Condensatori in ceramica (MLCC) contro tantalio

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Dal punto di vista di un progettista di elettronica, ma tenendo anche conto del rapporto prezzo / costo e delle considerazioni sociali (vedi il link sull'etica e l'estrazione di Coltan di seguito), tendo a evitare i condensatori di tantalio in molte circostanze, favorendo al contempo i condensatori ceramici multistrato (MLCC) .

La mia domanda, dichiaratamente dichiarata, è: in quali casi specifici devo stare attento e continuare a usare condensatori al tantalio? Ogni sorta di risposte e approcci tecnici a questo argomento saranno molto utili per me (e sicuramente per altri designer).

Alcuni aspetti specifici da esaminare:

Circuito equivalente in serie.
Microfonicità. Quanto male sono davvero gli MLCC al riguardo?
Dipendenza di capacità con tensione e temperatura.
Modalità di sovratensione e guasto.
Aspettativa di vita e affidabilità.

Contesto aggiuntivo:

Mi rivolgo specificamente alla tecnologia Surface Mount (SMT), supponendo che oltre il 90% di tutti i condensatori elettrolitici al tantalio siano fabbricati in stile SMD.
Mi sto concentrando qui su prodotti di elettronica di consumo ad alto volume, scartando applicazioni di elettronica ad alta potenza, dove potrebbero essere applicate altre considerazioni. Non escludo i circuiti di conversione / gestione della potenza, in cui le considerazioni di cui sopra sono fondamentali per i condensatori.
Puoi leggere di più sull'impatto sociale di Coltan su Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Coltan_mining_and_ethics

— jose.angel.jimenez
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Quindi, fondamentalmente, "quando le esigenze tecniche prevalgono sulla mia etica", il che porta a una risposta diversa per ogni persona che non porta a nient'altro che alle opinioni.

— PlasmaHH,

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"Mi sto concentrando qui su prodotti di elettronica di consumo ad alto volume, scartando in particolare le applicazioni di elettronica di potenza, dove potrebbero essere applicate altre considerazioni." Quindi non sei interessato alla conversione di potenza e alle applicazioni di gestione dei prodotti di consumo? Ecco dove la scelta del condensatore è più critica per molte delle ragioni che hai elencato.

— John D,

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La mia regola non è tantalio. Periodo. Progetto prodotti portatili alimentati a batteria per il mercato consumer. Se ho bisogno di più di 22 uF, utilizzo l'alluminio elettrolitico. Il più delle volte 22 uF è sufficiente. Questo non è guidato dall'etica. È guidato dai miei ricordi da incubo della grande carenza di tantalio durante l'era del boom delle dotcom. I miei circuiti non sono del tipo che avrebbe problemi con la microfonia. Ma la mia comprensione è che può essere un vero problema in alcune applicazioni.

— mkeith,

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Se vado a lavorare in Apple e loro vogliono che io disegni in tantalio, ovviamente lo farò. Apple ha la capacità di procurarsi parti quando altre aziende non possono. I fornitori danno priorità ad Apple (anche disallocando l'offerta promessa ad altre società). E Apple ha margini che possono assorbire alti prezzi al tantalio se dovesse arrivare a questo. Anche se hanno anche la possibilità di negoziare buoni prezzi.

— mkeith,

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@ John-d Hai assolutamente ragione. La mia affermazione sulle "applicazioni dell'elettronica di potenza" non è molto chiara. Intendevo dire che non ero interessato ad applicazioni ad alta potenza. Ma ciò non esclude i circuiti di conversione di potenza, che sono praticamente necessari ovunque. Aggiornerò la mia domanda originale.

— jose.angel.jimenez,

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Ci sono molte note applicative su questo. Google per "Condensatori al tantalio vs ceramica".

I condensatori ceramici sono i migliori per ESR ed ESL. In modo che possano gestire enormi correnti di ondulazione a un minor aumento della temperatura negli alimentatori. Allo stesso modo, non disturbano la qualità del segnale nei sistemi ad alta velocità (condensatori di accoppiamento CA). Ma le loro caratteristiche di polarizzazione DC sono scarse. Come un 47uF X5R 6.3V è ~ 23uF @ 3.3V. Questo ESR basso ed ESL possono essere cattivi in alcuni casi. Ad esempio, alcuni convertitori Buck che richiedono un'ondulazione sufficiente sull'uscita per essere stabili. Inoltre, un ESL inferiore reagirà con le capacità dei cavi per fornire oscillazioni non necessarie.

I condensatori al tantalio sono noti per efficienza volumetrica e costi economici, ma sono soggetti a guasti dovuti a correnti di sovracorrente. Esistono alternative come POSCAP (condensatori polimerici).

— user19579
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Grazie per i tuoi utili commenti. Puoi, per favore, indicare la fonte di riferimento della tabella che hai allegato?

— jose.angel.jimenez,

google per "Tantalum vs condensatori ceramici" 1 ° o 2 ° link ha questo pdf da cui ho preso questa tabella ... ....

— user19579

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Potrei aggiungere: alle tende non piacciono le applicazioni in cui sono possibili alte correnti di sovracorrente ... uscita di un regolatore sì (la corrente è limitata) ... ingresso a un regolatore no (la corrente probabilmente non è limitata). Ciò può essere in parte mitigato declassando la tensione il più possibile, usando ad esempio un 35v in un'applicazione da 10 volt.

— Robert Endl
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La mia decisione di utilizzare condensatori ceramici o al tantalio nella maggior parte dei casi si basa sul costo. Quando ho bisogno di capacità superiori a 10 uF, i condensatori ceramici sono costosi e i condensatori al tantalio sono una buona opzione.

— Gabriel Rezende Germanovix
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L'unico posto in cui li ho visti [personalmente] in un prodotto del mercato di massa questo secolo era nel VCO [per il wireless] di un telefono cordless Uniden.

Da quando mi hai incuriosito, ho fatto un po 'di ricerche su Google (per tantalio e VCO) e ho trovato MAX2572EVKIT che non è terribilmente antico (2004), e ha alcune capsule di tantalio nella sua distinta base. Questo è un VCO GSM. Hanno anche trovato uno smontaggio di un telefono GSM [piuttosto antico], e hanno trovato in esso dei tappi di tantalio, ma il non dire in quale sottosistema.

Ne ho anche trovati alcuni nel foglio dati di HMC836LP6CE ; questo non è chiaramente datato, ma il numero di revisione è simile al 2011 o al 2012. Questo è un PLL / VCO 4G, quindi non può essere incredibilmente antico. Un altro smontaggio ne ha trovati alcuni sul PCB dell'iPhone 6 ; quelli realizzati da Rohm, il loro ruolo nel telefono non è stato dichiarato lì, ma ha affermato di essere "il condensatore più costoso di iPhone 6".

Nota anche questa storia per un tappo di tantalio su un modulo GSM Arduino che prende fuoco. Naturalmente, la selezione delle parti per uno scudo Arduino è probabilmente fatta a standard molto più bassi di quelli di Apple ...

Non mi è del tutto chiaro cosa intendi per "scartare applicazioni di elettronica di potenza", ma nel caso in cui altri siano interessati a questo, alcuni sono stati trovati anche in uno smontaggio di un caricabatterie per iPhone .

— effervescenza
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Grazie per i tuoi link utili e grande intuizione! Hai ragione, la mia affermazione sulle "applicazioni dell'elettronica di potenza" non è molto chiara. Intendevo dire che non ero interessato ad applicazioni ad alta potenza . Ma ciò non esclude i circuiti di conversione di potenza, che sono praticamente necessari ovunque.

— jose.angel.jimenez,