Керамические (MLCC) и танталовые конденсаторы

С точки зрения разработчика электроники, но также принимая во внимание цену/стоимость и социальные соображения (см. ссылку на добычу и этику колтана ниже), я стараюсь во многих случаях избегать танталовых конденсаторов, отдавая предпочтение многослойным керамическим конденсаторам (MLCC) .

Мой вопрос прямо сформулирован: в каких конкретных случаях я должен быть осторожным и продолжать использовать танталовые конденсаторы? Мне (и наверняка другим дизайнерам) будут очень полезны всевозможные ответы и технические подходы к этому делу.

Некоторые конкретные аспекты, на которые стоит обратить внимание:

  • Эквивалентная схема серии.
  • Микрофоника. Насколько плохи MLCC в этом отношении?
  • Зависимость емкости от напряжения и температуры.
  • Режимы перенапряжения и отказа.
  • Продолжительность жизни и надежность.

Дополнительный контекст:

  • Я обращаюсь конкретно к технологии поверхностного монтажа (SMT), предполагая, что более 90% всех танталовых электролитических конденсаторов производятся в стиле SMD.
  • Я сосредоточусь здесь на продуктах потребительской электроники, выпускаемых большими объемами, отбрасывая особенно мощные электронные приложения, где могут применяться другие соображения. Я не исключаю схемы преобразования/управления питанием, где вышеизложенные соображения являются ключевыми для конденсаторов.
  • Подробнее о социальном влиянии Колтана можно прочитать в Википедии: https://en.wikipedia.org/wiki/Coltan_mining_and_ethics
Таким образом, в основном «когда технические потребности преобладают над моей этикой», что приводит к разным ответам для каждого человека, что приводит ни к чему другому, кроме мнений.
Когда вы говорите о потребительских электронных продуктах большого объема, каждая копейка на счету, только если ваша компания достаточно велика, чтобы сократить маржу, вы сможете использовать более дорогое решение.
«Я сосредоточусь здесь на крупносерийных продуктах бытовой электроники, отбрасывая конкретные приложения силовой электроники, где могут применяться другие соображения». Значит, вас не интересуют приложения для преобразования энергии и управления в потребительских товарах? Именно здесь выбор конденсатора является наиболее важным по многим из перечисленных вами причин.
Мое правило - никакого тантала. Период. Я разрабатываю портативные устройства с батарейным питанием для потребительского рынка. Если мне нужно больше 22 мкФ, я использую алюминиевый электролит. В большинстве случаев достаточно 22 мкФ. Это не обусловлено этикой. Это вызвано моими кошмарными воспоминаниями об огромном дефиците тантала в эпоху бума доткомов. Мои схемы не из тех, у которых были бы проблемы с микрофоном. Но я понимаю, что это может быть реальной проблемой в некоторых приложениях.
@mkeith: тогда ты не сможешь работать в Apple...
Если я пойду работать в Apple, и они захотят, чтобы я занимался дизайном из тантала, конечно, я это сделаю. У Apple есть возможность закупать детали там, где другие компании этого сделать не могут. Поставщики отдают приоритет Apple (даже перераспределяя поставки, обещанные другим компаниям). И у Apple есть маржа, которая может компенсировать высокие цены на тантал, если до этого дойдет. Хотя у них также есть возможность договориться о хороших ценах.
@mkeith Спасибо! Вы в основном резюмировали мое правило (MLCC до 20-22 мкФ, Alu для всего выше этого).
@ John-d Вы абсолютно правы. Мое утверждение о «приложениях силовой электроники» не очень ясно. Я хотел сказать, что меня не интересуют приложения высокой мощности. Но это не исключает схемы преобразования энергии, которые нужны практически везде. Я обновлю свой первоначальный вопрос.
Спасибо, что поделились информацией о добыче колтана. Очень поучительно.

Ответы (4)

Есть много заметок по этому поводу. Погуглите "танталовые конденсаторы против керамических".

Керамические конденсаторы лучше всего подходят для ESR и ESL. Так что они могут выдерживать огромные пульсирующие токи при меньшем повышении температуры в источниках питания. Точно так же они не влияют на качество сигнала в высокоскоростных системах (конденсаторы связи по переменному току). Но их характеристики смещения постоянного тока плохие. Например, 47 мкФ X5R 6,3 В составляет ~ 23 мкФ при 3,3 В. В некоторых случаях эти низкие ESR и ESL могут быть плохими. Например, некоторые преобразователи Buck, которые требуют достаточной пульсации на выходе, чтобы быть стабильными. И более низкий ESL будет реагировать с емкостями кабеля, вызывая ненужные колебания.

Танталовые конденсаторы известны своей объемной эффективностью и низкой стоимостью, но они склонны к выходу из строя из-за скачков тока. Существуют альтернативы, такие как POSCAP (полимерные конденсаторы).

введите описание изображения здесь

Спасибо за ваши полезные комментарии. Не могли бы вы указать источник ссылки на таблицу, которую вы приложили?
Google для «Тантала против керамических конденсаторов» 1-я или 2-я ссылка имеет этот PDF-файл, из которого я взял эту таблицу ... ....

Я мог бы добавить: Танты не любят приложений, где возможны высокие импульсные токи включения… выход регулятора да (ток ограничен)… вход регулятора нет (ток, вероятно, не ограничен). Это можно частично смягчить, максимально уменьшив напряжение, например, используя 35-вольтовый тант в 10-вольтовом приложении.

Мое решение использовать керамические или танталовые конденсаторы в большинстве случаев основано на стоимости. Когда мне нужны емкости больше 10 мкФ, керамические конденсаторы стоят дорого, а танталовые конденсаторы — хороший вариант.

Единственное место, где я видел их [лично] в продукте массового рынка в этом столетии, было в VCO [для беспроводной связи] беспроводного телефона Uniden.

Поскольку вы заинтересовали меня этим, я немного погуглил (для тантала и VCO) и нашел MAX2572EVKIT , который не очень древний (2004 г.) и имеет несколько танталовых колпачков в своей спецификации. Это GSM VCO. Также нашли разборку [довольно древнего] GSM-телефона, в нем нашли танталовые колпачки, но не говорят, в какой именно подсистеме.

Также нашел кое-что в даташите на HMC836LP6CE ; это не точно датировано, но номер версии выглядит как 2011 или 2012. Это 4G PLL / VCO , поэтому он не может быть невероятно древним. В ходе другого вскрытия некоторые из них были обнаружены на печатной плате iPhone 6 ; эти сделаны Ромом, их роль в телефоне там не указана, но заявлено, что это «самый дорогой конденсатор в iPhone 6».

Также обратите внимание на эту историю о возгорании танталовой крышки на GSM-модуле Arduino. Конечно, выбор деталей для щита Arduino, вероятно, осуществляется по гораздо более низким стандартам, чем у Apple...

Мне не совсем понятно, что вы подразумеваете под «отказом от конкретных приложений силовой электроники», но на случай, если другие заинтересованы в этом, некоторые из них также были обнаружены при разборке зарядного устройства для iPhone .

Спасибо за ваши полезные ссылки и отличный обзор! Вы правы, мое утверждение о "приложениях силовой электроники" не очень понятно. Я хотел сказать, что меня не интересуют приложения высокой мощности . Но это не исключает схемы преобразования энергии, которые нужны практически везде.
Керамические (MLCC) и танталовые конденсаторы
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v