Перейти к содержанию

Танталовый конденсатор (MnO2)

Жёлтые и оранжевые прямоугольные корпуса с полоской на одном конце — твердотельные танталовые конденсаторы. Ёмкости в них много для такого размера, ESR стабилен на холоде, но обращаться с ними надо аккуратнее, чем с керамикой: они полярны и не любят перенапряжения и бросков тока.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Танталовый конденсатор — твердотельный электролитический конденсатор, у которого анод сделан из спечённого порошка тантала, диэлектрик — тонкий слой анодного оксида Ta2O5, а катод — диоксид марганца MnO2 (KEMET, PCNS 2021). Пористый анод даёт огромную площадь, поэтому ёмкость на единицу объёма высокая. Вариант с катодом из проводящего полимера описан отдельно — см. полимерный конденсатор.

Безопасность. Танталовый конденсатор полярен: плюс отмечен полоской на корпусе, иногда скосом (KEMET T491, Reverse Voltage); подробно — в вопросе «Как определить полярность танталового конденсатора». Перевёрнутый или перегруженный по напряжению конденсатор пробивается и отказывает коротким замыканием; если источник может отдать большой ток, пробитый конденсатор греется, дымит и обугливается. Поэтому соблюдают полярность и запас по напряжению, а на шинах питания учитывают бросок тока заряда при включении.

Чем хорош

  • Ёмкость в малом корпусе. Высокое отношение ёмкости к объёму и стабильные характеристики на холоде (ADI MT-101, рис. 5).
  • Ниже ESR, чем у алюминиевых электролитов того же размера, и шире рабочая полоса частот (ADI MT-101).
  • Самовосстановление. В месте дефекта оксида MnO2 от нагрева переходит в низшие оксиды марганца с большим сопротивлением и отсекает ток утечки (PCNS 2021).

Ограничения по ADI: как правило, до 50 В и до 500 мкФ.

Запас по напряжению

УсловиеKEMET T491
Рабочее напряжение, −55…85 °CVR
Рабочее напряжение, 85…125 °Cснижается до 67 % VR
Рекомендуемое наибольшее в применении, до 85 °C50 % VR
То же при 125 °C33 % VR
Кратковременное обратное, 25 / 85 / 125 °C15 / 5 / 1 % VR

Данные — KEMET T491, Recommended Voltage Derating Guidelines и Reverse Voltage. Правило «вдвое больше рабочего» — снижение номинала по напряжению ради снижения риска пробоя; ADI отдельно предупреждает, что тантал нужно применять осторожно с учётом импульсных токов и пульсаций (MT-101). KEMET оценивает цену этого правила как примерно десятикратную потерю объёмной эффективности: для той же ёмкости нужен корпус больше (PCNS 2021). Импульсный ток проверяют на производстве: у T491 размеры C, D, E, U, V и X проходят 100 % испытание импульсным током.

Корпуса

Размеры SMD-корпусов обозначают буквой и метрическим кодом с высотой: A — 3216-18, B — 3528-21, C — 6032-28, D — 7343-31 (KEMET T491, табл. 2). Первые четыре цифры — длина и ширина в десятых долях миллиметра, последние две — высота в десятых долях миллиметра.

Когда вместо тантала можно поставить керамику и что при этом проверить — в вопросе «Замена танталового конденсатора керамическим», сравнение всех типов — в статье «Конденсаторы». Допустимые пульсации тока определяются ESR и мощностью, которую корпус может рассеять.

Частые вопросы

Почему для танталового конденсатора берут напряжение вдвое больше рабочего?

Так рекомендуют производители для конденсаторов с катодом MnO2: у KEMET T491 наибольшее рабочее напряжение в применении — 50 % номинала, а выше 85 °C — 33 %. Причина — механизм отказа: при пробое оксидного слоя конденсатор отказывает коротким замыканием, а запас по напряжению снижает этот риск. По данным KEMET, такой запас стоит примерно десятикратной потери ёмкости на единицу объёма, но резко снижает число отказов.

Правда ли, что танталовые конденсаторы горят?

Танталовый конденсатор с MnO2 может задымить и обуглиться, если он пробит и источник питания продолжает гнать через него большой ток. В исследовании KEMET 2021 года возгорание удалось получить при обратном напряжении около двух номиналов, а в отказавших коротким замыканием конденсаторах следов горения тантала не нашли: тёмные пятна — обугленный эпоксид корпуса. Безопасно — соблюдать полярность и запас по напряжению.

Можно ли подать на танталовый конденсатор обратное напряжение?

Только кратковременно и мало: по даташиту KEMET T491 — не больше 15 % номинала при 25 °C, 5 % при 85 °C и 1 % при 125 °C. Длительно работать в обратном включении нельзя даже в этих пределах. Если обратное напряжение возможно, например в цепи переменного сигнала, ставят неполярный конденсатор.

Источники

  1. KEMET. T491 Industrial Grade MnO2 tantalum capacitors (T2005_T491, 2026-07-08) — Features: 100 % испытание импульсным током для размеров C, D, E, U, V и X; Environmental: испытание импульсным напряжением 1,32 × VR при 85 °C, 1000 циклов; Recommended Voltage Derating Guidelines: рабочее напряжение от −55 до 85 °C — VR, от 85 до 125 °C — 67 % VR; рекомендуемое наибольшее напряжение применения — 50 % VR, выше 85 °C — 33 % VR; Ripple Current/Ripple Voltage: допустимые пульсации определяются ESR и рассеиваемой мощностью корпуса; Reverse Voltage: полярные, при неправильной полярности возможны необратимое повреждение или разрушение; плюс отмечен полоской, иногда скосом; допустимое кратковременное обратное напряжение — 15 % VR при 25 °C, 5 % при 85 °C, 1 % при 125 °C, длительно в обратном включении работать нельзя; табл. 2: корпуса A — 3216-18, B — 3528-21, C — 6032-28, D — 7343-31
  2. Freeman Y., Lessner P. (KEMET). Reliability and Failure Mode in Solid Tantalum Capacitors. PCNS 2021 — Introduction: анод из спечённого порошка тантала, диэлектрик — анодный оксид Ta2O5, катод MnO2; самовосстановление: в месте дефекта MnO2 под действием тепла переходит в низшие оксиды марганца с высоким сопротивлением и отсекает ток утечки; типичный отказ — низкое сопротивление изоляции или короткое замыкание; гипотеза о возгорании тантала с кислородом из MnO2 при пробое; в опыте возгорание наблюдали при обратном напряжении около двукратного номинала, а следов горения в конденсаторах, отказавших коротким замыканием, не нашли — тёмные пятна оказались обугленным эпоксидным компаундом; снижение напряжения на 50 % было рекомендовано для большинства применений и стоит примерно десятикратной потери объёмной эффективности
  3. Analog Devices. MT-101 Tutorial: Decoupling Techniques (Rev. 0, 03/09) — рис. 5: твёрдый тантал — высокое отношение CV к объёму, стабилен на холоде, опасность возгорания при обратном напряжении; твёрдые танталовые конденсаторы обычно до 50 В и до 500 мкФ, ESR ниже, чем у алюминиевых, применять осторожно с учётом импульсных токов и пульсаций

Нашли ошибку?

Смотрите также