Keramik (MLCC) im Vergleich zu Tantalkondensatoren

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Aus der Sicht eines Elektronikdesigners, aber auch unter Berücksichtigung von Preis- / Kosten- und sozialen Gesichtspunkten (siehe Coltan-Bergbau und Ethik-Link unten) tendiere ich dazu, Tantalkondensatoren unter vielen Umständen zu meiden und gleichzeitig Mehrschichtkeramikkondensatoren (Multi-Layer Ceramic Capacitors, MLCCs) zu bevorzugen .

Meine Frage lautet ganz offen: In welchen speziellen Fällen sollte ich vorsichtig sein und weiterhin Tantalkondensatoren verwenden? Alle möglichen Antworten und technischen Herangehensweisen in dieser Angelegenheit werden mir (und sicherlich auch anderen Designern) sehr nützlich sein.

Einige spezifische Aspekte zu untersuchen:

Serienersatzschaltung.
Mikrophone. Wie schlecht sind MLCC in dieser Hinsicht wirklich?
Kapazitätsabhängigkeit mit Spannung und Temperatur.
Überspannungs- und Fehlermodi.
Lebenserwartung und Zuverlässigkeit.

Zusätzlicher Kontext:

Ich spreche speziell die SMT-Technologie (Surface Mount Technology) an, da davon ausgegangen wird, dass mehr als 90% aller Tantal-Elektrolytkondensatoren im SMD-Stil hergestellt werden.
Ich konzentriere mich hier auf großvolumige Unterhaltungselektronikprodukte und verwerfe speziell Hochleistungselektronikanwendungen , bei denen andere Überlegungen zutreffen können. Ich schließe Stromumwandlungs- / Managementschaltungen nicht aus, bei denen die obigen Überlegungen für Kondensatoren von entscheidender Bedeutung sind.
Weitere Informationen zu den sozialen Auswirkungen von Coltan finden Sie in der Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Coltan_mining_and_ethics

— jose.angel.jimenez
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Also im Grunde genommen "wenn technische Bedürfnisse meine Ethik außer Kraft setzen", was zu einer unterschiedlichen Antwort für jede Person führt, die zu nichts anderem als Meinungen führt.

— PlasmaHH

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"Ich konzentriere mich hier auf hochvolumige Produkte der Unterhaltungselektronik und verwerfe insbesondere Anwendungen der Leistungselektronik, bei denen andere Überlegungen zutreffen könnten." Sie interessieren sich also nicht für Stromumwandlungs- und Verwaltungsanwendungen in Verbraucherprodukten? Hier ist die Wahl des Kondensators aus vielen der von Ihnen genannten Gründe am kritischsten.

— John D

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Meine Regel ist kein Tantal. Zeitraum. Ich entwerfe batteriebetriebene Handgeräte für den Verbrauchermarkt. Wenn ich mehr als 22 uF benötige, verwende ich elektrolytisches Aluminium. Meistens reichen 22 uF aus. Dies ist nicht von der Ethik getrieben. Es wird von meinen Albtraumerinnerungen an den großen Tantalmangel während der Dotcom-Boom-Ära angetrieben. Meine Schaltkreise sind nicht die, die Probleme mit der Mikrofonie haben würden. Ich verstehe jedoch, dass dies in einigen Anwendungen ein echtes Problem sein kann.

— mkeith

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Wenn ich bei Apple arbeite und sie wollen, dass ich in Tantal gestalte, mache ich das natürlich. Apple kann Teile beschaffen, wenn andere Unternehmen dies nicht können. Lieferanten geben Apple den Vorzug (auch die Aufhebung der zugesagten Lieferungen an andere Unternehmen). Und Apple hat Margen, die hohe Tantalpreise absorbieren können, wenn es dazu kommen sollte. Sie haben zwar auch die Möglichkeit, gute Preise auszuhandeln.

— mkeith

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@ John-d Du hast absolut recht. Meine Aussage zu "Leistungselektronikanwendungen" ist nicht sehr klar. Ich wollte sagen, dass ich nicht an Hochleistungsanwendungen interessiert war. Das soll aber nicht ausschließen, dass Stromrichterschaltungen praktisch überall benötigt werden. Ich werde meine ursprüngliche Frage aktualisieren.

— jose.angel.jimenez

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Hierzu gibt es viele Anwendungshinweise. Google für "Tantal vs Keramikkondensatoren".

Keramikkondensatoren eignen sich am besten für ESR und ESL. Damit können sie große Welligkeitsströme bei geringerem Temperaturanstieg in Netzteilen verarbeiten. Ebenso stören sie nicht die Signalqualität in Hochgeschwindigkeitssystemen (AC-Koppelkondensatoren). Ihre DC-Vorspannungseigenschaften sind jedoch schlecht. Wie bei einem 47uF X5R sind 6,3 V ~ 23uF @ 3,3 V. Dieser niedrige ESR & ESL kann in einigen Fällen schlecht sein. Zum Beispiel einige Buck-Wandler, die eine ausreichende Welligkeit am Ausgang erfordern, um stabil zu sein. Eine niedrigere ESL reagiert mit Kabelkapazitäten, um unnötige Oszillationen zu erzeugen.

Tantalkondensatoren sind am besten für ihre volumetrische Effizienz und ihre günstigen Kosten bekannt, aber sie neigen aufgrund von Stoßströmen zum Ausfall. Es gibt Alternativen wie POSCAPs (Polymerkondensatoren).

— user19579
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Vielen Dank für Ihre nützlichen Kommentare. Können Sie bitte die Bezugsquelle der Tabelle angeben, die Sie beigefügt haben?

— jose.angel.jimenez

Google für "Tantal vs Keramikkondensatoren" 1. oder 2. Link hat dieses PDF, aus dem ich diese Tabelle genommen ... ....

— user19579

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Ich könnte hinzufügen: Tants mögen keine Anwendungen, bei denen hohe Einschaltstoßströme möglich sind ... Ausgang eines Reglers ja (Strom ist begrenzt) ... Eingang eines Reglers nein (Strom ist wahrscheinlich nicht begrenzt). Dies kann zum Teil dadurch gemildert werden, dass die Spannung so weit wie möglich gesenkt wird, beispielsweise mit einer 35-V-Spannung in einer 10-Volt-Anwendung.

— Robert Endl
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Meine Entscheidung, in den meisten Fällen Keramik- oder Tantalkondensatoren zu verwenden, basiert auf den Kosten. Wenn ich Kapazitäten größer als 10uF benötige, sind Keramikkondensatoren teuer und Tantalkondensatoren sind eine gute Option.

— Gabriel Rezende Germanovix
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Der einzige Ort, an dem ich sie [persönlich] in einem Massenmarktprodukt dieses Jahrhunderts gesehen habe, war der VCO [für die drahtlose Kommunikation] eines schnurlosen Telefons von Uniden.

Da Sie mich neugierig gemacht haben, habe ich ein bisschen gegoogelt (für Tantal und VCO) und MAX2572EVKIT gefunden, das nicht besonders alt ist (2004) und einige Tantalkappen in der Stückliste hat. Dies ist ein GSM-VCO. Fand auch einen Abriss eines [ziemlich alt aussehenden] GSM-Telefons und sie fanden darin Tantalkappen , aber die sagen nicht, in welchem Subsystem.

Einige finden Sie auch im Datenblatt des HMC836LP6CE ; Dies ist nicht eindeutig datiert, aber die Revisionsnummer sieht aus wie 2011 oder 2012. Dies ist ein 4G PLL / VCO, so dass es nicht unglaublich alt sein kann. Ein weiterer Abriss fand sich auf der Platine des iPhone 6 ; Diese von Röhm, deren Rolle im Telefon nicht angegeben ist, behaupteten jedoch, "der teuerste Kondensator im iPhone 6" zu sein.

Beachten Sie auch diese Geschichte für eine Tantalkappe auf einem Arduino GSM-Modul, das Feuer fängt. Natürlich erfolgt die Teileauswahl für ein Arduino-Schild wahrscheinlich zu viel niedrigeren Standards als bei Apple ...

Mir ist nicht ganz klar, was Sie unter "Verwerfen spezifischer Leistungselektronik-Anwendungen" verstehen, aber falls andere daran interessiert sind, wurden einige auch in einem Abriss eines iPhone-Ladegeräts gefunden .

— Fizz
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Vielen Dank für Ihre nützlichen Links und tollen Einblicke! Sie haben recht, meine Aussage über "Leistungselektronikanwendungen" ist nicht sehr klar. Ich wollte sagen, dass ich nicht an Hochleistungsanwendungen interessiert war . Das soll aber nicht ausschließen, dass Stromrichterschaltungen praktisch überall benötigt werden.

— jose.angel.jimenez