Durchführungskondensatoren Ein preiswertes Mittel zur HF-Filterung hoher Ströme

Hochstrom-Durchführungskondensatoren sind kompakte Elemente zur Eliminierung hochfrequenter leitungsgebundener Störungen speziell über 10 MHz. Anwendungen mit Strömen über 100 A erfordern eine besondere Sorgfalt beim elektrischen Anschluss. Die Messung der gesamten Verlustleistung ist die beste Methode, um einen Hochstrom-Durchführungskondensator inklusive seiner Anschlüsse zu beurteilen.

Die Filterung von Versorgungs- oder Datenleitungen dient dazu, einer Elektronik in einem HF-dichten Gehäuse eine saubere Versorgungsspannung bzw. ein störungsfreies Datensignal anzubieten. Das funktioniert nach folgendem Prinzip:

Hochfrequente leitungsgebundene Störspannungen werden von einem Filterelement (Durchführungskondensator) nach Masse abgeleitet. Es entsteht Verlustleistung und das Bauteil erwärmt sich.

Bei Anwendungen mit sehr hohen Versorgungsströmen (mehr als 30 A) kann sich der Durchführungskondensator bedingt durch interne Übergangswiderstände noch zusätzlich weiter erwärmen. Es ist daher wichtig, diese Erwärmung zu dimensionieren und zu kontrollieren, damit der Durchführungskondensator nicht beschädigt oder zerstört wird.

Die Dimensionierung des Filters – hier des Durchführungskondensators – beginnt zunächst mit einer Analyse der zu erwartenden Störfrequenzen. Darauf basierend wird die Kapazität des Filters passend zu den Stromstärken und Spannungen im System ausgewählt. Ziel dabei ist, den Pegel der Störsignale auf einen akzeptablen Wert zu beschränken. Da Durchführungskondensatoren erst oberhalb von 1 MHz ihre beste Wirkung zeigen, können in manchen Fällen zusätzliche diskrete Bauelemente die Einfügungsdämpfung bei niedrigeren Frequenzen verbessern.

Die Filterwirkung eines Durchführungskondensators verglichen mit einem diskreten oder bedrahteten Kondensator ist in Bild 1 gezeigt. Wenn gute Filterwirkung oberhalb von 10 MHz gefragt ist, lassen sich mit Durchführungskondensatoren leicht Einfügungsdämpfungen von mehr als 40 dB erreichen. Der bedrahtete Kondensator kann bis ca. 3 MHz mit der Dämpfung mithalten, darüber nimmt diese jedoch dramatisch ab (blaue Kurve). Die besten Dämpfungsergebnisse bis weit über 1 GHz werden mit keramischen Durchführungskondensatoren erzielt.

Gewickelte Durchführungskondensatoren (Folienkondensatoren) zeigen dagegen häufig eine Delle in der Dämpfungskurve (bei etwa 17 MHz); der Grund dafür sind interne Resonanzeffekte. Das Defizit in der Filterwirkung eines Folienkondensators kann im Bereich der Delle bei über 30 dB liegen. Ein Keramikkondensator jedoch wird bis in den Bereich sehr hoher Frequenzen seine Dämpfungseigenschaften erhöhen bzw. beibehalten.

Durchführungskondensatoren (Bild 2) enthalten keine nennenswerten internen ­Induktivitäten, die unter Umständen zu Sättigungseffekten beitragen könnten. Die Höhe des durch den Durchführungskondensator fließenden Stroms beeinflusst deshalb auch die Filterwirkung praktisch nicht.