Was ist die niedrigste Kondensatorspannung, die sicher verwendet werden kann?

Die Verwendung von Tantalkappen zur Entkopplung ist mit den heutigen Optionen albern. 1-µF-6-V-Keramikkappen im 0603-Gehäuse sind billig und leicht verfügbar. Das wäre ohnehin besser als 10 µF zur Entkopplung. 10 µF an den Anschlusspunkten der Stromversorgung sind sinnvoll, aber nicht zur Entkopplung. Werfen Sie einen Blick auf die Impedanzdiagramme von 100-nF-, 1-µF- und 10-µF-Keramikkappen in den Datenblättern der namhaften Hersteller.

Seien Sie sehr vorsichtig mit den Spezifikationen Ihres Kondensators. Sie sind vielleicht nicht das, was sie vorgeben zu sein.

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

Dies ist hier dokumentiert , aber keineswegs auf Venkel beschränkt. X7R, X5R und wahrscheinlich andere Keramikkondensatoren leiden bis zu einem gewissen Grad darunter. COG/NPO scheint dieses Problem nicht zu haben. Ich sollte darauf hinweisen, dass dieses Problem nicht im Datenblatt des Gesamtkondensators aufgeführt war, sondern nur in einem ergänzenden Dokument „Technische Daten“, das sich nicht an derselben Stelle auf ihrer Webseite befand.

Ihre grundlegende Frage lautet jedoch: "Um wie viel sollte ich Kondensatoren herabsetzen". Natürlich, wenn Sie 10 EE's danach fragen, dann werden Sie wahrscheinlich 15 verschiedene Antworten bekommen. Hier sind meine sehr groben Faustregeln oder Richtlinien.

• Aluminium-Elektrolytkondensatoren werden auf mindestens 50 % herabgesetzt, 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, werde ich einen geringeren Spannungsspielraum zulassen.

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

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

• Je geringer die Belastung eines Kondensators ist, desto weniger Spielraum lasse ich zu. Wenn beispielsweise ein Signal nur sehr selten auf 90 V geht, aber meistens unter 50 V liegt, könnte ich einen 100-V-Keramikkondensator verwenden. Temperatur, Spannung, Strom und ESL/ESR-Effekte spielen alle eine Rolle. Ein Kondensator mit viel Stress bekommt viel mehr Spielraum.

• Ein Derating von weniger als 50 % erfolgt nur, wenn andere Gründe dafür sprechen. Wenn Kosten, Größe und andere Faktoren keine Rolle spielen, reduziere ich immer mindestens 50 %.

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

Aber das sind nur grobe Faustregeln. Man muss jeden Fall einzeln 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-Abhängigkeit“. Beachten Sie, dass ihre Spannungs-Kapazitäts-Kurven für X7R viel "schöner" sind als das, was Venkel hat - wenn also der Kondensatorwert wirklich wichtig ist, dann recherchieren Sie und besorgen Sie sich den Kondensator, den Sie beabsichtigt haben.

Zusätzlich zu Olins Kommentaren zur Größenänderung - beachten Sie, dass ein Tantalkondensator in einem Stromkreis mit irgendeiner Art von vorhandener "Leistung" eine totale Katastrophe ist, die darauf wartet, passiert zu werden.

Tantalkondensatoren neigen AUSSERGEWÖHNLICH zum Durchschlagen der Isolationsschicht bei Spannungen, die nur geringfügig über der Nennspannung liegen, und sie sind NICHT selbstheilend. Sobald die Schicht durchbrochen ist, gibt der Kondensator verfügbare Energie ab und zerstört sich selbst. Normaler Ausfallmodus ist ein harter metallischer Kurzschluss. Optional auf dem Weg sind Rauch, Geruch, Flammen, Geräusche und Explosionen. Ich habe all dies einmal in einem einzigen aufregenden Ereignis gesehen, gehört und gerochen.

Eine sehr, sehr kurze Spannungsspitze auf einer Stromschiene, die die Nennspannung überschreitet, kann die Isolationsschicht durchbohren und dann der Stromschiene ermöglichen, die Aufgabe zu erledigen.

Keramik: Beachten Sie, dass der Temperatureffekt je nach Sorte variiert. Auch die mechanische Mikrofonie ist bei Graden mit großer Temperaturvariation schlechter. Normalerweise kein Problem für die Leistungsentkopplung.

Eine minderwertige Keramik (schlechte Temperaturtoleranz, also auch mechanisch schlecht) am Eingang eines Reglers kann beim Anlegen einer Schrittspannung (z. B. beim Einschalten) "klingeln" und den Regler zerstören. Dies ist ungewöhnlich und kann leicht verhindert werden, muss aber bekannt sein.

Wenn Keramik aus irgendeinem Grund nicht Ihren Anforderungen entspricht, schauen Sie sich solide Aluminiumkondensatoren an (dh keine Al-Elektrolytkondensatoren). Sie sind in Leistungsgröße und Kosten mit Tantal konkurrenzfähig, haben jedoch nicht den fatalen Ausfallmodus von Tantal.

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