Was ist die niedrigste zulässige Kondensatorspannung?

Ich verwende einige Case R-Tantalkondensatoren (10 uF 6,3 V) als Massenentkopplung für die 3,3-V-Leistung eines 100-Mbit / s-Ethernet-Phys. Ich verwende auch 0,1 uF Keramik näher an den Stiften.

Wie üblich werde ich fürchterlich auf Platz auf der Platine gedrängt und möchte sie daher durch Kappen der Größe 0603 ersetzen. Das Problem ist, dass sie nur für 4v bewertet sind. Normalerweise würde ich meine Kondensatoren immer für die doppelte Spannung bewerten, die sie jemals sehen werden.

Ist es wahrscheinlich ein Problem, wenn ich einen 4-V-Kondensator an einer geregelten 3,3-V-Leitung verwende?

Die Verwendung von Tantalkappen zum Entkoppeln ist mit den heutigen Optionen albern. 1 µF 6 V Keramikkappen im 0603-Gehäuse sind billig und sofort verfügbar. Das wäre ohnehin besser als 10 µF für die Entkopplung. 10 µF an den Netzanschlusspunkten sind sinnvoll, jedoch nicht zur Entkopplung. Sehen Sie sich die Impedanzkurven von Keramikkappen mit 100 nF, 1 µF und 10 µF in den Datenblättern der namhaften Hersteller an.

Seien Sie sehr vorsichtig mit den technischen Daten Ihrer Mützen! Sie könnten nicht das sein, was sie zu sein behaupten.

Ein Problem bei Keramikkappen besteht darin, dass sie mit zunehmender Spannung an Kapazität verlieren. Diese X5R-Keramikkappe von Venkel ist beispielsweise für 10 uF und 6,3 V ausgelegt. Das Problem ist, dass bei 6,3 V die tatsächliche Kapazität auf nur 2 uF sinkt! Das ist ein Rückgang von 80%! Selbst bei 2,0 V fehlen Ihnen 30% des Nennwerts.

Dies wird hier dokumentiert , ist aber keinesfalls auf Venkel beschränkt. X7R, X5R und wahrscheinlich andere Keramikkappen leiden in gewissem Maße darunter. COG / NPO scheint dieses Problem nicht zu haben. Ich möchte darauf hinweisen, dass dieses Problem nicht im gesamten Kondensator-Datenblatt aufgeführt war, sondern nur in einem ergänzenden Dokument "Technische Daten", das sich nicht an derselben Stelle auf der Webseite befand.

Ihre grundlegende Frage lautet jedoch "Wie viel sollte ich verringern" Kondensatoren. Wenn Sie 10 EEs danach fragen, erhalten Sie wahrscheinlich 15 verschiedene Antworten. Hier sind meine sehr groben Faustregeln oder Richtlinien.

• Aluminium-Elektrolytkappen werden auf mindestens 50% reduziert, wenn die Kapazität kritisch ist. Das heißt, ich werde eine 25-V-Kappe auf einer 12,5-V-Schiene verwenden. Wenn die Kapazität nicht kritisch ist, erlaube ich weniger Spannungsreserve.

• Tantalkappen werden auf den meisten Schienen auf mindestens 50% herabgesetzt, unabhängig von der Verwendung.

• Keramikkappen über 10 V werden auf 50% herabgesetzt. Wenn die Spannung unter 10 V fällt, werde ich weniger Spielraum einplanen. Ich werde zum Beispiel eine 4,6-V-Kappe auf einer 3,3-V-Schiene betreiben. Aber denken Sie daran, was ich bereits über Keramikkappen gesagt habe.

• Je weniger Druck auf eine Kappe ausgeübt wird, desto weniger Spielraum werde ich einräumen. Wenn zum Beispiel ein Signal nur sehr gelegentlich auf 90 V geht, aber meistens unter 50 V liegt, verwende ich möglicherweise eine 100-V-Keramikkappe. Temperatur-, Spannungs-, Strom- und ESL / ESR-Effekte spielen alle eine Rolle. Eine Kappe mit viel Stress wird viel mehr Spielraum bekommen.

• Ein Derating von weniger als 50% findet nur statt, wenn es andere Gründe dafür gibt. Wenn Kosten, Größe und andere Faktoren nicht ins Spiel kommen, reduziere ich immer mindestens 50%.

• Wenn sich ein Stromkreis gut verhält und Probleme mit Spannungsspitzen oder anderem schlechten Verhalten kein Problem sind, lasse ich möglicherweise weniger Spielraum.

Dies sind jedoch nur grobe Faustregeln. Sie müssen jeden Fall separat betrachten und die Vor- und Nachteile abwägen.

Aktualisieren:

Hier ist eine Dokumentation von AVX. Es befindet sich auf Seite 3 unter der Überschrift "DC Bias Dependency". Beachten Sie, dass die Spannungs-Kapazitäts-Kurven für X7R viel "schöner" sind als die von Venkel. Wenn also der Grenzwert wirklich wichtig ist, recherchieren Sie und holen Sie sich den Grenzwert, den Sie beabsichtigt haben.

Zusätzlich zu den Kommentaren von Olin zur Größe ist zu beachten, dass ein Tantalkondensator auf einer Schaltung mit jeglicher Art von "Strom" eine totale Katastrophe ist, die darauf wartet, passiert zu werden.

Tantal - Kondensatoren sind äußerst anfällig für Dämmschicht punch bei Spannungen durch nur geringfügig über der Nennspannung, und sie sind nicht die Selbstheilung. Sobald die Schicht durchbrochen ist, wird der Kondensator die verfügbare Energie abgeben und sich selbst zerstören. Normaler Fehlermodus ist ein harter metallischer Kurzschluss. Optional sind Rauch, Geruch, Flammen, Geräusche und Explosionen. Ich habe all dies in einem einzigen aufregenden Ereignis bei einer Gelegenheit gehört und gerochen.

Eine sehr sehr kurze Spannungsspitze auf einer Stromschiene, die die Nennspannung überschreitet, kann die Isolationsschicht durchstoßen und der Stromschienenergie ermöglichen, die Aufgabe zu beenden.

Keramik: Beachten Sie, dass der Temperatureffekt von der Sorte abhängt. Auch die mechanische Mikrofonie ist bei großen Temperaturunterschieden schlechter. Normalerweise kein Problem bei der Leistungsentkopplung.

Eine minderwertige Keramik (schlechte Temperaturtoleranz, also auch mechanisch mangelhaft) am Eingang eines Reglers kann "klingeln", wenn eine Stufenspannung angelegt wird (z. B. beim Einschalten der Stromversorgung) und den Regler zerstören. Dies ist ungewöhnlich und leicht zu verhindern, muss aber bekannt sein.

Wenn Keramik aus irgendeinem Grund nicht Ihren Anforderungen entspricht, schauen Sie sich feste Aluminiumkondensatoren an (dh keine Al-Elektrolytkondensatoren). Sie sind konkurrenzfähig zu Tantal hinsichtlich Größe und Kosten der Funktionen, haben jedoch keinen Modus für schwerwiegende Tantalfehler.

Die Regel bei Tantalen ist, sie zu vermeiden, es sei denn, es gibt eine gute Strombegrenzung. Oder mindern Sie die Spannung um mindestens 3: 1 (manche sagen 4: 1), was nicht immer möglich ist. Ich habe sie häufig für Netzteile am Ausgang eines kleinen Reglers verwendet, aber nicht am Eingang.