Hallo Zusammen,
Ich habe hier eine Hobby-Schaltung von vor ein paar Monaten liegen und
bin mir unsicher, ob ich die überhaupt gefahrlos betreiben kann.
Verbaut ist ein Schaltspannungsregler LM2575D2T-5R4G und die Schaltung
ist genau nach Datenblatt erfolgt (s. Bild). Nur wurden aus Platzgründen
Tantal-Kondensatoren für Cin und Cout verwendet und zwar 16V 100uF für
den 12V Input und 10V 330uF für den 5V Output. Der 12V Input ist
immerhin mit einer 1A Feinsicherung versehen.
Wie gefährlich in puncto Brandgefahr ist der Einsatz von Tantals an
einem Schaltregler und besonders wenn die Nennspannung so dicht an der
tatsächlichen liegt?
Danke und LG
Felix schrieb:> 16V 100uF für den 12V Input
Geregelte 12V oder Kfz-Bordnetz? Das macht den Unterschied zwischen
viel-zu-knapp und explodiert-praktisch-sofort.
Schaut euch mal Al-Polymer-Elkos an. Mir scheint, deren einziger
Nachteil ist der erlaubte Ripplestrom bei niedrigen Frequenzen. Mit dem
LM2575 liegt ihr evt. so in der Mitte. Auf jeden Fall brennen die wie
normale Elkos.
Ein Kompromiss wären Tantal-Polymer. Im Gegensatz zu den klassischen
Tantals bringen die keinen eigenen Sauerstoff mit, brennen also viel
unspektakulärer bis garnicht. Dann gibt es noch Typen mit 100%
Surge-Test. Also, Tantal ist wirklich nicht gleich Tantal.
Tantal-Cs rund um Schaltregler sind potentiell gefährlich, da hast Du
recht.
Allerdings ist Dein Ansatz falsch: Aus Platzgründen verwendest Du
Tantal, aber dennoch den uralten LM2575 mit nur 52kHz Schaltfrequenz und
vergleichsweise riesigem Gehäuse.
Sinnvoller wäre es, einen moderneren Schaltregler, etwa im 1MHz Bereich
zu wählen und die damit entsprechend niedrigeren Kapazitätswerte mit
Keramik-Cs abzudecken, wenn keine Elkos eingesetzt werden sollen.
Gruß... Bert
Bert 0. schrieb:> Tantal-Cs rund um Schaltregler sind potentiell gefährlich, da hast Du> recht.
Dann würden jeden Tag Laptops explodieren. Tun sie aber nicht.
Bert 0. schrieb:> Tantal-Cs rund um Schaltregler sind potentiell gefährlich, da hast> Du> recht.
Nein, hat er nicht. Tantal brauchen eine große Reserve zur Nennspannung.
Und wenn die besteht (zum Scheitelwert), und man nur etwa maximal 70%
ausnutzt, dann ist man eigentlich halbwegs auf der sicheren Seite.
Ich persönlich würde Tantal nur dann einsetzen, wenn der Hersteller das
in seinem Datenblatt so angibt. Anonsten gibt's bessere Alternativen,
die zwar größer sind, aber zumindest failsafe sind.
> Allerdings ist Dein Ansatz falsch: Aus Platzgründen verwendest Du> Tantal, aber dennoch den uralten LM2575 mit nur 52kHz Schaltfrequenz und> vergleichsweise riesigem Gehäuse.
Dafür hat er weit weniger ESD Probleme. Du kennst die
Entscheidungsgründe nicht.
> Sinnvoller wäre es, einen moderneren Schaltregler, etwa im 1MHz Bereich> zu wählen und die damit entsprechend niedrigeren Kapazitätswerte mit> Keramik-Cs abzudecken, wenn keine Elkos eingesetzt werden sollen.
Die auch alles andere als klein sein werden. Schau Dir mal die Kapazität
von Kerkos bei 1 MHz an.
Felix schrieb:> Wie gefährlich in puncto Brandgefahr ist der Einsatz von Tantals an> einem Schaltregler und besonders wenn die Nennspannung so dicht an der> tatsächlichen liegt?
Tantals explodieren hauptsächlich durch den Einschaltstromstoß, daher
nimmt man sie nicht für Spannungsregler direkt am Eingang.
Eine Brandgefahr besteht nicht, da elektronische Bauteile typisch
schlecht entflammbar sind. Sobald der Tantal sich verbraucht hat,
verlöscht alles wieder.
Felix schrieb:> Wie gefährlich in puncto Brandgefahr ist der Einsatz von Tantals an> einem Schaltregler
Also ich kann berichten, dass mir ein uA78D40 mit 5V auf 25V wirklich
den 68uF/35V Ausgangstantal in Rauch aufgehen liess, inklusive einer
seitlich austretenden Stichflamme, da aber nur Elektronikzeugs drumrum
war ging das von alleine wieder aus.
Hinterher habe ich dann gelesen, dass Tantals keinen hohen Ripplestrom
mögen.
Ebenso hat es mir mal alle Tantaltropfenkondensatoren auf einer Platine
in Rauch aufgehen lassen bloss weil ich das eingeschaltete Netzteil
einsteckte statt schon eingesteckt einzuschalten. Harte Einschaltströme
sind auch nichts für die.
Es gibt aber Tantals die als robuster beworben werden und der übliche
Hinweis lautet: nimm die doppelte Spannung.
Mit Einschaltströmen hat das weniger zu tun, außer der Stromimpuls ist
so groß, dass er sich durch den Ri auf > 450°C erhitzt. Da braucht es
viel Strom dafür gemessen an den extrem kurzen Zeiten.
Wahrscheinlicher ist, dass im Einschaltmoment ein starkes Überschwingen
der Spannung auftritt, und das schlägt die Oxidschicht sofort durch.
35V Tantal bei einem 25V effektiv Schaltregler ist weit unter der 50%
Regel.
Ansonsten Tantal-Polymer oder Tantal mit Flüssigelektrolyt verwenden. Da
hat man diese Probleme nicht.
MaWin schrieb:> Es gibt aber Tantals die als robuster beworben werden und der übliche> Hinweis lautet: nimm die doppelte Spannung.
Haha, hier im Forum wurde ich mehrfach aufs übelste angekläfft für die
Aussage. Dabei empfehlen das die Hersteller. Teils zumindest. Aber die
Menge der Datenblattabstinenzler hier ist leider groß.
Das Problem mit inrush-Strömen ist übrigens hinlänglich bekannt, und man
kann das in diversen Appnotes zum Einsatz von Tantals lesen. Die muss
man aber auch lesen.
Bei meinem Arbeitgeber werden jedenfalls seit 30 Jahren Tantals in
Schaltreglern verwendet, und es sind keine erhöhten Ausfallsraten
bekannt. Und unsere Produkte haben eine lange Lebensdauer im Feld (>20
Jahre) und sind oft 24h/7d in Betrieb, wir reden da auch von Stückzahlen
im Bereich 100k-1M die wir da in Betrieb haben.
Ein "allgemeines" Problem gibt es nicht.
Es gibt sowieso mehrere Sorten Tantalkondensatoren.
Ta-Polymer verhalten sich beispielsweise anders.
Martin S. schrieb:> Tantal brauchen eine große Reserve zur Nennspannung.> Und wenn die besteht (zum Scheitelwert), und man nur etwa maximal 70%> ausnutzt, dann ist man eigentlich halbwegs auf der sicheren Seite.
Kann ich bestätigen. Ich habe selbst zigtausende Industriesteuerungen
mit Tantal-Cs an den Schaltreglern. Und dann kommt in 5V-Zweige einfach
ein 16V-Tantal rein.
Martin S. schrieb:> Wahrscheinlicher ist, dass im Einschaltmoment ein starkes Überschwingen> der Spannung auftritt, und das schlägt die Oxidschicht sofort durch.
Das erscheint mir sehr plausibel.
Und was sie gar nicht mögen, ist Verpolung. Das tragen sie dann auch
nach anschließender korrekter Polung "lebenslang" nach. Wenn auch dieses
Leben nicht mehr lang ist...
Felix schrieb:> 16V 100uF für den 12V Input und 10V 330uF für den 5V Output.
Der Ausgang ist unktitisch, weil/wenn dort keine Überspannung zu
erwarten ist.
Aber wenn der Eingang steckbar ist, dann kann es je nach Quelle schon
mal "Britzeln" beim Einstecken und so ein "Gebritzel" zeugt von höheren
Spannungen. Und wenn da schon 12V normal sind, dann ist bis 16V eben
keine brauchbare Reserve.
Hallo Bauform B.
Bauform B. schrieb:> Geregelte 12V oder Kfz-Bordnetz? Das macht den Unterschied zwischen> viel-zu-knapp und explodiert-praktisch-sofort.
Oh ja.
> Ein Kompromiss wären Tantal-Polymer. Im Gegensatz zu den klassischen> Tantals bringen die keinen eigenen Sauerstoff mit, brennen also viel> unspektakulärer bis garnicht. Dann gibt es noch Typen mit 100%> Surge-Test. Also, Tantal ist wirklich nicht gleich Tantal.
Richtig.
Ein Tipp für den TO: Mal nach den materiellen und strukturellen
Eigenschaften
von Tantal Kondensatoren schauen:
Beispiel:
https://www.newark.com/pdfs/techarticles/kemet/Replacing-MnO2-with-Conductive-Polymer-in-Tantalum-Capacitors.pdf
Persönliche Erfahrung: Direkt nach dem Schaltregler nur keramische
Kondensatoren, am besten COG/NP0 wegen den Piezoeffekten, und statt
einem großen besser mehrere kleine paralell, aber ein paar cm weiter
weg, und im Idealfall hinter einer Entstördrossel (bedämpft) können
schon Tantals sitzen. Und direkt paralell über den Tantals eine
Supressordiode.
Mit freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic
http://www.l02.de
Bauform B. schrieb:> Geregelte 12V oder Kfz-Bordnetz?
Kommt aus einem "normalen" 12V-3A-Netzteil.
Nach euren Tipps würde ich dann für eine Neuauflage einfach
Alu-Elektrolyt nehmen mit ausreichend hoher Nennspannung und versuchen
das platztechnisch irgendwie hinzubiegen.
Lothar M. schrieb:> Martin S. schrieb:>> Wahrscheinlicher ist, dass im Einschaltmoment ein starkes Überschwingen>> der Spannung auftritt, und das schlägt die Oxidschicht sofort durch.> Das erscheint mir sehr plausibel.> Und was sie gar nicht mögen, ist Verpolung. Das tragen sie dann auch> nach anschließender korrekter Polung "lebenslang" nach. Wenn auch dieses> Leben nicht mehr lang ist...
Ich mache dahingehend Messungen bei Standardmässig jeder Inbetriebnahme
einer Platine. Mit dem längsten zulässigen Kabel, und hart aufschalten
(falls das eine Anforderung ist).
Sowas ist SEHR lehrreich.
Auf die Art findet man schnell heraus, warum manche Entwickler große
Elkos auf die Platinen packen, obwohl der Zweck nicht sofort ersichtlich
ist.
Und man lernt schnell, warum Schalter bei DC ein Problem sein können.
Wir haben eine Lösung mit PMOS dafür. Die wiederrum eigene Probleme
mitbringt.
Klemmen mit Z-Dioden (wie solche SMAJ) klappt nur sehr bedingt. Wenn man
bei jedem Einschalten hart an die oberste Grenze rennt, ist das der
Lebensdauer nicht zuträglich.
Ja, die liebe Stromversorgung. Das meistunterschätzte Problem in der
Elektronik.
Screenshot_Schaltregler.PNG
(19 KB)
