Hallo zusammen,
Auf einer etwas beengten Relais-Platine brauche ich wegen der
schwachbrüstigen Spannungsquelle (die ich nicht ändern kann) rund 6000uF
Puffer-Cs bei einer Spannung von 5V. Die Puffer-Cs kann ich auch nicht
auslagern. Die müssen auf die Platine, welche ich auch nicht größer
machen kann.
Normalerweise würde ich hier anständige Elkos nehmen. Aber ich hab den
Platz nicht.
So ein Relais (bistabil) will einen mind. 50ms Schaltimpuls.
Wie schaut das aus wenn ich hier sechs Stück SMD Tantal mit je
1000uF/6.3V verbaue? Was für Effekte/Probleme können auftreten?
Bin nicht so firm was Tantals angeht, erst Recht nicht wenn es
"winzige" SMDs sind. Mein Bauchgefühl sagt Elko, der Platz auf der
Platine sagt Tantal.
Wenn Tantals gar nicht gehen muss ich die Anzahl der Relais/ Ausgänge
reduzieren um Platz zu schaffen. Aber das würde ich gerne vermeiden...
Gruß Alex
Früher waren Tantals berücktigt dafür, daß sie gerne mal einen satten
Kurzschluss gemacht haben oder einfach angefangen haben abzufackeln. Und
sie waren nicht impulsfest, was aber bei deiner "schwachbrüstigen"
Stromversorgung ja kein Problem wäre.
Ich weiss nichtinwiefern moderne Tantals diese Probleme nicht mehr
haben.
Kommt auch auf die Bauform an.
Siehe dazu: https://de.wikipedia.org/wiki/Tantal-Elektrolytkondensator
Da gibt es sicher mittlerweiel Ersatztypen, sodass man auf Tantal gut
verzichten kann.
Wie wäre es mit einem sog. "Bestcap" von AVX?
Diese werden gern bei PC-Card/GSM Modems zum Puffern der Betriesspannung
eingesetzt. 50.000µF/5.5V ungepolt mit 50mR Innenwiderstand.
Hier ein 6.800µF/15V mit 500mOhm, 20x15mm Abmessungen:
http://www.digikey.com/product-detail/en/avx-corporation/BZ05FB682ZSB/478-6277-ND/2506249
Tantal würde ich meiden.
Es gibt auch noch andere Festkörperelektrolytkondensatoren, da bin ich
aber nicht auf dem laufenden.
StromTuner
Das BestCap Teil schaut mal nicht schlecht aus. Leider krieg ich auch
das Abmessungsmäßig nicht unter. 20x15mm gingen noch auf der Unterseite
wenn ich quetsche, aber 5,8mm Höhe sind exakt 0,8mm zu viel.
Hab vier Stellen wo ich einen 8x8mm Elko unterbringen könnte. Aber in
der Höhe hab ich nur 14mm zur Verfügung.
Hab einen fünfte Stelle wo ebenfalls 8x8 Elko möglich wäre, aber hier
kann ich mir immerhin 16mm in der Höhe leisten.
Auf der Platinenunterseite hab ich gut 5mm Platz in der Höhe.
Bei Digikey hab ich im Reich der Elkos da nichts passendes gefunden um
die Gesamtkapazität von ca. 6000µF zu erreichen (8x8mm und rund 1500µF
sind irgendwie 17,5mm hoch), deshalb die Idee mit den SMD Tantals. Die
sind von der Aufbauhöhe so flach dass ich sie unter die Platine packen
könnte. Und auch auf der Platine könnte ich an den für Elkos gedachte
Stellen die Tantals unter bringen.
Hat jemand "aktuelles" Wissen um Tantals? Was spricht definitiv dagegen?
Ich brauch keine super schnellen Schaltimpulse. Um das Relais zu
schalten reichen mir 60ms.
In Summe hab ich 8 Relais, welche aber nicht gleichzeitig, sondern per
Software nacheinander angesteurt werden. Worst-Case-Szenario wäre eine
Schaltfrequenz von gerade mal 8Hz. Und das auch nur für einen Moment
(beim Einschalten um die Relais in einen definierten Zustand zu bringen)
und nicht im Dauerbetrieb.
Was mich halt skeptisch macht: Die SMD Tantals sind im Vergleich zu den
Elkos winzig. Gleiche Kapazität auf viel engerem Raum. Das wird doch
einen nennenswerten Nachteil haben (außer das abfackeln?!).
Gruß
Alex
Alex C. schrieb:> Das wird doch> einen nennenswerten Nachteil haben (außer das abfackeln?!).
Manches wird auch einfach weiterentwickelt ... Hab mich auch noch nicht
an MLCC gewöhnt, die es zB mit 47µF im 0805er SMD Package gibt :)
Je mehr ich mich einlese, desto sympathischer wird mir das Ganze.
Wenn man dem Wikipedia-Artikel glauben schenken darf, dann fackeln die
maximal dann ab, wenn sie "überlastet" werden (klingt logisch...).
Was das genau heißt steht da nicht. Aber entweder
* man gibt mehr Spannung drauf als er kann, d.h. ich hätte den falschen
Typen gewählt oder die Schaltung läuft Amok --> Lässt sich vermeiden
oder
* Man betreibt ihn außerhalb der zulässigen Temperatur --> Lässt sich
für meinen Zweck sehr gut vermeiden
oder
* man lädt oder entlädt zu schnell (Lade/Entladestrom)?!
oder
* generell zu hohe Lade/Entlade-Frequenz
Die Lade/Entladefrequenz ist mit meinen max. 8 Hz sicherlich unkritisch.
Und der Lade/Entladestrom... nun ja... Ein Relais zieht 119mA@5V für
50..60ms. Das ist auch nicht wirklich viel. Wenn man mal ein Datenblatt
zu rate zieht (z.B.
http://www.mouser.com/ds/2/212/KEM_T2005_T491-533941.pdf), dann hat so
ein Tantals SMD Chip bei 1000µF/6.3V und 100kHz@25°C einen max.
RippleCurrent von 524mA.
An die 100Khz komm ich bei weitem nicht ran. Und an die 524mA schon gar
nicht.
Bin jetzt nach wie vor nicht der Tantal-Profi. Aber das klingt für mich
als sollte das zuverlässig funktionieren, ohne abzufackeln.
Oder hat hier noch jemand nen Punkt anzumerken den ich übersehen habe?!
Gruß
Alex
Alex C. schrieb:> Oder hat hier noch jemand nen Punkt anzumerken den ich übersehen habe?!
Ja eben den daß Tantals anfangen können zu brennen. Andere Elkos oder
MLCCs machen einen Kurzschluss (darum sorgt sich dann die Sicherung)
oder platzen und sauen dabei alles ein, aber es entsteht kein Brand.
Kannst du nicht die Spannung am Elko erhoehen? Die Energie die ein
Kondensator speichert ist linear zur seiner Kapazitaet aber quadratisch
zur seiner Spannung.
E = (U^2 * C) / 2
Dahinter dann einen kleiner Schaltregler der dir 5V erzeugt. So kannst
du mehr Energie speichern und hast eine konstante Spannung. Die
Baugroesse der Elkos nehmen ja nicht ebenfalls quadratisch zu mit
hoehere Spannung.
Alex C. schrieb:
> entweder>> * man gibt mehr Spannung drauf als er kann, d.h. ich hätte den falschen> Typen gewählt oder die Schaltung läuft Amok --> Lässt sich vermeiden
naja, traditionell würde man für 5V keinen 6.3V-Tantal einsetzen, das
reduziert die Lebensdauer deutlich.
> * man lädt oder entlädt zu schnell (Lade/Entladestrom)?!
wie ist die Daumenregel 3 Ohm/Volt gemeint? Dein Netzteil hat sicher
keine 15 Ohm Innenwiderstand sondern ein Ausgangs-C. Ich fürchte, deine
6000uF helfen auch nicht viel, weil bei zu hohem Ladestrom zuerst eine
winzig kleine Stelle im schwächsten Tantal zerstört wird (ist das so?).
> Und der Lade/Entladestrom... nun ja... Ein Relais zieht 119mA@5V
kritisch ist nur der Ladestromstoß, wenn das Netzteil schon
eingeschaltet ist und du es dann mit der Relais-Platine verbindest.
> An die 100Khz komm ich bei weitem nicht ran.
Bei Al-Elkos ist der erlaubte RippleCurrent bei niedriger Frequenz
niedriger :)
> Oder hat hier noch jemand nen Punkt anzumerken den ich übersehen habe?!
Ja, im Zweifelsfall nimmt man heute bei kleinen Spannungen
Polymer-Tantals. Die wurden eigentlich zwecks besserem ESR erfunden,
aber der Rest ist auch besser (bis auf Leckstrom und max. Temperatur).
Vor allen können sie nicht so spektakulär abbrennen, weil sie keinen
eigenen Sauerstoff mitbringen. Der Angstabstand
Betriebsspannung/Nennspannung kann von 50% auf 80-90% verbessert werden,
die Lebensdauer ist höher. Auf jeden Fall kann kein Elektrolyt
austrocknen wie bei Al-Elkos. Die besseren Typen sind zu 100% auf hohe
Ladeströme getestet.
Alex C. schrieb:> rund 6000uF> Puffer-Cs bei einer Spannung von 5V
Man darf natürlich nicht erfahren den Schaltplan oder die Funktion?
Der Andere schrieb:> Früher waren Tantals berücktigt dafür, daß sie gerne mal einen satten> Kurzschluss gemacht haben oder einfach angefangen haben abzufackeln.
Unterschreibe ich!
Alex C. schrieb:> Wenn man dem Wikipedia-Artikel glauben schenken darf, dann fackeln die> maximal dann ab, wenn sie "überlastet" werden ..> Was das genau heißt steht da nicht.
Tantals mögen keine hohen Ströme (Impulse) - hier werden die nicht mehr
eingesetzt.
Manfred schrieb:> Tantals mögen keine hohen Ströme (Impulse)
Ich erinnere mich an das gleiche, nur etwas anders formuliert: der
Einsatz von Tantals an Spannungsquellen mit niedrigem Innenwiderstand
ist ein schwerer Konstruktionsfehler.
Meine Steuerungen hatten extrem geringe Ausfallraten, aber der einzige
mehrmals aufgetretene Ausfallgrund waren explodierte Tantals an der
+-12V-Versorgung, und damit der Ausfall der V24-Anschlüsse.
Georg
Georg schrieb:> Ich erinnere mich an das gleiche, nur etwas anders formuliert: der> Einsatz von Tantals an Spannungsquellen mit niedrigem Innenwiderstand> ist ein schwerer Konstruktionsfehler.
Deine Formulierung ist besser zu verstehen. Es habe Datenblätter
gesehen, wo die Anzahl der Schaltzyklen gegen Ri der Versorgung
dargestellt wurde.
> Meine Steuerungen hatten extrem geringe Ausfallraten, aber der einzige> mehrmals aufgetretene Ausfallgrund waren explodierte Tantals an der> +-12V-Versorgung, und damit der Ausfall der V24-Anschlüsse.
Tantaltropfen hatte Blaupunkt noch in den 80er-Jahren in Autoradios, die
dann nach ein paarmal Ab- und Anklemmen ohne ersichtlichen Grund die
Sicherung warfen.
Wir hatten die Dinger als Koppel-Cs in Verstärkern, da passierte nichts
- außer, dass die gelegentlich durch Funkelrauschen auffielen.
"Klasssiche" Elkos wurden besser, so dass man sich auch dort von Tantal
getrennt hat.
Es wird noch keine 15 Jahre her sein, dass ein deutscher Hersteller
professioneller Router Tantals auf der Versorgung hatte, die zum Teil
bereits in der Fertigungsprüfung abflogen. Sie wurden durch Tantals
höherer Spannungsfestigkeit ersetzt und der Entwickler war beleidigt,
als ich ihn Dilletant tituliert habe - auch diese flogen nämlich weg.
Was mir unklar ist, ist die aktuelle Lage: Hat sich das gebessert oder
lässt man immer noch die Finger von Tantal weg?
Um Tantal (Coltan) werden Kriege geführt. Wie man häufig in der Presse
erfährt, ist es geradezu lebensnotwendig für die moderne
Kommunikationsgesellschaft.
Wie bist du auf die 6000µF gekommen? Hast du bei dem 50ms Puls beachtet,
dass die Induktivität der Relaisspule für einen langsam ansteigenden
Strom sorgt? Vielleicht ist die Induktivität ja groß genug dass du mit
einem weniger Kapazität auskommst?
die X-CON Kondensatoren gehen gut dafür. 6mF halte ich auch für
übertrieben. Die Bestcap vn AVX(Bspsw.) werden gern in kleinen
Applikationen eingesetzt, wo es auf hohe Impulsströme ankommt.
Ich verlinke da gern nochmal hin:
http://catalogs.avx.com/BestCap.pdf
Such Dir aus diesem Sortiment was kleines aus und teste erst einmal, was
Du tatsächlich brauchst!°
Tantals hier:
http://www.vishay.com/docs/40134/592w.pdf
So, melde mich mal wieder zu Wort.
> mal ganz dumm gefragt: wie dick ist deine Platine? kann die noch dünner
werden?
1,6mm. Und dabei sollte es - auch aus mechanischen gründen - bleiben.
> naja, traditionell würde man für 5V keinen 6.3V-Tantal einsetzen, das
reduziert die Lebensdauer deutlich.
Und wie verhält sich die Lebensdauer wenn ich dir 5V mit +-0,2V
garantieren kann?
> Man darf natürlich nicht erfahren den Schaltplan oder die Funktion?
Ich bin nicht davon ausgegangen dass ich groß erklären muss was ich mit
einer Relaisplatine, auf der aktuell 8 Relais vorgesehen sind, anstellen
will.
Die Platine besteht auch 8 bistabilen Relais, ULN2803 sowie einem I2C
PortExtender. Angesteuert wird über eine separate Mikrocontrollerplatine
via I2C. Und da kommt auch die Betriebsspannung her. D.h. ich muss damit
leben was die Mikrocontroller-Platine mir liefert.
Und damit sind wir auch schon bei
> 6mF halte ich auch für übertrieben.
Meine gegebene, nicht veränderbare/austauschbare/modifizierbare
Spannungsversorgung liefert 5V@50mA(max). Das ist für ein Relais mit
120mA Spulenstrom einfach gesagt "schwachbrüstig". Da ich aber keine
hohen Schaltfrequenzen hab, krieg ich das mit einem Pufferkondensator in
den Griff.
Das ganze ist nicht allein auf meinem Mist gewachsen. Die Schaltung ist
mehr oder weniger ein "Nachbau" eines existierenden Geräts das mit der
selben Spannungsquelle arbeitet und das nahezu identische Relais
verwendet.
Die rund 6000µF ergeben sich aus den 400mW des Relais und den 60ms (50
sagt das Datenblatt brauch ich Minimum) für den Schaltvorgang. Komme
hier rechnerisch auf 5330µF. Noch etwas "Angstpuffer" oben drauf und ich
bin bei 6000µF.
Und damit das alles nicht nur Theorie ist: Ich habs praktisch auf dem
Steckbrett ausprobiert: mit 5000-6000µF läuft das ganze stabil. Mit
4000µF stürzt der µC noch nicht ab, aber man sieht den "Einbruch"
bereits an den LEDs auf der µC Platine, welche für einen sehr kurzen
Moment ein ganzes Stück dunkler leuchten-
Nun aber wieder zurück zum Thema:
* Gesetz dem Fall ich kann die 5V ziemlich stabil halten (und kratze nie
an der 6V Marke): Reicht ein 6.3V Elko/Tantal oder muss ich auch dann
Angst vor einem frühzeitigen Ausfall haben? Immerhin hab ich mit 6.3V
rund 20% "Puffer" bei meiner 5V Versorgung.
Alex C. schrieb:> Und wie verhält sich die Lebensdauer wenn ich dir 5V mit +-0,2V> garantieren kann?
Ich nehme an, die Quelle ist eine geregelte Gleichspannung, da hätte ich
keine Bedenken, 6,3V einzusetzen.
> Reicht ein 6.3V Elko/Tantal oder muss ich auch dann> Angst vor einem frühzeitigen Ausfall haben?
Tantal hat auf einer Versorgungsleitung nichts zu suchen, das wurde
schon hinreichend diskutiert. Da Du nur einem Relais seinen
Einschaltstrom puffern willst, tut es jeder beliebige Elko.
Über das Konzept an sich, 120mA-Relais an 50mA-Versorgung, hüllen wir
lieber den Mantel des Schweigens.
Manfred schrieb:> Tantal hat auf einer Versorgungsleitung nichts zu suchen
sehe ich auch so, wenn überhaupt Tantal, dann dort wo ich die
Wickelinduktivität von AL-Elkos nicht gebrauchen kann, z.B. in DC
Trennung bei Verstärkerstufen.
Habe trotzdem keine Tantal benötigt.
Dem µC eine Shottkydiode und 220µF zu spendieren, wäre doch mal eine
Maßnahme. Dann wäre der vom Spannungseinbruch (mehr oder weniger)
entkoppelt?
StromTuner
Manfred schrieb:> Da Du nur einem Relais seinen> Einschaltstrom puffern willst, tut es jeder beliebige Elko.
... die ich aus Platzgründen nicht einsetzen kann. Steht gleich im
ersten Post.
>> Über das Konzept an sich, 120mA-Relais an 50mA-Versorgung, hüllen wir> lieber den Mantel des Schweigens.
In der KNX Welt (jetzt ist die Katze aus dem Sack) ist das leider nun
mal so, dass du nur begrenzt Strom vom Bus bekommst. Exakt die von mir
genannten Rahmenbedingungen haben vielleicht hunderte KNX
Gerätehersteller auf der Welt (gleicher KNX Chipsatz, gleiche
Beschaltung, ...) und da haut das prima hin. Und wie diverse
geöffnete/begutachtete Relais-Aktoren beweisen: Hier wird auch nur mit
Wasser gekocht. Und wo man hinschaut: Puffer-Elkos um die 6000µF.
Einziger Unterschied: Die packen weniger Relais rein und haben damit
mehr Platz für dicke Elkos.
Meine finale Lösung (ist ja nur ne private Kleinserie für den
Eigenbedarf) wird nun wie folgt aussehen:
Try & Error ... Die Platine für für 8 Relais + Tantals, sowie für 6
Relais + Alu-Elkos ausgelegt. Haut das mit den Tantals hin: Passt.
Raucht da ein Tantal vorzeitig ab, muss ich nicht den ganzen Satz
Platinen in die Tonne kloppen, sondern kann mit weniger Relais und
Alu-Elkos weiter machen.
Alex C. schrieb:> Raucht da ein Tantal vorzeitig ab
Ich glaube du verkennst das ein bischen. Der stößt nicht einfach ein
bischen Qualm aus und zerbröselt, sondern der brennt, und zwar unter
Umständen ziemlich heftig und heiß.
Wenn du die Platinen in eine Hohlraumdose in eine Holzständerwand
packst, oder sonst brennbares in näherer Umgebung ist, dann hast du
eventuell ein anderes Problem als den restlichen Satz deiner Platinen.
Die ist dann nämlich mit deiner Wohnung mit abgefackelt.
der µC muss nicht mit 5Volt laufen!
(das wäre ja mal eine Herausforderung, der ich mich gern stellen würde)
"KNX", schade - kommt etwas spät, die Info. Hätte man sich enlesen und
was zu beitragen können.
das ist übrigens diese "SLAMITAKTIK", die ich letztens "bereimt" hatte.
StromTuner
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