Ви все ще використовуєте танталові конденсатори ми вже йдемо до вас ...

Застосування полімерних конденсаторів Panasonic, і зокрема полімерно-танталових конденсаторів сімейства POSCAP, дає безумовну перевагу в порівнянні з класичними танталовими конденсаторами. Дозволяє створювати високоефективні, високоякісні, компактні і надійні пристрої, за привабливішою ціною.

Компанія МТ-Систем пропонує своїм клієнтам полімерні конденсатори Panasonic зі складу та під замовлення.

Класичні танталові конденсатори, як правило, виготовляються на основі пентаоксиду танталу (Ta2 O5), а в якості електроліту використовується діоксид марганцю (MnO2).

Використання діоксиду марганцю тягне за собою ряд недоліків і обмежень для застосування танталових конденсаторів. Чутливість до пробою діелектрика і займання може привести до виходу конденсатора з ладу, високий рівень ESR, низький рівень струмів пульсацій, деградація структури, приводять до істотного скорочення терміну служби, а застосування танталових конденсаторів на частотах вище 100-150 kHz стає малоефективним через істотне зниження ємності конденсатора.

Питання і процеси при яких відбувається пробій танталових конденсаторів добре вивчені і наведені в різних джерелах.

Пробій танталових конденсаторів (breakdown) пов'язаний з різким зростанням струмів витоку (leakage current). Зростання струму витоку пов'язано з пробоєм діелектрика Ta2 O5. Діелектрик, спочатку має аморфну ​​структуру, на окремих ділянках поверхні кристалізується під дією різних факторів (температура, висока напруга). Кристалічний пентаоксид танталу є провідним матеріалом, що призводить до різкого зростання струмів витоку.

Малюнок 1. Зростання струмів витоку танталового конденсатора

Якщо площа кристалізації діелектрика не велика, може проявитися ефект самовідновлення ( «healing effect». У цьому випадку струм, що протікає через кристалізований діелектрик, викликає його перегрів. Рівень перегріву визначається різними ступенями перетворення діоксиду марганцю, при цьому нагрів може досягати 1000 ° C.

Якщо пробою стався при додатку високої напруги і високих температур, то реакція може швидко поширитися на всю поверхню діелектрика - лавиноподібний ефект ( «avalanche effect»). Ступінь поширення лавиноподібного ефекту може бути різною. Тому і ступінь пошкоджень варіюється від відносно невеликих «вигорілих» точок до звивистих випалених ділянок на поверхні діелектрика, при цьому можливо навіть пошкодження танталовой основи і металевих контактів.

Крім того, твердотільні танталові конденсатори сильно схильні до зовнішніх чинників, так наприклад при монтажі конденсаторів на плату, необхідно дуже строго виконувати температурний режим пайки, інакше перегрів конденсатора може істотно погіршити його характеристики або вивести з ладу.

Виділимо основні недоліки танталових конденсаторів:

• Наявність дерейтінга (невеликий запас міцності по напрузі). Як правило, виробники танталових конденсаторів для збільшення запасу міцності, рекомендують використовувати конденсатори на більш високу напругу 30-200% і більше від робочої напруги в ланцюзі;
• Залежність ємності від частоти, з підвищенням частоти вище 100 kHz ємність падає;
• Залежність ємності від температури;
• Високий ESR;
• Низька стійкість до струмів пульсації Irip (скорочує термін життя);
• Небезпека виходу з ладу при перегріванні;
• Пожежонебезпечний.

Полімерні конденсатори і їх переваги

Танталовий з струмопровідних полімером твердотільний конденсатор (Conductive Polymer Tantalum Solid Capacitor) - POSCAP, одна з родин полімерних конденсаторів Panasonic, ідеально вписується для застосування в додатках, де раніше використовувалися танталові конденсатори.

Структура анода конденсаторів POSCAP є симбіозом порошкового танталу, пентаоксиду танталу (Ta2 O5), «приправленого» електролітом у вигляді токопроводящего твердотільного полімеру.

Малюнок 2. Структура полімерно-танталового конденсатора

Порошковий тантал використовується в POSCAP має пористу структуру, що дозволяє забезпечити максимальну площу і відповідно максимальну ємність конденсатора при мінімальному розмірі не корпусу конденсатора. Полімерно-танталові конденсатори Panasonic мають один з найвищих показників ємності на площу поверхні.

Застосування твердотільного токопроводящего полімеру забезпечує мінімальний ESR конденсатора, який практично не досяжний для класичних танталових конденсаторів, тому що діоксид марганцю (MnO2) має невисоку провідність.

Малюнок 3. Провідність рідкого електроліту, діоксиду марганцю і твердотільного полімеру, і їх ESR

Здатність твердотільного полімеру забезпечити низький ESR, визначає його можливість пропускати високі струми, вимірювані в рази більшими значеннями, ніж у танталових конденсаторів. Цей параметр особливо важливий при виборі згладжує конденсатора для джерел живлення і перетворювачів напруги. Низький ESR так само визначає ємність конденсатора, тому що робочі частоти сучасних імпульсних перетворювачів становлять сотні кГц і одиниці МГц, а ефективність ємнісного фільтра визначається його значенням ESR на робочій частоті.

Малюнок 4. Приклади співвідношення струмів пульсації танталового-полімерного конденсатора і класичного танталового конденсатора

Стабільність характеристик ESR у всьому робочому діапазоні температур і в широкому діапазоні частот, близько 10 кГц ... 1 МГц, з максимальною ефективністю дозволяє використовувати полімерно-танталові конденсатори сімейства POSCAP в схемах з високими струмами пульсації і схемах із застосуванням високочастотних DC / DC перетворювачів.

Малюнок 5. Залежність ESR POSCAP і імпедансу від частоти

Малюнок 6. Залежність ESR POSCAP від ​​температури

Сукупність низького ESR, зі слабкою залежністю імпедансу від частоти, близької до точки резонансу, зменшують струми пульсації в силових ланцюгах.

Малюнок 7. Залежність імпедансу POSCAP від ​​частоти

Застосування токопроводящего полімеру в якості електроліту дозволяє забезпечити високу стабільність ємності в широкому температурному та частотному діапазоні, в результаті чого ефективна ємність полімерного конденсатора фактично порівнянна з його номінальною ємністю. Цей фактор особливо важливий в промисловій, телекомунікаційної і автомобільній електроніці, де розкид робочої температури може бути дуже широким.

Малюнок 8. Залежність ємності POSCAP від ​​температури

Застосування твердотільного токопроводящего полімеру в конденсаторах POSCAP дозволяє застосовувати конденсатори фактично на номінальному робочій напрузі в ланцюзі без зменшення терміну служби, це обумовлено в тому числі і нечутливістю конденсаторів до імпульсів струму. Рекомендований виробником запас по напрузі становить 10% при напрузі до 10 В, і 20% при більш високій напрузі.

Сукупність технічних параметрів полімерно-танталових конденсаторів: відсутність дерейтінга, стійкість до високих струмів пульсації, стійкість до зовнішніх факторів, відсутність деградації структури конденсатора, визначає його термін життя (life time), який у полімерних конденсаторів істотно вище, ніж у танталових конденсаторів.

Малюнок 9. Залежність терміну життя POSCAP від ​​температури

На жаль, при розробці інженери часто не враховують тимчасові інтервали роботи конденсаторів і не враховують надійнісний фактор працездатності пристроїв, який істотно знижується при тривалій експлуатації пристроїв. Полімерно-танталові конденсатори Panasonic забезпечують дуже великий термін служби, ніж підвищують надійність пристрою.

Залежність терміну життя полімерно-танталових конденсаторів сімейства POSCAP визначається не рівнянням Арреніуса, які можна застосувати для інших типів конденсаторів, а інший залежністю, де зниження робочої температури навколишнього середовища на 25ºC, збільшує термін життя конденсатора в 10 разів. До того ж низький ESR конденсатора і стійкість до високих струмів пульсації не викликає внутрішній нагрів елемента, що так само позитивно впливає на термін життя конденсатора.

• Відсутність дерейтінга по напрузі (можливо встановлювати конденсатор, на номінальну напругу);
• Максимальна місткість в мінімальному розмірі;
• Низький ESR і стійкість до високих струмів пульсації - забезпечують тривалий термін життя (life time);
• Стабільність характеристик (ємність, ESR, імпеданс) у всьому температурному діапазоні;
• Стабільність характеристик (ємність, ESR, імпеданс) у широкому приватному діапазоні;
• Відсутність деградації матеріалу (стабільність характеристик з плином часу);
• Великий запас міцності;
• безпечні;
• · Менш залежні від зовнішніх чинників, наприклад, перегрів;
• Тривалий термін служби.

Інженери при розробці нових пристроїв повинні оперувати, декількома, часто суперечать один одному факторами - зменшити габарити пристрою, збільшити надійність і термін служби пристрою, знизити вартість. Полімерно-танталові конденсатори POSCAP дозволяють врахувати всі ці фактори.

Деякі фактори, які можуть визначити вибір інженерів при виборі конденсаторів, в сторону конденсаторів, виготовлених за іншими технологіями.

Б. Високий струм витоку

А. Стрімкий розвиток ринку користувальницької, промислової, автомобільної електроніки і телекомунікаційного устаткування, де пред'являються підвищені вимоги до надійності пристроїв і часу їх експлуатації, найчастіше в агресивних умовах, стали каталізатором широкого поширення полімерних конденсаторів, в результаті чого вартість останніх різко знизилася.

В даний час, без урахування технічної переваги полімерних конденсаторів, все частіше їх вартість порівнянна і навіть нижче класичних танталових конденсаторів.

Навіть при більш високій їх вартості, сукупність технічних властивостей полімерних конденсаторів, дає виграш в ціні. Наприклад, стійкість до високих струмів пульсації може скоротити витрати на збільшення терміну служби конденсатора, зменшення площі текстоліту, точок пайки (тому що найчастіше для зниження ESR або збільшення стійкості до струмів пульсації потрібна установка 2-5 і більше танталових конденсаторів), підвищення гарантійного терміну експлуатації обладнання, відсутність необхідності сервісного обслуговування обладнання, в наслідок сумарно дає суттєву економію коштів виробників обладнання.

Б. Струм витоку, заявлений Panasonic в технічній документації на конденсатори, може неприємно здивувати багатьох розробників, але фактичні результати тестування конденсаторів сімейства POSCAP показали, що струм витоку падає в перші 5 хвилин до значень порівнянних з струмами витоку танталових конденсаторів.

Застосування полімерних конденсаторів Panasonic, і зокрема полімерно-танталових конденсаторів сімейства POSCAP, дає безумовну перевагу в порівнянні з класичними танталовими конденсаторами. Дозволяє створювати високоефективні, високоякісні, компактні і надійні пристрої, за привабливішою ціною.

Короткі технічні характеристики конденсаторів семействаPOSCAP:

• ємність 2.7 ... 1500 uF
• робоча напруга 2 ... 35 В
• ультранизьким ESR до 5 mOhm (100 kHz при 20 ° C)
• стійкість до струмів пульсації (Irip) до 6100 mA
• робочий діапазон температур -55 ... + 85/105 ° C
• популярні типорозміри 0805 (2.0x1.25 mm), A (3.2x1.6 mm), B (3.5x2.8 mm), D / E (7.3x4.3 mm)

1. 12TPC10M (10uF, 12.5V, 80 mOhm, 800 mA (Irip), розмір B)

3-х разове перевищення номінальної напруги - 35В

2. EEFCX1E220R (22uF, 25V, 40 mOhm, 3200 mA (Irip), розмір D) *

2-кратне перевищення номінальної напруги - 50В

3. В результаті тестування так само виявлено дворазове зменшення напруги пульсації на частоті до 200 кГц, в порівнянні з танталовими конденсаторами серії T491 виробництва Kemet.

* - Сімейство конденсаторів SP-Cap (Conductive Polymer Aluminum Capacitor - твердотільний полімерно-алюмінієвий конденсатор).

Полімерно-танталові конденсатори сімейства POSCAP включають в себе 14 серій конденсаторів доступних для замовлення. За наявністю конденсаторів і інші технічні питання уточнюйте у фахівців компанії МТ-Системс.