¿Cuál es la clasificación de voltaje de condensador más baja que es segura de usar?

Estoy usando algunos condensadores de tantalio Case R (10uF 6.3v) como desacoplamiento masivo en la potencia de 3.3v de una phy Ethernet de 100mbps. También estoy usando cerámica de 0.1uF más cerca de los pines.

Como de costumbre, estoy terriblemente presionado por el espacio en la PCB, por lo que me gustaría reemplazarlos con tapas de tamaño 0603. El problema es que solo están clasificados para 4v. Normalmente siempre calificaría mis condensadores por el doble del voltaje que alguna vez verán.

¿Es probable que sea un problema si uso un capacitor de 4v en una línea regulada de 3.3v?

Usar tapas de tantalio para desacoplar es una tontería con las opciones actuales. Las tapas cerámicas de 1 µF y 6 V en el paquete 0603 son baratas y fácilmente disponibles. Eso sería mejor que 10 µF para desacoplar de todos modos. A 10 µF en los puntos de conexión de la fuente de alimentación tiene sentido, pero no para el desacoplamiento. Eche un vistazo a las gráficas de impedancia de las tapas cerámicas de 100 nF, 1 µF y 10 µF en las hojas de datos de cualquiera de los fabricantes acreditados.

¡Ten mucho cuidado con las especificaciones de tus gorras! Puede que no sean lo que dicen ser.

Un problema con las tapas de cerámica es que pierden capacitancia a medida que aumenta el voltaje. Por ejemplo, esta tapa de cerámica X5R de Venkel está clasificada a 10 uF y 6.3v. ¡El problema es que a 6.3v, la capacitancia real se reduce a solo 2 uF! ¡Eso es una caída del 80%! Incluso a 2.0v, le falta el 30% del valor nominal.

Esto se documenta aquí , pero de ninguna manera se limita a Venkel. X7R, X5R, y probablemente otras tapas de cerámica sufren de esto hasta cierto punto. COG / NPO no parece tener este problema. Debo señalar que este problema no figuraba en la hoja de datos general del condensador, sino solo en un documento complementario de "datos técnicos" que no se encontraba en el mismo lugar en su página web.

Sin embargo, su pregunta básica es "cuánto debería reducir la capacidad" de los condensadores. Por supuesto, si le preguntas a 10 EE acerca de esto, entonces probablemente obtendrás 15 respuestas diferentes. Aquí están mis reglas generales o pautas generales.

• Las tapas electrolíticas de aluminio se reducirán al menos al 50% si la capacitancia es crítica. Es decir, usaré una tapa de 25v en un riel de 12.5v. Si la capacitancia no es crítica, permitiré menos margen de voltaje.

• Las tapas de tantalio se reducirán al menos al 50% en la mayoría de los rieles, independientemente de su uso.

• Las tapas de cerámica por encima de 10v se reducirán al 50%. A medida que el voltaje caiga por debajo de 10v, permitiré menos margen. Ejecutaré un límite de 4.6v en un riel de 3.3v, por ejemplo. Pero tenga en cuenta lo que ya he dicho sobre las tapas de cerámica.

• Cuanto más ligero sea el estrés en una tapa, menos margen permitiré. Por ejemplo, si una señal solo ocasionalmente llega a 90v pero está mayormente por debajo de 50v, entonces podría usar una tapa de cerámica de 100v. La temperatura, el voltaje, la corriente y los efectos ESL / ESR juegan en esto. Una gorra con mucho estrés tendrá mucho más margen.

• La reducción de la capacidad inferior al 50% solo ocurre si hay otras razones para hacerlo. Si el costo, el tamaño y otros factores no entran en juego, siempre disminuyo al menos el 50%.

• Si un circuito se comporta bien y los problemas de picos de voltaje u otro mal comportamiento no son un problema, entonces podría dejar menos margen.

Pero estas son solo reglas generales aproximadas. Debe considerar cada caso por separado y sopesar los pros y los contras.

Actualizar:

Aquí hay alguna documentación de AVX. Está en la página 3, bajo el título de "DC Bias Dependency". Tenga en cuenta que sus curvas de voltaje frente a capacitancia para X7R son mucho más "agradables" que las de Venkel, por lo que si el valor del límite es realmente importante, investigue y obtenga el límite que desea.

Además del tamaño de los comentarios de Olin, tenga en cuenta que un condensador de tantalio en un circuito con cualquier tipo de "potencia" presente es un desastre total a la espera de que suceda.

Los condensadores de tantalio SON EXCEPCIONALMENTE propensos a que la capa de aislamiento atraviese los voltajes solo ligeramente por encima del voltaje nominal, y NO son autocurables. Una vez que se rompe la capa, el condensador descargará la energía disponible y se autodestruirá. El modo de falla normal es un corto metálico duro. Opcionales en el camino son humo, olor, llamas, sonido y explosión. He visto escuchar y oler todo esto en un solo evento emocionante en una ocasión.

Un pico de voltaje muy muy corto en un riel de potencia que excede la clasificación de voltaje puede perforar la capa de aislamiento y luego permitir que la energía del riel de potencia termine la tarea.

Cerámica: tenga en cuenta que el efecto de la temperatura varía según el grado. Además, la microfonía mecánica es peor en los grados de variación de temperatura amplia. No suele ser un problema para el desacoplamiento de potencia.

Una cerámica de bajo grado (poca tolerancia a la temperatura, por lo que también es pobre mecánicamente) en la entrada a un regulador puede "sonar" cuando se aplica un voltaje escalonado (como en el encendido) y puede destruir el regulador. Esto es inusual y fácil de evitar, pero debe ser conocido.

Si la cerámica no satisface sus necesidades por alguna razón, mire condensadores sólidos de aluminio (es decir, no electrolíticos de Al). Son competitivos con Tantalum en tamaño y costo de capacidad, pero no tienen el modo de falla fatal de Tantalum.

La regla sobre los tantalios es evitarlos a menos que haya una buena limitación de corriente. O al menos reducir el voltaje en al menos 3: 1 (algunas personas dicen 4: 1), no siempre es posible. Los he usado mucho en fuentes de alimentación en la salida de un regulador pequeño pero no en la entrada.