Condensadores de cerámica (MLCC) versus tantalio

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Desde la perspectiva de un diseñador de electrónica, pero también teniendo en cuenta el precio / costo y las consideraciones sociales (consulte el enlace de minería y ética de Coltan a continuación), tiendo a evitar los condensadores de tantalio en muchas circunstancias, a la vez que favorezco los condensadores de cerámica de múltiples capas (MLCC) .

Mi pregunta, sin rodeos, es: ¿ En qué casos específicos debo tener cuidado y continuar usando condensadores de tantalio? Todo tipo de respuestas y enfoques técnicos a este asunto me serán muy útiles (y seguramente para otros diseñadores).

Algunos aspectos específicos a considerar:

Circuito equivalente en serie.
Microfonía ¿Qué tan malos son realmente los MLCC a este respecto?
Dependencia de capacitancia con voltaje y temperatura.
Sobretensión y modos de falla.
Esperanza de vida y fiabilidad.

Contexto adicional:

Me dirijo específicamente a la tecnología de montaje en superficie (SMT), suponiendo que más del 90% de todos los condensadores electrolíticos de tantalio se fabrican en estilo SMD.
Me estoy centrando aquí en productos de electrónica de consumo de gran volumen, descartando aplicaciones de electrónica de alta potencia, donde pueden aplicarse otras consideraciones. No estoy descartando los circuitos de conversión / administración de energía, donde las consideraciones anteriores son clave para los condensadores.
Puede leer más sobre el impacto social de Coltan en Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Coltan_mining_and_ethics

— jose.angel.jimenez
fuente

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Básicamente, "cuando las necesidades técnicas anulan mi ética", lo que lleva a una respuesta diferente para cada persona, que no lleva a nada más que opiniones.

— PlasmaHH

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"Me estoy centrando aquí en productos electrónicos de consumo de gran volumen, descartando específicamente aplicaciones de electrónica de potencia, donde pueden aplicarse otras consideraciones". ¿Entonces no le interesan las aplicaciones de conversión y administración de energía dentro de los productos de consumo? Ahí es donde la elección del condensador es más crítica por muchas de las razones que enumeró.

— John D

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Mi regla no es el tantalio. Período. Diseñé material de mano alimentado por batería para el mercado de consumo. Si necesito más de 22 uF, uso aluminio electrolítico. La mayoría de las veces 22 uF es suficiente. Esto no es impulsado por la ética. Está impulsado por mis recuerdos de pesadilla de la gran escasez de tantalio durante la era del boom de las puntocom. Mis circuitos no son del tipo que tendría problemas con la microfonía. Pero entiendo que puede ser un problema real en algunas aplicaciones.

— mkeith

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Si voy a trabajar a Apple y quieren que diseñe en tantalio, por supuesto que lo haré. Apple tiene la capacidad de obtener piezas cuando otras compañías no pueden. Los proveedores dan prioridad a Apple (incluso desasignan el suministro prometido a otras empresas). Y Apple tiene márgenes que pueden absorber los altos precios del tantalio si llegara a eso. Aunque también tienen la capacidad de negociar buenos precios.

— mkeith

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@ John-d Tu tienes toda la razón. Mi afirmación sobre las "aplicaciones de electrónica de potencia" no es muy clara. Tenía la intención de decir que no estaba interesado en aplicaciones de alta potencia. Pero eso no es descartar circuitos de conversión de energía, que son prácticamente necesarios en todas partes. Actualizaré mi pregunta original.

— jose.angel.jimenez

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Hay muchas notas de aplicación sobre esto. Google para "Tantalio vs condensadores de cerámica".

Los condensadores de cerámica son los mejores para su ESR y ESL. Para que puedan manejar grandes corrientes de ondulación a menos aumento de temperatura en las fuentes de alimentación. Del mismo modo, no alteran la calidad de la señal en los sistemas de alta velocidad (condensadores de acoplamiento de CA). Pero sus características de DC Bias son pobres. Como un 47uF X5R 6.3V es ~ 23uF @ 3.3V. Este bajo ESR y ESL puede ser malo en algunos casos. Por ejemplo, algunos convertidores Buck que requieren suficiente ondulación en la salida para ser estables. Y un ESL más bajo reaccionará con capacitancias de cable para dar oscilaciones innecesarias.

Los condensadores de tantalio son más conocidos por su eficiencia volumétrica y su bajo costo, pero son propensos a fallas debido a las sobretensiones. Hay alternativas como POSCAP (condensadores de polímero).

— usuario19579
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Gracias por tus útiles comentarios. ¿Puede, por favor, indicar la fuente de referencia de la tabla que ha adjuntado?

— jose.angel.jimenez

google for "Tantalum vs Ceramic Capacitors" El primer o segundo enlace tiene este pdf del que tomé esta tabla ... ....

— user19579

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Podría agregar: a los Tants no les gustan las aplicaciones donde son posibles altas corrientes de sobretensión de encendido ... salida de un regulador sí (la corriente es limitada) ... entrada a un regulador no (la corriente probablemente no es limitada). Esto puede mitigarse en parte reduciendo la tensión lo más posible, utilizando un tant de 35 v en una aplicación de 10 voltios, por ejemplo.

— Robert Endl
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Mi decisión de usar condensadores de cerámica o tantalio en la mayoría de los casos se basa en el costo. Cuando necesito capacitancias mayores a 10uF, los capacitores de cerámica son caros y los capacitores de tantalio son una buena opción.

— Gabriel Rezende Germanovix
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El único lugar donde los he visto [personalmente] en un producto de mercado masivo este siglo fue en el VCO [para la conexión inalámbrica] de un teléfono inalámbrico Uniden.

Desde que me dio curiosidad sobre esto, busqué en Google (para tantalio y VCO) y encontré MAX2572EVKIT que no es terriblemente antiguo (2004), y tiene algunas tapas de tantalio en su lista de materiales. Este es un VCO GSM. También encontró un desmontaje de un teléfono GSM [bastante antiguo], y encontraron tapas de tantalio en él, pero no dicen en qué subsistema.

También encontré algunos en la hoja de datos de HMC836LP6CE ; esto no está claramente fechado, pero el número de revisión se parece a 2011 o 2012. Este es un 4G PLL / VCO, por lo que no puede ser increíblemente antiguo. Otro desmontaje encontró algunos en la PCB del iPhone 6 ; Estos hechos por Rohm, su papel en el teléfono no se menciona allí, pero afirma ser "el condensador más caro del iPhone 6".

También tenga en cuenta esta historia para una tapa de tantalio en un módulo Arduino GSM en llamas. Por supuesto, la selección de piezas para un escudo Arduino probablemente se realiza con estándares mucho más bajos que los de Apple ...

No estoy del todo claro para mí qué quieres decir con "descartar específicamente aplicaciones de electrónica de potencia", pero en caso de que otros estén interesados en esto, algunos también se encontraron en el desmontaje de un cargador de iPhone .

— Efervescencia
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¡Gracias por sus útiles enlaces y gran conocimiento! Tiene razón, mi afirmación sobre las "aplicaciones de electrónica de potencia" no es muy clara. Tenía la intención de decir que no estaba interesado en aplicaciones de alta potencia . Pero eso no es descartar circuitos de conversión de energía, que son prácticamente necesarios en todas partes.

— jose.angel.jimenez