobretensiones mínimas.
Algunos fracasos del mundo real:
Wikipedia - condensadores de tantalio
Kemet - notas de aplicación para condensadores de tantalio
AVX - reglas de reducción de tensión para condensadores de tantalio y niobio sólidos
Con la reciente introducción de las tecnologías de condensadores de niobio y óxido de niobio el debate sobre la reducción de potencia se ha extendido también a estas familias de condensadores.
Vishay - condensador de tantalio sólido FAQ
A. La serie 893D ha sido 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 la I2R está por debajo de la energía necesaria para activar el fusible. Entre 2 y 3 A, el fusible se activará finalmente, pero puede producirse una "carbonización" del condensador y de la placa de circuito. "de la placa de circuito. En resumen, los condensadores 893D son ideales para los circuitos de alta corriente en los que el "fallo" del condensador puede causar el fallo del sistema.
Los condensadores del tipo 893D evitan la "carbonización" del condensador o de la placa de circuito y, por lo general, evitan cualquier interrupción del circuito que pueda asociarse con el fallo del condensador. Un condensador "cortocircuitado" a través de la fuente de alimentación puede provocar transitorios de corriente y/o tensión que pueden desencadenar el apagado del sistema. El tiempo de activación del fusible del 893D es lo suficientemente rápido en la mayoría de los casos para eliminar el drenaje excesivo de corriente o las oscilaciones de tensión.
Guía de condensadores - condensadores de tantalio
He investigado en Internet sobre los fallos de los condensadores de tantalio y he descubierto que las pastillas de los condensadores de tantalio contienen pequeños defectos que deben eliminarse durante la fabricación. En este proceso, la tensión se aumenta gradualmente a través de una resistencia hasta la tensión nominal más una banda de guarda. La resistencia en serie evita que el desbordamiento térmico incontrolado destruya el pellet. También aprendí que soldar las placas de circuito impreso a altas temperaturas durante la fabricación provoca tensiones que pueden causar microfracturas en el interior de la pastilla. Estas microfracturas pueden provocar fallos en aplicaciones de baja impedancia. Las microfracturas también reducen la tensión nominal del dispositivo, por lo que el análisis de fallos indicará el clásico fallo por sobretensión. ...
Relacionado con esto:
AVX - aumento de los condensadores de tantalio sólido
Modos y mecanismos de fallo en los condensadores de tantalio sólido - Sprague / IEEE sólo resumen. - ANTIGUO 1963.
AVX - MODOS DE FALLO DE LOS CONDENSADORES DE TANTALIO FABRICADOS POR DIFERENTES TECNOLOGÍAS - ¿Edad? - ¿alrededor de 2001?
Efecto de la humedad en las características de los condensadores de tantalio sólido de montaje superficial Capacitores - La NASA con la ayuda de AVX - ¿alrededor de 2002?
Hearst - Cómo detectar componentes falsificados
A veces es fácil :-) :
Añadido 1/2016:
Relacionado con esto:
Prueba de polaridad inversa para condensadores estándar de lata metálica de aluminio húmedo.
Breve:
Para la polaridad correcta el potencial de la lata es ~= tierra. Para la polaridad inversa, el potencial de la lata es un porcentaje significativo de la tensión aplicada.
Una prueba muy fiable según mi experiencia.
Más largo:
Para los tapones de Al húmedos estándar descubrí hace tiempo una prueba de inserción inversa que no he visto mencionada en ningún otro sitio, pero que probablemente sea lo suficientemente conocida. Esto funciona para los tapones que tienen la lata de metal accesible para la prueba - la mayoría tiene un punto claro conveniente en el centro superior debido a la forma en que se añade el manguito.
Encienda el circuito y mida los voltajes de tierra a la lata de cada tapón. Se trata de una prueba muy rápida con un voltímetro -el cable negativo conectado a tierra y la cremallera alrededor de las latas.
Los tapones de polaridad correcta tienen lata casi a tierra.
Los tapones de polaridad inversa tienen latas a alguna fracción de la alimentación - quizás ~~~= 50%.
Funciona de forma fiable según mi experiencia.
Por lo general, se puede comprobar utilizando las marcas de las latas, pero esto depende de que la orientación prevista sea conocida y clara. Aunque esto suele ser consistente en un buen diseño, nunca es seguro.
@jippie - gracias - sí, había una sola errata ahí, pero hacía parecer que había varias seguidas ya que la frase entonces 'no escaneaba'. Me imagino que habrá más errores tipográficos. Nuestros cerebros tienden a pasar por encima de ellas al principio, y más aún cuando uno es el escritor. Aquí "stp" debería haber dicho "to". (Imagino que la "s" añadida se debe a que la "d" está demasiado a la izquierda, y la "p" está a la derecha de la "o". Por tanto, [S]T[o->P]. También "oler" significa "crear un mal olor" y esto es menos obvio con la errata.
Una pauta para utilizarlos: si la corriente que pasa por el tapón está estrictamente limitada en caso de avería, adelante.
¿Limitado a qué? Yo sugeriría 0,1A. Yo desconfiaría de utilizarlos para desacoplar un raíl de alimentación de 1A o superior, y personalmente no los utilizaría en una alimentación de 10A. (He estado allí, he visto los fuegos artificiales; las fotos de Russell no exageran.) Tengo que decir que no tengo ninguna prueba sólida de una corriente verdaderamente "segura" y los comentarios sobre estas cifras serían bienvenidos.
Pero muchas fuentes o tensiones de polarización en los circuitos analógicos tienen impedancias de fuente relativamente altas o corrientes estrictamente limitadas, y yo las utilizaría allí.
EDITADO en base a información nueva (¡para mí!) ...
Al menos un fabricante ofrece Óxido de niobio condensadores en envases y gama de valores y tensiones muy similares. En lo que podría leerse como una admisión tácita de los problemas del tantalio descritos aquí, el hoja de datos contiene la afirmación "El OxiCap® fallado no se quemará hasta el voltaje de la categoría" y un simpático logotipo...
[Descargo de responsabilidad: no he utilizado estos condensadores ni he intentado verificar la afirmación].
Aunque un fallo puede no ser tan impresionantemente destructivo sin la característica de "encendido", tengo que señalar que sigue siendo un fallo. Sin embargo, si la corriente está realmente limitada a sólo tal vez 50-100mA, puede no fallar. Pero eso significa que su uso en aplicaciones de bypass es bastante limitado.
Con la llegada de condensadores cerámicos compactos y económicos de alto valor (10uF y más, con valores de 6,3, 10, 16V, etc.) X5R y X7R (dieléctricos razonables) parece haber muchas menos razones para considerar los condensadores de tantalio.
Una de las diferencias es que las cápsulas de tantalio tienen una ESR del orden de los ohmios. En algunos reguladores LDO, esto es una ventaja, ya que el LDO no oscilará como un banshee. En estos casos, prefiero utilizar un condensador cerámico y una resistencia en serie.
En algunos circuitos analógicos sensibles, creo que puede haber una ventaja de los tántalos sobre las tapas de cerámica en la reducción de los microfónicos (en las tapas de cerámica, debido a la actividad piezoeléctrica).
Los LDOs recientes (de los últimos 10 años más o menos) han sido diseñados con tapas cerámicas y son generalmente estables con una tapa de salida de 0 ESR. Hay que tener cuidado de que alguien en su organización no intente ahorrarse unos cuantos m$ y consiga un lote barato de LDOs antiguos diseñados para cápsulas de tantalio que dependen de una ESR mínima.
Una breve nota sobre "por qué el tantalio en lugar de los grandes MLCC":
Los MLCC con X5R y dieléctricos similares se caracterizan a 0V de polarización. Sin embargo, cuando funcionan, por ejemplo, al 100% de la tensión nominal, la capacidad diferencial efectiva puede ser sólo el 10% de la nominal (¡!). Especialmente los tapones muy pequeños con alta tensión nominal muestran una dramática disminución de la capacidad cuando están polarizados.
Ejemplo 1: 0402 MLCC, X5R, 10µF, 6,3V: 3,5µF se deja a unos 3V.
Ejemplo 2: 0402 MLCC, X5R, 2,2µF, 25V: 1,0µF (¡!) queda a unos 3V.
Estos datos se muestran bien en las hojas de datos en línea de TDK.
En el futuro, por favor, evite los párrafos grandes. Es mucho más fácil leer una serie de párrafos pequeños y es más probable que reciba votos positivos. Por ejemplo, "Ejemplos" podría haber sido el comienzo de un nuevo párrafo, ayudando a que se destaque con su propio contenido y contexto.
Aunque esta respuesta tiene información útil, no responde a ninguna de las preguntas. Está fuera del tema como respuesta, y sería mejor como un comentario a una de las otras respuestas, o como una respuesta a otra pregunta.
@pipe Considero que esta respuesta es una adición útil. A menudo se nos dice que los comentarios tienden a ser eliminados con el tiempo e idealmente no deben contener contenido sustantivo. | Con la disponibilidad de condensadores cerámicos de gran capacidad se han convertido en una alternativa atractiva a los condensadores de tantalio en algunos casos - Jurgen señala por qué pueden ser menos adecuados como alternativa de lo que parece.
Algunas cosas adicionales de mi parte:
Sí, se puede afirmar que los tapones de tantalio son seguros.
No sólo se utilizan en el "duro" entorno de los dispositivos portátiles de consumo (portátil, smartphone - nunca he oído hablar de un incendio en un smartphone debido a las tapas), sino que también se utilizan en implantes médicos como marcapasos cardíacos, implantes cocleares o estimuladores de la médula espinal.
En cuanto a la fiabilidad, la tensión de funcionamiento es la que más influye (mucho más que la temperatura). El factor de aceleración es
AF=exp{(V/VR-1)*18.772} según el siguiente documento de la NASA: https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20110015254.pdf
Para los implantes médicos, la reducción de potencia propuesta, por ejemplo, por Vishay, es del 40% (por lo que se utilizaría una tapa de 16 V para aplicaciones de 10 V o de 10 V para aplicaciones de 6 V). Según la fórmula superior, el aumento de la vida útil es un factor de 1140.
Por favor, tenga siempre presente que no hay ningún sistema que no falle: La única cuestión es el tiempo del error acumulado. Hice mi tesis de maestría en Infineon. Creo recordar que los MOSFETs dentro de los sistemas automotrices de seguridad crítica tenían una tasa de falla permitida de 10ppm dentro de 10.000hrs cuando se operaba en condiciones máximas (temperatura y voltaje)
No estoy en desacuerdo con tus premisas generales, pero tampoco dices nada técnico que contradiga lo que he dicho. Tu afirmación inicial de que son seguros es "susceptible" de inducir a error a las personas que no profundizan lo suficiente para entender tu fórmula, útil y suficientemente clara pero fácil de hojear. [La constante debería ser ~= 18.8 y no ~= 18800. ] Las implicaciones son que al 90% de la tensión nominal un Tcap tiene una "tasa de aceleración" de fallos de 0,15 y al 110% de la tensión nominal AccRate = 6,5. Un cambio en un factor de 6,5/0,15 = 43:1 cuando Vapplied pasa del 90% al 110% de Vrated.
Los 3 primeros párrafos de mi respuesta cubren completamente lo que dices sobre el uso profesional y el diseño "experto" adecuado. Observo que el riesgo de fracaso aumenta enormemente a medida que se sobrepasa el Vrated en pequeñas cantidades, y el documento extremadamente interesante y útil que has citado lo confirma. Tu respuesta es útil, pero mucha gente podría leerla fácilmente y sacar la conclusión contraria a la correcta. La reducción de tensión del 40% que sugieres parece sensata. (Obtengo un factor de mejora de 1825 a V=60% de Vr y ~= 12.000 al 50% de Vr. (Y un factor de +12.000 al 150% de Vr :-) ).
AF=exp{(V/VR-1)*18,772} -> Mejor escrito como, por ejemplo, AF=exp[(V-VR)/VR*18,8] ya que, aunque (V/VR-1) SÍ significa ((V/VR)-1), como indican las reglas de precedencia de los operadores estándar, puede haber dudas de que esto sea así en la inspección. | Además, la constante se escribió originalmente como "18,772", donde el "," era un punto decimal, es decir, 18,772 o ~= 18,8. Esto puede deberse al uso de "," como una coma intencionada, lo cual es peligroso en un sitio internacional. Si se utiliza correctamente la fórmula proporcionada es útil e interesante. Tenga en cuenta que el valor "verdadero" de k puede variar entre 10 y 28 y que 18,77 es el valor de compromiso de Mil Spec.
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Los condensadores de tantalio son seguros si se utilizan correctamente, pero hoy en día son un poco tontos en los nuevos diseños. Entre la cerámica multicapa y el aluminio sólido, hay realmente muy pocas razones para utilizar un tantalio en un nuevo diseño hoy en día.
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Alguien ha votado en contra de esto. Se planteó como una pregunta tutorial para dar la respuesta que aparece a continuación (que es un método aprobado por Stack Exchange para crear un tutorial). Teniendo en cuenta los 41 votos positivos de la pregunta y los 54 votos positivos de la respuesta, yo sugeriría que el único votante negativo "tiene problemas".
1 votos
Hace tiempo que voté tanto la pregunta como la respuesta, pero hay algunos aquí que votan a la baja este tipo de preguntas por razones desconocidas. Como ya te habrás dado cuenta, una vez que consigues una alta reputación, tienes una diana en la espalda, y la gente votará a la baja tus mensajes por las razones más insignificantes o "porque sí". Por ejemplo, véase electronics.stackexchange.com/q/34745/4512 . Es una pregunta y respuesta muy parecida a esta, con la pregunta obteniendo 4 downvotes y la respuesta 1. Afortunadamente eso es minúsculo en el conjunto de la reputación. Esto continuará mientras un downvoting aquí es anónimo.