Các tụ điện tantalum có an toàn để sử dụng trong các thiết kế mới không?

Tôi đã nghe nói rằng các tụ điện "tantalum rắn" rất nguy hiểm và có thể gây ra hỏa hoạn, có thể bị đoản mạch và rất nhạy cảm với các xung điện áp rất ngắn.

Là tụ điện tantalum đáng tin cậy?

Chúng có an toàn để sử dụng trong các mạch chung và thiết kế mới không?

Tóm lược:

"Khi được sử dụng đúng cách" tụ tantalum có độ tin cậy cao.
Chúng có lợi thế về điện dung cao trên mỗi thể tích và đặc tính tách riêng tốt do điện trở trong tương đối thấp và độ tự cảm thấp so với các giải pháp thay thế truyền thống như tụ điện điện phân nhôm ướt.

'Bắt' nằm trong vòng loại "khi được sử dụng đúng cách".
Tantalum tụ điện có chế độ thất bại có thể được kích hoạt bởi các xung điện áp chỉ "nhiều hơn một chút" so với giá trị định mức của chúng. Khi được sử dụng trong các mạch có thể cung cấp năng lượng đáng kể cho sự cố tụ điện có thể dẫn đến sự thoát nhiệt với ngọn lửa và vụ nổ của tụ điện và ngắn mạch điện trở thấp của các cực của tụ điện.

Để "an toàn", các mạch mà chúng được sử dụng cần phải được đảm bảo được thiết kế nghiêm ngặt và các giả định thiết kế cần phải được đáp ứng. Điều này 'không phải lúc nào cũng xảy ra'.
Tantalum tụ điện 'đủ an toàn' trong tay của các chuyên gia chính hãng, hoặc trong các mạch không suy giảm, và lợi thế của chúng làm cho chúng hấp dẫn. Các lựa chọn thay thế như tụ điện "nhôm nguyên khối " có những ưu điểm tương tự và thiếu chế độ hỏng nghiêm trọng.

Nhiều tụ điện tantali hiện đại đã được xây dựng trong cơ chế bảo vệ mà thực hiện nung chảy của các loại khác nhau, được thiết kế để ngắt kết nối các tụ điện từ thiết bị đầu cuối của nó khi nó không thành công và hạn chế charring pcb trong hầu hết các trường hợp.
Nếu 'khi', 'giới hạn' và 'nhất' là tiêu chí thiết kế có thể chấp nhận được và / hoặc bạn là chuyên gia thiết kế và nhà máy của bạn luôn có mọi thứ đúng và môi trường ứng dụng của bạn luôn được hiểu rõ, thì tụ điện tantalum có thể là một lựa chọn tốt cho bạn .

Lâu hơn:

Tụ điện rắn Tantalum là những thảm họa tiềm tàng đang chờ xảy ra.
Thiết kế nghiêm ngặt và thực hiện đảm bảo rằng các yêu cầu của họ được đáp ứng có thể tạo ra các thiết kế có độ tin cậy cao. Nếu các tình huống trong thế giới thực của bạn luôn được đảm bảo không có ngoại lệ cụ thể thì mũ tantalum cũng có thể hoạt động tốt cho bạn.

Một số tụ điện tantalum hiện đại có cơ chế giảm thiểu thất bại (trái ngược với phòng ngừa) được xây dựng. Trong một nhận xét về một câu hỏi trao đổi ngăn xếp khác Spehro lưu ý:

• Bảng dữ liệu cho mũ polymer-Tantalum của Kemet nói (một phần): "KOCAP cũng thể hiện chế độ thất bại lành tính giúp loại bỏ các lỗi đánh lửa có thể xảy ra trong các loại tantalum MnO2 tiêu chuẩn.".

  Thật kỳ lạ, tôi không thể tìm thấy gì về tính năng "lỗi đánh lửa" trong các bảng dữ liệu khác của họ.

Theo truyền thống, các tụ điện điện Tantalum rắn thường có chế độ thất bại khiến cho việc sử dụng chúng bị nghi ngờ trong các mạch năng lượng cao không thể hoặc không được thiết kế nghiêm ngặt để loại bỏ bất kỳ triển vọng nào của điện áp ứng dụng vượt quá điện áp định mức hơn một tỷ lệ nhỏ.

Mũ tantalum thường được tạo ra bằng cách thiêu kết các hạt tantalum với nhau để tạo thành một tổng thể liên tục với diện tích bề mặt lớn trên mỗi thể tích và sau đó tạo thành một lớp điện môi mỏng trên bề mặt bên ngoài bằng một quá trình hóa học. Ở đây "mỏng" mang một ý nghĩa mới - lớp này đủ dày để tránh sự cố ở điện áp định mức - và đủ mỏng để nó được xuyên qua bởi các điện áp không vượt quá điện áp định mức. Đối với giới hạn được xếp hạng 10 V, hoạt động với các xung 15V được áp dụng có thể được thực hiện ngay trên đó khi chơi Russian Roulette. Không giống như mũ điện phân ướt Al có xu hướng tự lành khi lớp oxit bị thủng, tantalum có xu hướng không lành. Một lượng nhỏ năng lượng có thể dẫn đến thiệt hại cục bộ và loại bỏ đường dẫn. Khi mạch cung cấp năng lượng cho nắp có thể cung cấp năng lượng đáng kể, nắp có thể cung cấp điện trở thấp tương ứng kháng thấp và một trận chiến bắt đầu. Điều này có thể dẫn đến mùi, khói, lửa, tiếng ồn và vụ nổ. Tôi đã thấy tất cả những điều này xảy ra tuần tự trong một thất bại duy nhất. Đầu tiên có một mùi hôi khó hiểu trong khoảng 30 giây. Sau đó là một tiếng rít chói tai, sau đó là một luồng lửa trong khoảng 5 giây với âm thanh wooshing hài lòng và sau đó là một vụ nổ ấn tượng. Không phải tất cả các thất bại là rất thỏa mãn. sau đó là một luồng lửa trong khoảng 5 giây với âm thanh wooshing hài lòng và sau đó là một vụ nổ ấn tượng. Không phải tất cả các thất bại là rất thỏa mãn. sau đó là một luồng lửa trong khoảng 5 giây với âm thanh wooshing hài lòng và sau đó là một vụ nổ ấn tượng. Không phải tất cả các thất bại là rất thỏa mãn.

Trong trường hợp không có sự đảm bảo hoàn toàn của các xung năng lượng cao quá áp không thể được đảm bảo, đó sẽ là trường hợp trong nhiều trường hợp nếu không phải hầu hết các mạch cung cấp điện, sử dụng các nắp điện phân rắn tantalum sẽ là một nguồn dịch vụ tốt (hoặc bộ phận thảm khốc). Dựa trên tài liệu tham khảo của Spehro, Kemet có thể đã loại bỏ các khía cạnh thú vị hơn của những thất bại đó. Họ vẫn cảnh báo chống lại các cuộc nổi loạn tối thiểu.

Một số thất bại trong thế giới thực:

Wikipedia - tụ điện tantali

• Hầu hết các tụ điện tantali là các thiết bị phân cực, với các cực dương và cực âm rõ rệt. Khi bị phân cực ngược (thậm chí ngắn gọn), tụ điện khử cực và lớp oxit điện môi bị phá vỡ, điều này có thể khiến nó bị hỏng ngay cả khi sau đó hoạt động với cực đúng. Nếu sự cố là ngắn mạch (sự cố phổ biến nhất) và dòng điện không bị giới hạn ở giá trị an toàn, thì sự thoát nhiệt thảm khốc có thể xảy ra (xem bên dưới).

Kemet - ghi chú ứng dụng cho tụ điện tantali

• Đọc phần 15., trang 79 và bỏ đi bằng tay.

AVX - quy tắc giảm điện áp cho tụ điện tantalum và niobi rắn

• Trong nhiều năm, bất cứ khi nào mọi người hỏi các nhà sản xuất tụ điện tantalum về các khuyến nghị chung về việc sử dụng sản phẩm của họ, thì sự đồng thuận là tối thiểu 50% giảm điện áp nên được áp dụng. Quy tắc này đã trở thành hướng dẫn thiết kế phổ biến nhất cho công nghệ tantalum. Bài viết này xem xét lại tuyên bố này và giải thích, đưa ra một sự hiểu biết về ứng dụng, tại sao điều này không nhất thiết phải như vậy.

  Với sự ra đời gần đây của công nghệ tụ điện niobi và niobi oxit, cuộc thảo luận giảm dần cũng đã được mở rộng cho các họ tụ điện này.

Vishay - tụ điện tantalum rắn FAQ

• . SỰ KHÁC BIỆT GIỮA MỘT NỀN TẢNG (VISHAY XUÂN 893D) VÀ TIÊU CHUẨN, KHÔNG PHÙ HỢP (VISHAY XUÂN 293D VÀ 593D) CÔNG CỤ TANTALUM?

  A. Sê-ri 893D được thiết kế để hoạt động trong các ứng dụng hiện tại (> 10 A) và sử dụng cơ chế hợp nhất điện tử. ... Cầu chì 893D sẽ không mở được dưới mức 2 A vì I2R ở dưới mức năng lượng cần thiết để kích hoạt cầu chì. Từ 2 đến 3 A, cầu chì cuối cùng sẽ kích hoạt, nhưng một số tụ điện và bảng mạch điện tử có thể xảy ra. Tóm lại, các tụ điện 893D là lý tưởng cho các mạch điện cao, trong đó các lỗi tụ điện có thể gây ra lỗi hệ thống.

  Các tụ điện loại 893D sẽ ngăn chặn tụ điện hoặc bảng mạch điện tử char charring và thường ngăn chặn mọi sự gián đoạn mạch có thể liên quan đến lỗi tụ điện. Một tụ điện ngắn mạch của Nv trên toàn bộ nguồn có thể gây ra hiện tượng quá dòng và / hoặc điện áp có thể kích hoạt tắt hệ thống. Thời gian kích hoạt cầu chì 893D là đủ nhanh trong hầu hết các trường hợp để loại bỏ sự thay đổi dòng điện hoặc điện áp quá mức.

Hướng dẫn sử dụng tụ điện - tụ điện tantali

• ... Nhược điểm của việc sử dụng tụ điện tantali là chế độ hỏng hóc không thuận lợi của chúng có thể dẫn đến sự thoát nhiệt, hỏa hoạn và vụ nổ nhỏ, nhưng điều này có thể được ngăn chặn thông qua việc sử dụng các thiết bị không an toàn bên ngoài như bộ hạn chế dòng điện hoặc cầu chì nhiệt.

Thật là một thảm họa

• Tôi đang làm việc tại một nhà sản xuất đang gặp phải sự cố tụ điện tantalum không giải thích được. Không phải là các tụ điện bị hỏng, nhưng sự cố là thảm khốc và khiến cho PCB (bảng mạch in) không thể kết hợp được. Dường như không có lời giải thích. Chúng tôi không tìm thấy vấn đề ứng dụng sai cho PCB máy vi tính nhỏ, chuyên dụng này. Tệ hơn nữa, nhà cung cấp đổ lỗi cho chúng tôi.

  Tôi đã thực hiện một số nghiên cứu trên Internet về sự cố tụ điện tantalum và thấy rằng các viên của tụ điện tantalum chứa các khuyết tật nhỏ phải được xóa trong quá trình sản xuất. Trong quá trình này, điện áp được tăng dần thông qua một điện trở đến điện áp định mức cộng với một băng bảo vệ. Các điện trở loạt ngăn chặn chạy trốn nhiệt không kiểm soát phá hủy các viên. Tôi cũng học được rằng hàn PCB ở nhiệt độ cao trong quá trình sản xuất gây ra các ứng suất có thể gây ra các vi hạt bên trong viên. Những vi sóng này có thể dẫn đến thất bại trong các ứng dụng trở kháng thấp. Các vi sóng cũng làm giảm xếp hạng điện áp của thiết bị để phân tích lỗi sẽ chỉ ra lỗi quá áp cổ điển. ...

Liên quan:

AVX - tăng đột biến trong tụ tantalum rắn

Các chế độ và cơ chế thất bại trong các tụ điện tantali rắn - Chỉ trừu tượng Sprague / IEEE. - TUỔI 1963.

AVX - CÁC PHƯƠNG THỨC NỀN TẢNG CỦA CÔNG CỤ TANTALUM ĐƯỢC LÀM B BYNG CÔNG NGHỆ KHÁC NHAU - Tuổi tác? - khoảng 2001?

Ảnh hưởng của độ ẩm đến đặc điểm của tụ điện Tantalum gắn trên bề mặt - NASA với sự hỗ trợ AVX - khoảng năm 2002?

Hearst - Cách phát hiện linh kiện giả

Đôi khi thật dễ dàng :-):

Đã thêm 1/2016:

Liên quan:

Kiểm tra phân cực ngược cho tụ kim loại nhôm ướt tiêu chuẩn.

Tóm tắt:

Đối với phân cực chính xác có thể tiềm năng là ~ = mặt đất. Đối với phân cực ngược có thể tiềm ẩn một tỷ lệ đáng kể của điện áp qapplied.
Một thử nghiệm rất đáng tin cậy trong kinh nghiệm của tôi.

Lâu hơn:

Đối với mũ Al ướt ướt, từ lâu tôi đã phát hiện ra một thử nghiệm để chèn ngược mà tôi chưa từng thấy được đề cập ở nơi nào khác nhưng có lẽ cũng được biết đến nhiều. Điều này hoạt động đối với các nắp có kim loại có thể truy cập để thử nghiệm - hầu hết đều có một vị trí rõ ràng thuận tiện ở trung tâm hàng đầu do cách thêm tay áo.

Cấp nguồn cho mạch và đo điện áp từ mặt đất đến hộp của mỗi nắp. Đây là một thử nghiệm rất nhanh với một vôn kế - chì đã nối đất và khóa quanh lon.

• Mũ phân cực chính xác có thể gần như trên mặt đất.

• Mũ phân cực ngược có lon ở một số phần cung - có thể ~~~ = 50%.

Hoạt động đáng tin cậy trong kinh nghiệm của tôi.

Bạn thường có thể kiểm tra bằng cách sử dụng đánh dấu có thể nhưng điều này phụ thuộc vào định hướng dự định được biết và rõ ràng. Trong khi đó thường phù hợp trong một thiết kế tốt, điều này không bao giờ chắc chắn.

Với sự ra đời của các tụ gốm giá trị cao rẻ tiền (10uF trở lên, được đánh giá ở mức 6,3, 10, 16V, v.v.), tụ điện gốm X5R và X7R (điện môi hợp lý) dường như có ít lý do hơn để xem xét tụ điện tantali.

Một trong những điểm khác biệt là mũ tantalum có ESR theo thứ tự ohms. Trên một số cơ quan quản lý LDO, đó là một lợi thế, trong đó LDO sẽ không dao động như một lệnh cấm. Trong những trường hợp như vậy, tôi thích sử dụng tụ gốm và điện trở nối tiếp.

Trên một số mạch tương tự nhạy cảm, tôi nghĩ rằng có thể có một lợi thế đối với tantali so với mũ gốm trong việc giảm microphonics (trong mũ gốm, do hoạt động điện-áp điện).

Một hướng dẫn trong việc sử dụng chúng: nếu dòng điện qua nắp bị giới hạn nghiêm ngặt trong trường hợp hỏng hóc, hãy tiếp tục.

Giới hạn những gì? Tôi sẽ đề nghị 0,1A. Tôi sẽ cảm thấy cảnh giác khi sử dụng chúng để tách rời đường ray cung cấp 1A hoặc cao hơn và cá nhân sẽ không sử dụng chúng trên một nguồn cung cấp 10A. (Ở đó, đã xem pháo hoa; Hình ảnh của Russell không phóng đại.) Tôi phải nói rằng tôi không có bằng chứng cứng nhắc nào về dòng điện thực sự "an toàn" và nhận xét về những số liệu này sẽ được hoan nghênh.

Nhưng nhiều nguồn cung cấp hoặc điện áp phân cực trong mạch tương tự có trở kháng nguồn tương đối cao hoặc dòng điện bị giới hạn nghiêm ngặt, và tôi sẽ sử dụng chúng ở đó.

EDIT dựa trên thông tin mới (với tôi!) ...

Ít nhất một nhà sản xuất đang cung cấp các tụ Niobium Oxide trong bao bì rất giống nhau và phạm vi của các giá trị và điện áp. Trong những gì có thể được đọc là sự thừa nhận ngầm của các vấn đề của tantalum được mô tả ở đây, bảng dữ liệu chứa tuyên bố "Thất bại OxiCap® sẽ không đốt cháy điện áp loại" và một logo nhỏ dễ thương ...

[Tuyên bố miễn trừ trách nhiệm: Tôi đã không sử dụng các tụ điện này cũng như không cố gắng xác minh khiếu nại!]

Một ghi chú ngắn về "tại sao Tantalum thay vì các MLCC lớn":

Các MLCC với X5R và các chất điện môi tương tự được đặc trưng ở độ lệch 0V. Tuy nhiên, khi chạy ở mức 100% điện áp định mức, công suất chênh lệch hiệu dụng chỉ có thể bằng 10% so với điện áp định mức (!). Đặc biệt là các nắp rất nhỏ với xếp hạng điện áp cao cho thấy công suất giảm đáng kể khi bị sai lệch.

Ví dụ 1: 0402 MLCC, X5R, 10 EDF, 6.3V: 3.5 còn lại ở khoảng 3V.

Ví dụ 2: 0402 MLCC, X5R, 2.2 Điên, 25V: 1.0 EDF (!) Còn lại ở khoảng 3V.

Dữ liệu đó được hiển thị tốt trong các bảng dữ liệu trực tuyến từ TDK.

Một số thứ bổ sung từ phía tôi:
Vâng, có thể nói rằng Tantalum Caps an toàn.
Chúng không chỉ được sử dụng trong môi trường "thô" của thiết bị cầm tay tiêu dùng (máy tính xách tay, điện thoại thông minh - tôi chưa bao giờ nghe thấy hỏa hoạn trong điện thoại thông minh do nắp) mà còn được sử dụng trong cấy ghép y tế như máy trợ tim, cấy ốc tai hoặc cột sống kích thích dây.

Liên quan đến độ tin cậy, điện áp hoạt động có tác động mạnh nhất (nhiều hơn nhiệt độ). Hệ số gia tốc là
AF = exp {(V / VR-1) * 18.772} theo tài liệu sau đây của NASA: https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20110015254.pdf

Đối với cấy ghép y tế, mức giảm được đề xuất bởi vishay là 40% (vì vậy bạn sẽ sử dụng nắp 16V cho xếp hạng 10V hoặc 10V cho các ứng dụng 6V). Theo công thức trên, sự gia tăng trong cuộc sống là một yếu tố của 1140.

Xin vui lòng. hãy luôn nhớ rằng không có hệ thống nào sẽ không bị lỗi: Câu hỏi duy nhất là thời gian xảy ra lỗi tích lũy. Tôi đã thực hiện Luận văn thạc sĩ tại Infineon. Tôi nghĩ rằng tôi có thể nhớ rằng các MOSFET trong các hệ thống ô tô quan trọng an toàn có tỷ lệ thất bại cho phép là 10ppm trong vòng 10.000 giờ khi hoạt động tối đa. điều kiện (nhiệt độ và điện áp)

Có thể có các ứng dụng giới hạn không gian trong đó rám nắng tốt hơn, nhưng đó là tất cả. Tôi tránh rám nắng nếu tôi có thể. Các bộ phận thông thường thất bại bằng cách để khói ra. Chúng không thích dòng điện bật cao tăng làm cho chúng trở thành một lựa chọn kém cho hầu hết các bộ lọc cung cấp điện. Ít nhất là sử dụng phần điện áp cao nhất bạn có thể. Họ không thích độ ẩm cao có thể làm tổn thương khả năng tự phục hồi. Gốm sứ đã trở nên tốt hơn và có thể thay thế chúng trong nhiều ứng dụng, cũng như nhôm có thể một số lần.