f: explodierende Tantal-C's

[Joachim Ebel]

Hallo,

wir haben hier ein etwas seltsames Problem:
In der Versorgungsleitung eines Motortreibers haengen mehrere Tantal-C's.
Der erste in der Reihe verabschiedet sich mit lautem Knall beim einschalten
des Netzteils.
genaueres: Vom Stecker der Stromversorgung geht die Leiterbahn erst ueber
einen 22mu/35V Tantal, zweigt von dort zum Motorcontroller (SI9978) und geht
weiter zu den 4450ern der Bruecke. Parallel zu den 4450ern liegen jeweils
22mu/25V zum entkoppeln. Die Leiterbahnen sind fuer 10A ausgelegt bei 24V
Vcc.
Wieso geht der erste hoch?
Folgende ueberlegungen wurden schon angestellt: Der Einschaltpuls (dU/dt)
uebersteigt die Strombelastbarkeit des C's. Warum ergeht es den anderen dann
nicht auch so?
- Die Leiterbahninduktivitaet beim Einschalten ergibt einen L-C Schwingkreis
mit der Folge der Spannungsueberhoehung am C und deshalb bumm. (das NT gibt
wohl 20A ab). Sollte man mal nachmessen und den Einschaltspannungsverlauf am
C aufnehmen, wobei mir das etwas komisch vorkommt.
Die naechste Ueberlegung ist, einen kleinen R (ca 100mOhm) in die Zuleitung
zu haengen, damit die dI/dt etwas gebremst wird.
Scheinbar tritt der Fall nicht so oft auf, wenn man einen 22mu/25V statt der
35V nimmt-??.(Sagt der Testingenieur), wobei das nicht ganz sicher ist.
Ist Tantal da so boese, oder welche Loesung ist am vielversprechendsten?
(Sonst nehmen wir halt wieder die fetten Elektrolyts)

gruesse, achim

 

[MaWin]

Joachim Ebel <ebse@akk.org> schrieb im Beitrag <c0ohij$j3i$1@news.rz.uni-karlsruhe.de>...

wir haben hier ein etwas seltsames Problem:
In der Versorgungsleitung eines Motortreibers haengen mehrere Tantal-C's.
Der erste in der Reihe verabschiedet sich mit lautem Knall beim einschalten
des Netzteils.

Billige Tantals sind nicht unbedingt schaltfest (weil wegen hohem dU/dt
der hohe I am ESR zu *lokalen* Ueberhitzungen fuehrt, dann brennt das
Dielektrikum weg, der Kondensator wird zum Kurzschluss, was erst recht
zu viel Strom fuehrt, weswegen der Inhalt verdampft und der Elko knallt),
vertragen also nicht das direkte harte Anlegen der Versorgungsspannung,
(per Schalter oder Kabel dranmachen) deine Erklaerungen kommen also hin.

Die Leiterbahninduktivitaet beim Einschalten ergibt einen L-C Schwingkreis
mit der Folge der Spannungsueberhoehung am C und deshalb bumm.

Die wohl eher nicht.

Warum ergeht es den anderen dann nicht auch so?

Ich habe auch schon eine ganze Platine gesprengt wie Knallfroesche.

Wenn allerdings das Netzteil hochlaeuft, muessten die Elkos mitkommen.

Die naechste Ueberlegung ist, einen kleinen R (ca 100mOhm) in die Zuleitung
zu haengen, damit die dI/dt etwas gebremst wird.

Geht, aber du weisst nicht definitiv, welcher R notwendig waere. Selbst wenn
du unter Imax des Herstellers bleibst.

Scheinbar tritt der Fall nicht so oft auf, wenn man einen 22mu/25V statt der
35V nimmt-??.(Sagt der Testingenieur), wobei das nicht ganz sicher ist.

Eher 35V statt 25V bei derselbem Elko-Serie von demselben Hersteller,
aber vielleicht ist euer 25V konstruktiv anders.

Ist Tantal da so boese

Ja.

, oder welche Loesung ist am vielversprechendsten?

Al-Elkos nehmen.

(Sonst nehmen wir halt wieder die fetten Elektrolyts)

22u gibt es inzwischen auch in Keramik, und die sind klein und nach meiner
bisherigen Erfahrung ziemlich gut.
--
Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at despammed.com
homepage: http://www.geocities.com/mwinterhoff/
de.sci.electronics FAQ: http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/
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Lese 'Hohe Schule der Elektronik 1+2' bevor du fragst.

 

[Joachim Ebel]

MaWin <me@privacy.net> wrote:

Joachim Ebel <ebse@akk.org> schrieb im Beitrag <c0ohij$j3i$1@news.rz.uni-karlsruhe.de>...

wir haben hier ein etwas seltsames Problem:
In der Versorgungsleitung eines Motortreibers haengen mehrere Tantal-C's.
Der erste in der Reihe verabschiedet sich mit lautem Knall beim einschalten
des Netzteils.

Billige Tantals sind nicht unbedingt schaltfest (weil wegen hohem dU/dt
der hohe I am ESR zu *lokalen* Ueberhitzungen fuehrt, dann brennt das
Dielektrikum weg, der Kondensator wird zum Kurzschluss, was erst recht
zu viel Strom fuehrt, weswegen der Inhalt verdampft und der Elko knallt),
vertragen also nicht das direkte harte Anlegen der Versorgungsspannung,
(per Schalter oder Kabel dranmachen) deine Erklaerungen kommen also hin.

Naja, billig sind die nicht (standard epcos-serie bei Buerklin).
d.h. die teuren ultra-low-esr von AVX wuerden die Sache nur noch
verschlimmern?

Ich habe auch schon eine ganze Platine gesprengt wie Knallfroesche.

Ich hoffe ich krieg das auch mal zu sehen...

Wenn allerdings das Netzteil hochlaeuft, muessten die Elkos mitkommen.

Die naechste Ueberlegung ist, einen kleinen R (ca 100mOhm) in die Zuleitung
zu haengen, damit die dI/dt etwas gebremst wird.

Geht, aber du weisst nicht definitiv, welcher R notwendig waere. Selbst wenn
du unter Imax des Herstellers bleibst.

Das dachte ich mir auch schon, abgesehen vom Platz der da wieder verbraten

wird.

Ist Tantal da so boese

Ja.
, oder welche Loesung ist am vielversprechendsten?

Al-Elkos nehmen.

(Sonst nehmen wir halt wieder die fetten Elektrolyts)
sach ich doch...

22u gibt es inzwischen auch in Keramik, und die sind klein und nach meiner
bisherigen Erfahrung ziemlich gut.

Ich hatte noch nicht die Zeit, die Kataloge und Datenblaetter zu waelzen.
Wenn ich flache Al's in 6032 oder 7343 finde, gut, die keramischen hab ich
bisher nur in 2mu2 gesehen. Aber die technik ist heute ja so schnell..

danke erstmal,


achim

 

[Thomas Langhammer]

Hallo,

22u gibt es inzwischen auch in Keramik, und die sind klein und nach meiner
bisherigen Erfahrung ziemlich gut.
Laut einer AppNote von LT sind die keramischen Kondensatoren aber genau für

den extrem schnellen Einschaltfall (Beispiel Anstecken von Steckernetzteil)
nicht ganz problemlos einsetzbar, da sie eine sehr hohe Güte haben. Dies
kann in Verbindung mit der Zuleitungsinduktivität zu starken Überschwingern
der Spannung führen.
Ich hab das auch nicht für möglich gehalten, aber die LT-Appnotes sind
schon immer recht glaubwürdig.

Tom



--

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[Dieter Wiedmann]

Joachim Ebel schrieb:

Naja, billig sind die nicht (standard epcos-serie bei Buerklin).

http://www.epcos.de/inf/20/40/db/tec_03/01070134.pdf

Lies mal Seite 111, Abschnitt 4.4

d.h. die teuren ultra-low-esr von AVX wuerden die Sache nur noch
verschlimmern?

Das können dir nur deren Datenblätter verraten.


Gruß Dieter

 

[MaWin]

Thomas Langhammer <thomas.langhammer@gmx.net> schrieb im Beitrag <h6jo0c.jt1.ln@tom.wg-stanton.de>...

Laut einer AppNote von LT sind die keramischen Kondensatoren aber genau für
den extrem schnellen Einschaltfall (Beispiel Anstecken von Steckernetzteil)
nicht ganz problemlos einsetzbar, da sie eine sehr hohe Güte haben. Dies
kann in Verbindung mit der Zuleitungsinduktivität zu starken Überschwingern
der Spannung führen.
Ich hab das auch nicht für möglich gehalten, aber die LT-Appnotes sind
schon immer recht glaubwürdig.

Ja, aber das sind doch die Kennzeichen eines guten Kondensators:

Hohe Guete, niedriger ESR & ESL, hohe Wechselstrombelastbarkeit,
niedrigen Leckstrom. Was Zuverlaessigkeit angeht bin ich mir bei
Dingern aber noch nicht so sicher

Und nach dem in Deutschland vor 80 Jahren das Herstellungsprinzip
von Vielschicht-Keramikkondensatoren erfunden wurde, zeigen es uns
heute die Japaner/Koreaner/Taiwaner wie man es richtig gemacht
haette, wenn man nicht arrogant-doof gewesen waere das Potential
der Technik nicht auszuschoepfen.

Sicher ist der Keramikkondensator nicht an jeder Schaltungsstelle
anwendbar, eventuell muss man der ZUleitung einen expliziten
Widerstand spendieren.
--
Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at despammed.com
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[Günther Dietrich]

Joachim Ebel <ebse@akk.org> wrote:

Naja, billig sind die nicht (standard epcos-serie bei Buerklin).
d.h. die teuren ultra-low-esr von AVX wuerden die Sache nur noch
verschlimmern?

Nein, nicht unbedingt. Einige Low-ESR Baureihen sind explizit dafür
spezifiziert, auch ohne Strombegrenzungswiderstand hart an niederohmige
Stromversorgungen geschaltet zu werden.
An dem niedrigen ESR fällt eben bei gleichem Strom weniger Spannung ab,
entsprechend wird weniger Leistung verbraten. Die interne
Temperaturerhöhung ist geringer und führt nicht so leicht zu Schäden.

Ich habe auch schon eine ganze Platine gesprengt wie Knallfroesche.

Ich hoffe ich krieg das auch mal zu sehen...

Ich habe von geplatzten Tantalkondensatoren inzwischen die Nase voll.
Die stinken wie Sau.
Außerdem sind Tantalkondensatoren Mimosen, wie sie im Buche stehen.
Selbst Low-ESR-Typen sind gegenüber Ripple-Strom furchtbar empfindlich,
speziell, wenn man mehr als ein Drittel der Nennspannung anlegt. Und
brauchbare Nennspannung bekommt man eh nicht. Für Schaltwandler an
28V-Akkuversorgung sind schon die 50V-Typen sehr mager dimensioniert.

22u gibt es inzwischen auch in Keramik, und die sind klein und nach meiner
bisherigen Erfahrung ziemlich gut.

Ich hatte noch nicht die Zeit, die Kataloge und Datenblaetter zu waelzen.
Wenn ich flache Al's in 6032 oder 7343 finde, gut, die keramischen hab ich
bisher nur in 2mu2 gesehen. Aber die technik ist heute ja so schnell..

Für ein Redesign des oben erwähnten Power Supply werde ich so weit wie
möglich Tantalkondensatoren durch keramische ersetzen. Von TDK
beispielsweise gibt es 6.8uF/50V in Bauform EIA2220. Im Datenblatt von
TDK steht zwar kein ESR drin, in SwitcherCAD von LT ist der 4.7u aus der
selben Baureihe mit 4mOhm angegeben. Das sind drei Größenordnungen
weniger als die 450mOhm der Low-ESR-Tantals, die bisher in der Baugruppe
eingesetzt wurden.



Grüße,

Günther

 

[Günther Dietrich]

Thomas Langhammer <thomas.langhammer@gmx.net> wrote:

22u gibt es inzwischen auch in Keramik, und die sind klein und nach meiner
bisherigen Erfahrung ziemlich gut.
Laut einer AppNote von LT sind die keramischen Kondensatoren aber genau für
den extrem schnellen Einschaltfall (Beispiel Anstecken von Steckernetzteil)
nicht ganz problemlos einsetzbar, da sie eine sehr hohe Güte haben. Dies
kann in Verbindung mit der Zuleitungsinduktivität zu starken Überschwingern
der Spannung führen.

Diese Erfahrung durfte ich in der Praxis schon machen. Es ist in der
betreffenden Application Note aber auch eine wirksame Gegenmaßnahme
erläutert. Die funktioniert auch. Man muss es nur wissen, und beim
Schaltungsentwurf mit einbauen.

Ich hab das auch nicht für möglich gehalten, aber die LT-Appnotes sind
schon immer recht glaubwürdig.

Diese spezielle Application Note mag Manchem im ersten Moment wie ein
Aprilscherz vorkommen. Wenn man sich an die Theorie des
LC-Schwingkreises erinnert, stellt man fest, dass an der Sache was dran
ist. Eine Simulation bestätigt es und ein Versuch mit realen Bauteilen
zeigt, dass es nicht nur Theorie ist.



Grüße,

Günther

 

[Dieter Wiedmann]

Uwe Bonnes schrieb:

Nummer der AN ?

Es wird wohl

http://www.linear.com/pdf/an88f.pdf

gemeint sein.


Gruß Dieter

 

[Uwe Bonnes]

Günther Dietrich <guenther_dietrich@despammed.com> wrote:
....

: Diese spezielle Application Note mag Manchem im ersten Moment wie ein
: Aprilscherz vorkommen. Wenn man sich an die Theorie des

Nummer der AN ?


Danke!
--
Uwe Bonnes bon@elektron.ikp.physik.tu-darmstadt.de

Institut fuer Kernphysik Schlossgartenstrasse 9 64289 Darmstadt
--------- Tel. 06151 162516 -------- Fax. 06151 164321 ----------

 

[Martin Schönegg]

http://www.linear.com/pdf/an88f.pdf
ganz toll...

Wer bitte kommt auf die schnapsige Idee, ein Netzteil vor dem Kabel mit
einer Induktivität noch dazu im ľH Bereich zu belegen. Was soll denn die
Sinnvolles tun? IMHO gehört die zwingend vor den letzten Kondensator, bzw
danach im Netzteil noch ein C als Abschluß.
Am beschriebenen Effekt ist also weniger der Kondensator als das schrottige
Netzzteil schuld. Dafür brauche ich weder eine Simulation noch ein schlaues
Appnote, ein wenig Hirn tuts da auch. Mit Leiterbahninduktivitäten darfst Du
da schon einige Meter verlegen, bis Du in die Regionen kommst.

kopfschüttelnd

Martin

 

[Thomas Ludwig]

Joachim Ebel <ebse@akk.org> wrote:

wir haben hier ein etwas seltsames Problem:
In der Versorgungsleitung eines Motortreibers haengen mehrere Tantal-C's.
Der erste in der Reihe verabschiedet sich mit lautem Knall beim einschalten
des Netzteils.

Nein, das ist kein seltsames, sondern ein beim (falschen) Einsatz von
Ta-Elkos an dieser Stelle sehr wahrscheinliches Problem. Tantal mögen
keine niederohmigen Stromkreise. Früher (tm) stand das noch in den
Datenblättern (Ri>3Ohm/Volt).

Folgende ueberlegungen wurden schon angestellt: Der Einschaltpuls (dU/dt)
uebersteigt die Strombelastbarkeit des C's. Warum ergeht es den anderen dann
nicht auch so?

Nein, eher ist es so, dass (für kurze Zeit) die Spannung zu hoch ist, so
dass es bei dem folgenden Durchschlag durch das Tantaloxid-Dielektrikum
zur Selbstheilung kommt. Wegen des sehr niedrigen Innenwiderstands der
Spannungsquelle wird der Ta-Elko dabei zerstört. Normalerweise soll das
bei Ta-Elkos die Begrenzung des Widerstands im Stromkreis verhindern.

Scheinbar tritt der Fall nicht so oft auf, wenn man einen 22mu/25V statt der
35V nimmt-??.(Sagt der Testingenieur), wobei das nicht ganz sicher ist.

Wohl eher umgekehrt, oder?

Ist Tantal da so boese, oder welche Loesung ist am vielversprechendsten?

Ja, Tantal ist da fehl am Platz. Es gibt doch genug Al-Elkos (Low-ESR)
für so eine Anwendung.

Gruß,
Thomas

 

[Joachim Ebel]

Thomas Ludwig <mat02ahs@gmx.de> wrote:

Joachim Ebel <ebse@akk.org> wrote:

wir haben hier ein etwas seltsames Problem:
In der Versorgungsleitung eines Motortreibers haengen mehrere Tantal-C's.
Der erste in der Reihe verabschiedet sich mit lautem Knall beim einschalten
des Netzteils.

Erst einmal danke fuer die Erleuchtungen zu dem Thema. Das Epcos-Datenbuch
gibt da eine Menge her (wobei das aber auch alles nicht so neu ist),
scheinbar kommt es aber auf die richtige Kombination des Wissens an :-]
Die AN-88 lass ich mal auf mich wirken.
Da es sich bei unserer Anwendung (lokales Puffern der Motorstromversorgung,
um den Treiberchip nicht zu aergern) um etwas hoeher belastete Kreise
handelt, ist die Sache mit dem hoeheren Innenwiderstand der Quelle nicht zu
machen. Ich werde mir mal die Keramik-TDK's anschauen und nochmal nachrechnen,
ob wir die lokale Pufferung in dieser Groesse ueberhaupt brauchen.
Ansonsten nehm ich doch die Al-Becher und hoffe dass sie draufpassen.

gruesse, achim

 

[Günther Dietrich]

Dieter Wiedmann <Dieter.Wiedmann@t-online.de> wrote:

Es wird wohl

http://www.linear.com/pdf/an88f.pdf

gemeint sein.

Die ist es.



Grüße,

Günther

 

[Martin Schönegg]

Wer bitte kommt auf die schnapsige Idee, ein Netzteil vor dem
Kabel mit einer Induktivität noch dazu im ľH Bereich zu belegen.

Ich vermute mal, der Zweck der Ausgangsdrossel ist derselbige wie in
diesem Topic: verhindern, das der (Billig-)elko im wall adapter
explodiert, falls der Anwender dahinter z.B. einen Schaltregler (mit
schlechtem Eingangs-C) anschliesst. Dann könnte der Ripplestrom im
Netzteilelko größer werden, als er es verkraftet. Mit L wird der Strom
"vergleichmässigt" und alles dem Eingangs-C des Schaltreglers
aufgebürdet. Die Drossel könnte auch noch aus Entstörungsgründen drin
sein (dann aber besser in beiden Leitungen bzw. eine Bifilare).

Kann mich irgendwie nicht so recht begeistern. Eine Spule ans Ende zu setzen
ist IMHO ein richtiger Kunstfehler, da gehört auf jeden Fall noch ein C
dahinter und seis ein 100 nF Kerko, je nach Größe der Spule. Zuerst
versuchst Du, den Innenwiderstand (dynamisch) klein zu bekommen und dann
hängst eine Drossel hin... :-( Autsch.

Auch die Entstörung mag mich nicht so recht begeistern. Auch da schließe ich
auf jeden Fall kapazitiv ab.

Martin

 

[Matthias Weingart]

"Martin Schönegg"
<martin.schoenegg#und_hier_ist_klar_was_hinkommt#@arcor.de> wrote in
news:c0q4rv$o5r$1@online.de:

Wer bitte kommt auf die schnapsige Idee, ein Netzteil vor dem
Kabel mit einer Induktivität noch dazu im ľH Bereich zu belegen.

Ich vermute mal, der Zweck der Ausgangsdrossel ist derselbige wie in
diesem Topic: verhindern, das der (Billig-)elko im wall adapter
explodiert, falls der Anwender dahinter z.B. einen Schaltregler (mit
schlechtem Eingangs-C) anschliesst. Dann könnte der Ripplestrom im
Netzteilelko größer werden, als er es verkraftet. Mit L wird der Strom
"vergleichmässigt" und alles dem Eingangs-C des Schaltreglers
aufgebürdet. Die Drossel könnte auch noch aus Entstörungsgründen drin
sein (dann aber besser in beiden Leitungen bzw. eine Bifilare).

M.
--
Bitte auf mwnews2@pentax.boerde.de antworten.

 

[Kristian Regenstein]

Joachim Ebel wrote:

Der erste in der Reihe verabschiedet sich mit lautem Knall beim einschalten
des Netzteils.
Da ist bei meinem HiWi wohl etwas falsch angekommen: die Tantal Cs sind

bisher nicht explodiert, zeigten jedoch den in einer Antwort
beschriebenen Kurzschluss. Strombegrenzung des Netzteils hat dann wohl
schlimmeres verhindert . Das Problem trat bisher nur beim Anstecken
der Stromversorgung auf.

Scheinbar tritt der Fall nicht so oft auf, wenn man einen 22mu/25V statt der
35V nimmt-??.(Sagt der Testingenieur), wobei das nicht ganz sicher ist.
Um niemanden zu verwirren hier auch noch ein Kommentar vom

"Testingenieur": die Platine war ursprünglich mit 2 Tantal Cs 22u/35V
bestückt, die haben beide nacheinander mit Kurzschluss versagt. Von den
Nachbestückten 22u/25V (es waren grad keine anderen da hat erst einer
versagt. Das heisst es steht zwar 2:1, aber daraus kann man meiner
Meinung nach gar nichts ableiten.

Grüße Kristian

 

[Martin Lenz]

"Martin Schönegg" schrieb:

Wer bitte kommt auf die schnapsige Idee, ein Netzteil vor dem
Kabel mit einer Induktivität noch dazu im ľH Bereich zu belegen.

Ich vermute mal, der Zweck der Ausgangsdrossel ist derselbige wie in
diesem Topic: verhindern, das der (Billig-)elko im wall adapter
explodiert, falls der Anwender dahinter z.B. einen Schaltregler (mit
schlechtem Eingangs-C) anschliesst. Dann könnte der Ripplestrom im
Netzteilelko größer werden, als er es verkraftet. Mit L wird der Strom
"vergleichmässigt" und alles dem Eingangs-C des Schaltreglers
aufgebürdet. Die Drossel könnte auch noch aus Entstörungsgründen drin
sein (dann aber besser in beiden Leitungen bzw. eine Bifilare).

Kann mich irgendwie nicht so recht begeistern. Eine Spule ans Ende zu setzen
ist IMHO ein richtiger Kunstfehler, da gehört auf jeden Fall noch ein C
dahinter und seis ein 100 nF Kerko, je nach Größe der Spule. Zuerst
versuchst Du, den Innenwiderstand (dynamisch) klein zu bekommen und dann
hängst eine Drossel hin... :-( Autsch.

Auch die Entstörung mag mich nicht so recht begeistern. Auch da schließe ich
auf jeden Fall kapazitiv ab.

Von der Größenordnung her könnte das aber auch leicht die

Kabelinduktivität sein, konzentriert gezeichnet. Geht aber aus der AN
auch nicht genauer hervor.

Martin

 

[Martin Schönegg]

"Martin Lenz" <m.lenz@kreuzgruber.com> schrieb im Newsbeitrag
news:4032008C.3AB876F@kreuzgruber.com...

Von der Größenordnung her könnte das aber auch leicht die
Kabelinduktivität sein, konzentriert gezeichnet. Geht aber aus der AN
auch nicht genauer hervor.

Na ja 1ľ sind schon knapp 50 cm, das könnte schon passen.
Eingesehen...

Martin