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FORO TÉCNICO => Foro Técnico => Mensaje iniciado por: remi04 en 29 de Agosto de 2019, 04:02:23

Título: Condensadores de tantalio que se incendian.
Publicado por: remi04 en 29 de Agosto de 2019, 04:02:23
Después de 6 años montando placas que usan tantalios electroliticos de 47uf y 16V, me he visto en la necesidad de aumentar la capacidad en dos de ellos.

 Ahora son de 150 uf y 16V. Son SMD.

  El problema es que aún trabajando el circuito a 13 V nada más dar alimentación en algunas placas este condensador defraga inmediatamente como una vengala. Sale llama y todo. 

 Son Vishay y son originales comprados en Farnell por lo que descarto que sean falsos.

 Haciendo pruebas vi que se incendian al momento de darles alimentación estando completamente descargado. Si previamente lo cargo mediante una resistencia limitadora de 47 ohm no le pasa nada. Luego puedo conectarlo directo sin resistencia. El problema es la carga desde totalmente descargado. Como si lo reventase la propia corriente inicial que no es poca precisamente.

   Los he pedido de 25V misma capacidad aunque sean más grandes por probar.  Pero me raya un poco el asunto por que es que no debería suceder.  Si es de 16V no se debería incendiar ni con 15 aún cargándolo desde cero a tope de intensidad.

    La fuente usada es una batería de moto así que descartado que pueda ser un pico generado en la fuente..

  ¿Qué opináis?

 Un saludo.
Título: Re:Condensadores de tantalio que se incendian.
Publicado por: Robert76 en 29 de Agosto de 2019, 07:12:06
Hola, había escuchado que los condensadores de tantalio tienen ese problema. Es más, aumenta el riesgo de falla en equipos viejos.
Y yo los he dejado de usar corroborando ese rumor,  al recibir una explosión en la cara.
Hubo una época en donde eran auge.
Pero hoy por hoy con los condensadores multicapa me temo que los de tantalio han quedado obsoletos por su mala fiabilidad.
Título: Re:Condensadores de tantalio que se incendian.
Publicado por: Picuino en 29 de Agosto de 2019, 07:56:13
Puede ser un pico de tensión generado por la inductancia parásita del cable que va desde la batería hasta el condensador. Si la batería es de 12v y el condensador de 16V, el margen es pequeño.

Si tienes un osciloscopio puedes ver el pico de tensión generado en los tántalos de 25V cuando te lleguen.

Saludos.
Título: Re:Condensadores de tantalio que se incendian.
Publicado por: Picuino en 29 de Agosto de 2019, 07:58:06
Otra solución que tienes es utilizar electrolíticos normales junto a condensadores cerámicos en paralelo.
Título: Re:Condensadores de tantalio que se incendian.
Publicado por: remi04 en 29 de Agosto de 2019, 19:09:44
Electrolitico normal es inviable por espacio.

 Tiene que ser del mismo formato que los de tantalio.  Son métrica 3528 los que uso.
Título: Re:Condensadores de tantalio que se incendian.
Publicado por: Picuino en 30 de Agosto de 2019, 06:02:18
Añade una resistencia en serie a uno de los cables de alimentación para que amortigüe la sobrecorriente en el encendido.
Título: Re:Condensadores de tantalio que se incendian.
Publicado por: remi04 en 30 de Agosto de 2019, 10:36:43
Añade una resistencia en serie a uno de los cables de alimentación para que amortigüe la sobrecorriente en el encendido.

 Correcto. De hecho uno de ellos, que es la del colector de un transistor que actúa de regulador la lleva, lleva una resistencia de fuerza de 47 ohm y ese es el único que no peta. 

  Los dos que se incendian reciben directamente los 12V mediante un diodo de tipo schottky.

 Lo que pasa es que ponerles resistencia a estos requiere rediseño de placa y volver a producir y tengo más de 100 que hay que gastarlas. Así que de momento inviable.  Pondré esos dos de menor valor y mayor tensión y a tocar madera.
Título: Re:Condensadores de tantalio que se incendian.
Publicado por: Eduardo2 en 30 de Agosto de 2019, 11:36:40
...  Pondré esos dos de menor valor y mayor tensión y a tocar madera.

Los condensadores de tantalio filtrando alimentación terminan reventando tarde o temprano, por eso se han dejado de usar.

No habiendo espacio para electrolíticos comunes la única alternativa que te queda son los de estado sólido.
Título: Re:Condensadores de tantalio que se incendian.
Publicado por: remi04 en 30 de Agosto de 2019, 14:12:59
Por ejemplo, ¿estos son seguros?. Esta referencia me serviría aunque sean de 22 uF.

https://lcsc.com/product-detail/Solid-Polymer-Electrolytic-Capacitor_PANASONIC-EEFCX1V220R_C193238.html
Título: Re:Condensadores de tantalio que se incendian.
Publicado por: planeta9999 en 30 de Agosto de 2019, 14:53:55
No habiendo espacio para electrolíticos comunes la única alternativa que te queda son los de estado sólido.


No conocía esos condensadores. ¿ que ventaja tienen sobre un electrolítico ?.
Parece que son bastante caros, y aparte de su tamaño, similar a los de un tántalo, no les veo otra cosa interesante.

Me podrían interesar para reemplazar electrolíticos en la entrada de reguladores conmutados, si no se van mucho de precio.


(http://slideplayer.com/6065354/18/images/4/SMT+Capacitor+Technology+Comparison.jpg)

Título: Re:Condensadores de tantalio que se incendian.
Publicado por: Eduardo2 en 30 de Agosto de 2019, 15:42:38
Por ejemplo, ¿estos son seguros?. Esta referencia me serviría aunque sean de 22 uF.

https://lcsc.com/product-detail/Solid-Polymer-Electrolytic-Capacitor_PANASONIC-EEFCX1V220R_C193238.html

O de este tipo:   
 - Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -  

que va a ser mas facil de conseguir.




planeta9999:     El electrolítico tradicional cuando está exigido en corriente se termina secando, caso típico en reguladores conmutados.   Si bien se prefieren los de 105° pues resisten mas, no hacen magia.

El de estado sólido es superior en todo -> ESR, rango de temperatura,  estabilidad de la capacidad con la temperatura y por supuesto el precio...   Son para usar donde el electrolítico no resiste.


En las motherboards de PC desde hace años, los electrolíticos de los reguladores internos se reemplazaron por los de estado sólido.   
Al menos en mi experiencia, desde entonces no he visto mother con esos condensadores degradados cuando con los electrolíticos comunes era la mitad de los problemas.
En cambio en las fuentes de PC, que son mas conservadores, los siguen usando contribuyendo a la obsolescencia programada.



Título: Re:Condensadores de tantalio que se incendian.
Publicado por: remi04 en 30 de Agosto de 2019, 16:41:47
Por ejemplo, ¿estos son seguros?. Esta referencia me serviría aunque sean de 22 uF.

https://lcsc.com/product-detail/Solid-Polymer-Electrolytic-Capacitor_PANASONIC-EEFCX1V220R_C193238.html

O de este tipo:   
 - Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -  

que va a ser mas facil de conseguir.



  Ese no me cabe por altura.   Es que no tengo más de 5mm de altura por que lleva un display lcd encima de la placa y el conjunto completo es muy fino. Tiene que serlo si no no sirve.
Título: Re:Condensadores de tantalio que se incendian.
Publicado por: Jorge555 en 31 de Agosto de 2019, 03:01:04
De tántalo lo recomendable es poner un valor de tensión del doble al que se vaya a necesitar, pero vamos con la facilidad que tienen para salir ardiendo lo mejor es no ponerlos, yo prefiero evitarlos.

Si el problema de sobretensión es la inductacia del cableado lo comentado sería solución, los cerámicos están tambiém em el rango de microfaradios para esas tensiones, aunque sube su precio bastante.
Título: Re:Condensadores de tantalio que se incendian.
Publicado por: Jorge555 en 31 de Agosto de 2019, 23:06:39
Vídeo sobre el efecto de la inductancia de los cables y los condensadores en el pico de corriente de arranque:


y una nota de aplicación bastante buena sobre el tema y el resultado de los distintos tipos de condensadores: https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/an88f.pdf

Citar
Plug In the Wall Adapter at Your Own Risk
The input voltage transient problem is related to the powerup sequence. If the wall adapter is plugged into an AC outlet and powered up first, plugging the wall adapter output into a portable device can cause input voltage transients that could damage the DC/DC converters inside the device.

Como te comentan más arriba, mide con un osciloscopio el escalón de arranque para ver que valores tienes (y ver si te vale lo de doblar el voltaje del tantalio), si cambias los tantalios por otro condensador de menor ESR el pico de tensión será aún mayor.

Título: Re:Condensadores de tantalio que se incendian.
Publicado por: juaperser1 en 02 de Septiembre de 2019, 04:47:55
Por lo que veo entonces, siempre que se pueda debemos poner los estado solido, en vez de los tantalos, o incluso que los electroliticos de aluminio.

¿Pero estos de estado solido no explotan ni arden? es decir que pasa si los conecto al revés o le meto mas tensión? se estropean como un transistor o diodo por ejemplo pero sin arder?
Título: Re:Condensadores de tantalio que se incendian.
Publicado por: KILLERJC en 02 de Septiembre de 2019, 12:42:07
Por lo que veo entonces, siempre que se pueda debemos poner los estado solido, en vez de los tantalos, o incluso que los electroliticos de aluminio.

En realidad es muy claro el video + el PDF

Es tener en cuenta el efecto de la inductancia, que es lo que produce el pico de voltaje debido al circuito LC que se forma (ante un escalón de tensión). Que no solo afecta a la capacidad, sino también a los demás componentes.
Y que la única forma de "frenarlo" es aumentando la ESR, es decir incrementando su resistencia (Sea agregando una resistencia u otro tipo de capacitor con mayor ESR), aunque eso te lleve en algunas aplicación a poner mas capacitores en paralelo para cumplir con la corriente.

En resumen:

Bien diseñado = sin explosiones

--------------------------------

PD: Una gran aclaracion es que es un escalon de tension, como dice el PDF que pasaron, una aplicacion practica seria la fuente de una notebook, en caso de que el cargador estuviera conectado a la notebook, la tension subiria junto a la de la fuente. En cambio si se plantea que el cargador esta enchufado a la red, y luego se conecta a la notebook, ahi tendriamos el escalon en nuestra fuente.

Título: Re:Condensadores de tantalio que se incendian.
Publicado por: micro_pepe en 02 de Septiembre de 2019, 12:50:32
Sin embargo en circuitos que manejan RF y tienen un micro de control, se ponen filtros L-C en su alimentación, y en el micro varios condensadores en paralelo de varios valores en múltiplos.

Saludos!!!
Título: Re:Condensadores de tantalio que se incendian.
Publicado por: remi04 en 02 de Septiembre de 2019, 17:08:16
Por lo que veo entonces, siempre que se pueda debemos poner los estado solido, en vez de los tantalos, o incluso que los electroliticos de aluminio.

En realidad es muy claro el video + el PDF

Es tener en cuenta el efecto de la inductancia, que es lo que produce el pico de voltaje debido al circuito LC que se forma (ante un escalón de tensión). Que no solo afecta a la capacidad, sino también a los demás componentes.
Y que la única forma de "frenarlo" es aumentando la ESR, es decir incrementando su resistencia (Sea agregando una resistencia u otro tipo de capacitor con mayor ESR), aunque eso te lleve en algunas aplicación a poner mas capacitores en paralelo para cumplir con la corriente.

En resumen:

Bien diseñado = sin explosiones

--------------------------------

PD: Una gran aclaracion es que es un escalon de tension, como dice el PDF que pasaron, una aplicacion practica seria la fuente de una notebook, en caso de que el cargador estuviera conectado a la notebook, la tension subiria junto a la de la fuente. En cambio si se plantea que el cargador esta enchufado a la red, y luego se conecta a la notebook, ahi tendriamos el escalon en nuestra fuente.


  Pero mas que el escalón en si, el problema por lo que interpreto del video y del pdf es el pico inductivo que se genera. ¿Es ese pico el que destruye el condensador de forma inmediata?, o ¿ es el escalón de tensión que lo mejor es suavizarlo y casi convertirlo en una rampa??.

Título: Re:Condensadores de tantalio que se incendian.
Publicado por: KILLERJC en 02 de Septiembre de 2019, 18:34:40
Citar
  Pero mas que el escalón en si, el problema por lo que interpreto del video y del pdf es el pico inductivo que se genera. ¿Es ese pico el que destruye el condensador de forma inmediata?, o ¿ es el escalón de tensión que lo mejor es suavizarlo y casi convertirlo en una rampa??.

Resumiendo lo que voy a decir a continuacion:
SI - Es el pico quien destruye el capacitor, ¿pero por que se produce ese pico?
SI y NO - SI solucionaría el problema, pero crear una fuente que aumente lentamente su tensión de salida lo mas sencillo sea aumentar su impedancia de salida. Lo cual no es bueno para una fuente y limitaría la corriente que puede entregar. ¿Es necesario suavizarlo? es ahí donde considero que NO.

En realidad lo que no se tiene en cuenta es justamente la inductancia (pico inductivo es algo confuso de decirlo) entre esa fuente y el capacitor. Al no modelizar la inductancia(modeliza bien sencillo) uno asume que la tensión en el capacitor es una tensión que aumenta lentamente, algo así cuando pones una red RC serie , podes observar que el capacitor se carga lentamente. Esa resistencia suaviza la tensión por así decirlo.

Si vos tenes una fuente que crece lentamente en tensión (de salida) no tendrías ese ringing que estas viendo en el PDF/video, porque recordaras que la tensión de la inductancia depende de la variación de la corriente (su di/dt).  De no tener un escalón pronunciado la corriente no varia rapidamente y por lo tanto no tenes ese sobre pico que te quema el capacitor.

Al momento de darle ese escalón de tensión y el capacitor estando a 0V y muy poca resistencia que lo limite, hace que la variación de corriente sea grande. Y la tension de la inductancia deja de ser despreciable y se termina sumando con la del capacitor, y por lo tanto tenes un sobrepico de tensión sobre el mismo. Como un modelo simplificado tenes una red RLC en serie donde R es muy pequeña. (Observa que antes asumimos una red RC nomas y ahora tenemos en cuenta la L, por lo que es una red RLC)
La LC te van a definir la frecuencia de ese sobrevoltaje, y la R y L va a ser quien determine si se produce el sobre voltaje, amplitud y cuando dura.

https://en.wikipedia.org/wiki/RLC_circuit
(En el link tenes los 3 casos que se pueden presentar, underdamped (ζ < 1), overdamped (ζ > 1) and critically damped (ζ = 1) ) Y el que estas viendo es el caso del underdamped. Es decir que alpha es mas pequeño que la frecuencia de oscilacion, y siendo que alpha es directamente proporcional a la Resistencia, eso quiere decir que la resistencia es pequeña.

Podras observar en el video que los capacitores con menores ESR ( menor resistencia serie ) poseen un ringing mas prolongado (menos amortiguado). Mientras que con el electrolitico que posee mas ESR no ocurre de esa forma y no presenta un ringing, es decir (ζ >= 1).

Justamente esa respuesta oscilante amortiguada, es la que destruye el condensador, ya que uno "asume" que no debería pasar de 12V, que no esta mal pensarlo así, este modelado sirve y es útil para muchas de nuestras aplicaciones, pero en el caso planteado donde realmente influye y destruye los capacitores, el modelo anterior es demasiado simplificado y el efecto de las inductancias es notable, por lo que no debería ser un aspecto a simplificar en el diseño del circuito y debe ser tenido en cuenta.

A pesar que lo dice el PDF lo nombro acá también, no solo es el capacitor lo que te preocupa sino también los componentes que están paralelos a ese capacitor. Por ejemplo si tenes un MOSFET y pensas que con 30V te sobra (ya que te manejas con 12V) , y de golpe tenes picos de 40V al alimentar el circuito, seguramente estés destruyendo ese MOSFET.
Título: Re:Condensadores de tantalio que se incendian.
Publicado por: Picuino en 03 de Septiembre de 2019, 09:00:22
No sé qué inductancia tendrán tus cables de alimentación, pero si le pones una resistencia de 0.47 Ohm en serie con los cables de alimentación lo más probable es que amortigue todos los picos de tensión. En ese caso el sobrepulso en el encendido será como máximo de 1voltio para unos cables de 10uH (que es bastante inductancia para unos cables).

Intenta minimizar la inductancia de los cables de alimentación llevándolos en paralelo. Si la batería de la moto aporta también inductancia, puedes aumentar más la resistencia en serie o añadir un condensador en bornes o cerca de los bornes de la batería.

Otra solución es colocar un zener en paralelo con el condensador para que limite la tensión máxima.

Un saludo.
Título: Re:Condensadores de tantalio que se incendian.
Publicado por: remi04 en 03 de Septiembre de 2019, 18:52:33
En verdad, la placa diseñada se acopla encima de otra placa ya existente la cual si que cuenta con condensadores de filtro y demás por lo que una vez acoplada la placa desaparecen todos los problemas de este tipo.

   El caso se me ha dado por primera vez al probar las placas por separado dando por consiguiente alimentación externa desde una batería. También. Probado con una fuente de 10 Amperios (switching) con el mismo resultado catastrófico.  Los cables De la Fuente a la placa para test son de 1,5 mm y 70 cm de longitud, son separador (rojo y negro) acabados en caimanes.

 Aún así, como aún me quedan bastantes placas que quiero sacar he eliminado los condensadores que trabajan con los 13 voltios salvo el que lleva resistencia en serie de 47 ohm. Es el único que no peta. Para sacar esas placas, estos condensadores los he puesto de 35V y les he añadido en paralelo un cerámico de 1 uF. 

    He rediseñado la placa para colocar condensadores cerámicos en las entradas de 12v y he añadido en serie con los diodos schotky resistencias de 0,47 oh.  He sustituido los tantalios que trabajan a 12v por condensadores sólidos. Pero claro, todo esto llegará cuando agote el stock que me queda.

  Espero que estas medidas sean suficientes.  Las pruebas que he realizado son bastante favorables incluso con los de 16V.

  Muchísimas gracias por toda la ayuda que habéis aportado por que a parte de resolver el problema me han aclarado algunos conceptos que tenía despistados .