Dubbi sui condensatori al tantalio polimerici

[TheFidax]

Buongiorno, sono qui per sottoporvi un dubbio:

Mi occupo di realizzare, come hobby, alcuni circuiti stampati per illuminare delle carrozze ferroviarie in scala (h0, misura dei circuiti 280x24mm).

Vi lascio la pagina di uno dei progetti in questione per farvi xapire: https://github.com/TheFidax/TFX063


Breve contestualizzazione, la scheda funziona su impianti alimentati tramite onda quadra su cui è codificato il protocollo DCC, https://www.nmra.org/sites/default/file ... ontrol.pdf , il picco massimo dell'onda quadra è ±22v mentre la tensione massima che gli utilizzatori devono poter supportare è ±27v, la tensione reale invece oscilla dai ±15 ai ±18v.
Un ponte di diodi raddrizza la tensione dai binari, i diodi sono degli ss210 (caduta circa 0,4v).

Il dubbio riguarda la sezione del powerpack realizzato nella seguente maniera:

Il resistore si occupa di limitare la corrente durante la fase di ricarica, mentre il diodo permette la scarica quando ci sono microinterruzioni nella captazione dai binari, infine lo zener ha il compito di protezione in caso di picchi estremi.

Al momento utilizzo dei condensatori al tantalio da 100uF per 35v che compro su AliExpress, Tuttavia come componente ufficiale avevo selezionato il kemet T523V686M035APE100 (che è da 68uF, in quanto produttori che abbiano a catalogo dei 100uF 35v non ne trovai, avevo già aperto un thread su questi condensatori di AliExpress con caratteristiche che i produttori conosciuti non hanno a catalogo: viewtopic.php?t=88967 ).

Ora, leggendo le application note (https://www.vishay.com/docs/40292/derat ... athsys.pdf pag 4) noto che i condensatori al tantalio polimerici possono essere usati fino al 80% della tensione nominale (tuttalpiù che la corrente gli arriva tramite 1kohm di resistore).
Vorrei capire se, abbassando la tensione dei condensatori a 25v (e cambiando lo zener con uno da 19v) ci possano essere problemi.
In teoria no: l'80% di 25v è 20v, la tensione normale non supera i 18 sui binari e se dovesse salire lo zener dovrebbe intervenire; tuttavia vorrei evitare spettacolari fiammante con annessa distruzione del modello.

[TheFidax]

Un'altra opzione sarebbe quella di utilizzare condensatori da 16v 330uF (valori che si trovano nei cataloghi dei produttori) e realizzare due coppie in paralleo di 2 condensatori in serie: così da avere 32v 330uF (eventualmente scalabili aggiungendo altr coppie).
Però leggendo qua (pagina 1, in basso a sinistra) https://www.topdiode.com/pdf/Technical- ... acitor.pdf dovrei andare a mettere anche dei resistori da 100k così da avere livelli uguali di carica.

Quindi prima di modificare il circuito in maniera più marcata vorrei comprendere se la soluzioni dei condensatori da 25v è percorribile (tipo il Kemet T521D107M025ATE040 ; la cui application note https://www.mouser.com/pdfDocs/T599-App ... bTEFVgZx_d dice che fino a 105 gradi , un cap da 25v può lavorare a 20v).

[boiler]

I polimerici al tantalio mi sembrano un tantino overkill in questa applicazione. Sai perché sono stati scelti? Dubito che serva un'ESR particolarmente bassa.

Secondo me un normale polimerico ci stava benissimo.

I polimerici vanno utilizzati imperativamente con un po' di margine sotto alla tensione massima, quelli polimerici non necessariamente. Se il picco d'onda è 22 V, con un diodo in serie non c'è mezzo di salire altre questa tensione e gli eventi transitori (commutazioni, ESD) probabilmente non hanno sufficiente energia per caricare il condensatore in modo significativo.

Quanto posto hai in verticale? Vuoi qualcosa che ci stia su quelle piazzole o sei disposto a saldare in modo un po' creativo?

Boiler

P.S.: è ovviamente uno schema disegnato in Altium Designer, se ne riconoscono le impostazioni di default. Ora, visto che in Altium esportare un PDF dello schema è un click, perché non ce lo mettono, sarebbe stato interessante.

[TheFidax]

Ciao, in altezza ho circa 6/7 mm. Il disegno è realizzato circuitmaker, e ho fatto il post da cellulare (quindi assolutamente colpa mia). Aggiungo subito i pdf dato che sono arrivato a casa.

powerpack.pdf

Schematico del sistema di accumulo

(178.3 KiB) Scaricato 208 volte

power.pdf

Schematico del ponte di diodi e dell'alimentazione

(193.56 KiB) Scaricato 225 volte

Mi interessa tenere i costi bassi dei componenti (i kemet da 100uf 25v costano sui 1,3$) e che il circuito sia assemblabile da un produttore esterno all'occorrenza.

Quanto posto hai in verticale? Vuoi qualcosa che ci stia su quelle piazzole o sei disposto a saldare in modo un po' creativo?

Quindi no, la cosa migliore è il formato 7343 (forse posso passsare al 7361, ma devo ridurre il numero da 4 a massimo 3)

Secondo me un normale polimerico ci stava benissimo.

Polimerici 7343 ? non sapevo esistessero

[stefanopc]

Non vedo problemi ad alimentare i Tantalio 68uF 25V a tensione non superiore a 20V magari di marca conosciuta (epcos).
In più la carica avviene tramite una resistenza e quindi anche in caso di guasto del componente sicuramente non ci sono esplosioni o fiammate in stile mission impossible.
Ciao

[TheFidax]

Non vedo problemi ad alimentare i Tantalio 68uF 25V a tensione non superiore a 20V.
Ciao

Nel caso scendessi a 25v opterei per dei kemet da 100uF, ma non cambia il principio. L'idea dello zener da 19v per evitare che eventuali picchi a 22v possano essere fonti di danni è vincente?

Me ne esplose uno anni fa durante alcune prove, fu un bello spettacolo (se non fosse che era sulla scrivania e non lontano dalla faccia...; da allora sono sempre sotto resistore, anche piuttosto alto in relazione alla sua funzione di solo limitatore di corrente, proprio come prevenzione in caso di guasti)

[boiler]

Ah, ma è un tuo design, non avevo capito.
E come non detto, allora Circuitmaker usa la stessa grafica di Altium

Ma come mai hai scelto condensatori al tantalio. Adesso penso di aver capito l'applicazione e non vedo controindicazioni all'uso di un po' di questi dove c'è scritto ACME:
https://www.digikey.com/en/products/det ... 09/5728032

Boiler

[stefanopc]

L'idea dello zener non è male ma servirebbe uno zener ideale.
Considerando di utilizzare uno zener standard da 20V 1W per ottenere la tensione nominale servirebbe una corrente di circa 12mA.
Quindi le caratteristiche del componente andrebbero scelte in base alla corrente disponibile.
Nel caso si potrebbe valutare ad esempio un TL431.
Anche i condensatori in serie con le resistenza di bilanciamento sono una ulteriore scelta possibile e forse anche più conveniente.
Ciao

[TheFidax]

Ah, ma è un tuo design, non avevo capito.
E come non detto, allora Circuitmaker usa la stessa grafica di Altium

Ma come mai hai scelto condensatori al tantalio.
Boiler

Ciao, sì è in mio progetto.
La ragione principale é abbastanza semplice: capacità di carica in relazione allo spazio (in 7,3 * 4,3 *4mm ci mettono dentro 100uf) e così mettendone 4 affiancati creo un pochino di riserva.

Ho visto il tuo, devo fare alcune prove perché penso ci stia (è alto 5,5mm) però sono parecchio larghi e temo che c'è n'è stiano solo 2

[TheFidax]

Anche i condensatori in serie con le resistenza di bilanciamento sono una ulteriore scelta possibile e forse anche più conveniente.
Ciao

Piuttosto, opto per dei condensatori da 16v in serie (ma con capienza maggiore magari sui 330), e lì metto a due a due in serie con le resistenze, al che mi evito il discorso zener e suo dimensionamento.

Il mio obiettivo è mettere più capacità di carica possibile in quel poco spazio disponibile.