Rutronik GmbH
Avtor: Jürgen Geier
2018_262_23
Zanimiva alternativa klasičnim tantalovim kondenzatorjem?
Polimer-tantalovi kondenzatorji se stalno izboljšujejo in optimizirajo, tako da omogočajo vedno manjša tiskana vezja (s tem pa tudi naprave), nižje notranje upornosti (ESR) in višje kapacitivnosti. So s tem postali resnična alternativa klasičnim tantalovim kondenzatorjem?
Polimer-tantalovi kondenzatorji se od običajnih tantalovih kondenzatorjev razlikujejo izključno po katodi: namesto manganovega dioksida (MnO2) uporabljajo visoko prevoden polimer (glejte sliko 1).
Ta polimerna plast za razliko od MnO2 nima atoma kisika, kar je odločilna prednost: Ker se tudi v najslabšem primeru ne more sproščati kisik, je tveganje vžiga ob preobremenitvi skoraj izključeno. Polimer-tantalovi kondenzatorji zato zagotavljajo večjo zanesljivost, tako da znaša zaradi obremenitve potrebno zmanjšanje napetosti tipično manj kot 20 %. Poleg bistveno nižje notranje upornosti (ESR) ima tehnologija tudi bistveno višje območje nazivne napetosti, do 125 V, tako da je zanimiva za delovne napetosti do 100 V. Zaradi visoke prostorninske učinkovitosti je mogoče, odvisno od izvedbe, doseči bistveno višje vrednosti kapacitivnosti (do 1500 µF), kot so trenutno dosegljive s keramičnimi kondenzatorji. Polimerni kondenzatorji prav tako odpravijo piezoučinke in so odporni proti razbitju.
Dolga življenjska doba
Dodaten adut polimer-tantalovih kondenzatorjev: njihova življenjska doba je zaradi konstrukcije skoraj neomejena. Za razliko od aluminijevih elektrolitskih kondenzatorjev so namreč izdelani izključno iz trdnih snovi, ki se ne morejo izsušiti in tako poslabšati življenjsko dobo.
Ker polimer-tantalovi kondenzatorji nimajo omejene življenjske dobe, lahko zanje izračunamo pogostost odpovedi. Nanjo vplivajo naslednji dejavniki:
- Osnovna pogostost odpovedi
- Zmanjšanje napetosti zaradi obremenitve
- Temperatura okolja
- Zaporedna upornost v vezju
- Če jih poznamo, lahko nedvoumno določimo pogostost odpovedi.
Zdaj so nekateri polimer-tantalovi kondenzatorji kvalificirani tudi po AEC-Q200, tako da so primerni za uporabo tudi v avtomobilih.
Zmanjšani potreba po prostoru in strošk
Pri klasičnih kondenzatorjih pogosto vzporedno vežemo več kondenzatorjev z namenom zmanjšanja vrednosti ESR. Zelo nizka vrednost ESR pri polimer-tantalovih kondenzatorjih omogoča, da želeno vrednost dosežete z enim samim kondenzatorjem. Pri tem je treba upoštevati nižje znižanje napetosti zaradi obremenitve (praviloma 20 %), tako da največkrat zadošča nižja nazivna napetost. Odvisno od potrebnih parametrov je zato pogosto mogoče izbrati manjše ohišje in ob tem še zmanjšati število delov.
Na sliki 1 so vzporedno vezani trije standardni tantalovi kondenzatorji z vrednostjo ESR po 75 mΩ, da se skupna vrednost ESR zniža na 25 mΩ. V tem primeru lahko želeno vrednost ESR dosežemo že z enim polimer-tantalovim kondenzatorjem. To pa velja le, kadar je najpomembnejša vrednost ESR.
Treba je razlikovati, ali vezje potrebuje ustrezen valoviti tok, ki neposredno vpliva na potrebno vrednost ESR, ali pa določeno minimalno kapacitivnost. Pri zgornjem primeru je v osredju vrednost ESR. To lahko s tehnologijo polimer-tantalovih kondenzatorjev dosežemo tudi z nižjo kapacitivnostjo.
Ob predpostavki, da znaša delovna napetost 5 V, lahko zaradi nižjega potrebnega znižanja napetosti zaradi obremenitve po tehničnem preizkusu uporabimo polimer-tantalov kondenzator z nazivno napetostjo 6,3 V.
To pomeni: Če zamenjamo klasične kondenzatorje s polimer-tantalovimi, lahko tako zmanjšamo število delov in skupne stroške, ob tem pa dosežemo tudi pogosto zelo pomembno miniaturizacijo. Polimerna tehnologija tako razvijalcem ponuja nove možnosti za nadaljnje izboljšave. Za celostno izkoriščanje prednosti te tehnologije je lahko pri obstoječih projektih potrebno vnovično načrtovanje. Za ocenjevanje vsakokratnega potenciala za izboljšave je treba ovrednotiti vsak primer posebej. Pri tem je treba vedno upoštevati pravila za načrtovanje, ki jih predpisujejo posamezni proizvajalci, da je zagotovljeno zanesljivo in dolgoročno delovanje.
