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Una alternativa interesante a los condensadores de tántalo convencionales

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Una alternativa interesante a los condensadores de tántalo convencionalesEn este artículo técnico, Juergen Geier, ingeniero de aplicación de campo (FAE) de condensadores cerámicos de Rutronik, explica como los condensadores de polímero de tántalo se siguen mejorando y optimizando para poder responder a los requisitos de aplicaciones con un tamaño cada vez menor y, por lo tanto, de disposiciones con bajas resistencias (ESR) internas y mayores capacidades. Por ello, hay que preguntarse si se han convertido en una alternativa real a los condensadores de tántalo convencionales.

La única diferencia entre un condensador de polímero de tántalo y uno de tántalo convencional se encuentra en el cátodo: En lugar de MnO2 (dióxido de manganeso), el primero utiliza un polímero conductor (ver la figura 1).

Al contrario de MnO2, esta capa de polímero no tiene un átomo de oxígeno y, por lo tanto, ofrece una ventaja decisiva: al no liberar oxígeno, en el peor de lo casos, el riesgo de ignición ante sobrecarga queda prácticamente descartado. Así pues, los condensadores de polímero de tántalo proporcionan mejoras en fiabilidad y una limitación (derating) de tensión de sólo el 20%.

Figura 1: Diferencia entre un condensador convencional y uno de polímero de tántalo: El segundo usa un polímero en el cátodo (rojo) en vez de MnO2 (azul). (Fuente: Rutronik)
Figura 1: Diferencia entre un condensador convencional y uno de polímero de tántalo: El segundo usa un polímero en el cátodo (rojo) en vez de MnO2 (azul). (Fuente: Rutronik)

Aparte de ayudar a reducir la resistencia (ESR) interna, esta tecnología también se caracteriza por aumentar considerablemente el rango de tensión (hasta 125 V), lo que resulta muy interesante en aquellas aplicaciones con una tensión operativa por encima de 100 V.

Gracias a la elevada eficiencia de volumen, es posible alcanzar valores de capacidad superiores (hasta 1.500 µF) en comparación con el tamaño que puede tener un condensador cerámico.

Los efectos piezoeléctricos y la sensibilidad a la rotura también se eliminan con los modelos de polímero.

Condensadores de larga duración en el tiempo

El diseño de los condensadores de polímero de tántalo también permite beneficiarse de una longevidad prácticamente ilimitada. A diferencia de los condensadores electrolíticos de aluminio, sólo se componen de elementos sólidos sin efecto drying-out que pudiera tener un impacto negativo en la duración.

Como no existe limitación en la longevidad de los polímeros de tántalo, se puede calcular una ratio de error para esta tecnología. Queda influenciada por los siguientes factores:

  • Ratio de error básico
  • Limitación (derating) de tensión
  • Temperatura ambiente
  • Resistencia de circuito serie

Si se conocen estos factores, se puede determinar fácilmente la ratio de error.

Incluso, varios condensadores de polímero de tántalo han obtenido el certificado AEC-Q200, que garantiza su idoneidad en aplicaciones del sector del automóvil.

Reduciendo el tamaño y los costes frente a los condensadores de tántalo convencionales

Al usar condensadores convencionales, algunos de ellos se conectan en paralelo con la intención de disminuir la ESR. Gracias a su baja ESR, los modelos de polímero de tántalo ofrecen la oportunidad de conseguir el valor deseado con un solo componente. Al observar su limitación de tensión (típica del 20%), suele ser suficiente un menor voltaje en la mayoría de los casos. Dependiendo de los parámetros requeridos, es posible seleccionar el siguiente menor tamaño y reducir el número de componentes.

La siguiente figura 2 muestra tres condensadores de tántalo estándares con una ESR de 75 mOhm, cada uno de ellos conectado en paralelo para disminuir la ESR total a 25 mOhm. En este ejemplo, se puede alcanzar la ESR deseada con un solo condensador de polímero de tántalo. Sin embargo, esto sólo se aplica si la ESR es el “foco” de la aplicación.

Además, se debe determinar si el circuito necesita su respectiva corriente de rizado – que tiene un efecto directo en la ESR – o si se demanda una capacidad mínima para el funcionamiento adecuado de la aplicación. En el ejemplo citado, la ESR es primordial. Utilizando la tecnología de condensador de polímero de tántalo, se puede lograr dicha ESR con una menor capacidad.

Siempre que la tensión operativa sea 5 V, es posible aplicar un polímero de 6.3 V, consecuencia de la menor limitación de tensión tras las pruebas técnicas.

Un condensador de polímero de tántalo puede reemplazar a tres modelos de tántalo convencionales

Componente 3 x tántalo estándares 1 x polímero de tántalo
Cubierta 3 x C case (6.0 x 3.2 x 2.6 mm) 1 x B case (3.5 x 2.8 x 1.9 mm)
ESR: 3 x 75 mOhm paralelo a 25 mOhm 25 mOhm
Capacidad 3 x 100 uF a 300 uF 150 uF
Formato: 3 x 19.2 mm = 57.6 mm² 9.8 mm²
Indicador de precio 100% 50% – 60%

Figura 2: Un condensador de polímero de tántalo puede reemplazar a tres modelos de condensadores de tántalo convencionales – con un formato considerablemente menor. (Fuente: Rutronik)

Esto implica que, al sustituir los condensadores de tántalo convencionales por unidades de polímero de tántalo, es posible reducir los costes de los materiales y totales y alcanzar la miniaturización frecuentemente demandada.

Por lo tanto, la tecnología de polímero dota a los desarrolladores de nuevas posibilidades a la hora de mejorar sus aplicaciones. Para sacar el máximo rendimiento de esta tecnología, los proyectos en curso requieren una actualización del diseño. De todas formas, cada caso se tiene que analizar individualmente para estimar el potencial de la optimización. Fundamentalmente, hay que acatar las reglas de diseño de los fabricantes para poder garantizar una aplicación fiable a largo plazo.

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