Festelektrolyt-Tantal-Kondensator mit eingebauter Sicherung und geringem ESR

Dünnfilm anstelle von Draht

15. November 2006, 15:35 Uhr |

Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Auswahl einer Sicherung

Eine Sicherung muss einerseits kurzzeitige Stromspitzen und Einschalt-Stoßströme verkraften, die bei der Herstellung und Prüfung, nach dem Einschalten und während des normalen Betriebs auftreten können, während der Stromfluss andererseits sofort unterbrochen werden muss, sobald kritische Werte erreicht werden. Zwei wichtige Parameter sind die Nennspannung und der Abschaltstrom. Bei der Nennspannung muss möglicherweise zwischen Gleich- und Wechselspannung unterschieden werden. Der Abschaltstrom ist die maximale Stromstärke, die von der Sicherung bei Nennspannung unterbrochen werden kann. Werden die Spannung oder der Abschaltstrom überschritten, kann es zu einem Durchbrennen oder Schmelzen der Sicherung kommen.

Für die Auswahl der passenden Sicherung müssen die statischen Gleich- und Wechselströme und eventuelle Stromspitzen berücksichtigt werden. Form, Höhe und Dauer der Stromimpulse sind mit der Einheit I²t (Stromintegral) zu standardisieren [3]. Sicherungen werden an Hand des Stromintegrals, bei dem sie schmelzen, kategorisiert. Ausgangspunkt für den Auswahlprozess sind die I²t-Werte für Dauerstrom und Stromimpulse.

Die Betriebseigenschaften und die Lebensdauer einer Sicherung können durch die Betriebstemperatur und die Konfrontation mit Stromimpulsen beeinflusst werden [4]. Deshalb müssen bei der Auswahl einer Sicherung sowohl die Temperatur als auch die Häufigkeit von Stromimpulsen über die Lebensdauer der Sicherung berücksichtigt werden. Die entsprechenden Korrekturen werden als Temperatur- bzw. Impuls-Derating bezeichnet. Aus den Derating-Tabellen lässt sich entnehmen, um wieviel höher der Nennstrom einer Sicherung angesetzt werden muss, wenn sie während des Betriebs erhöhten Temperaturen oder Stromimpulsen ausgesetzt werden soll.

Basierend auf diesen Faktoren besteht bei der Herstellung abgesicherter Kondensatoren Wahlfreiheit bezüglich der Dimensionierung der Sicherung. Gefordert werden nicht nur eine breite Palette von Sicherungs-Bauarten und -Kenndaten, sondern auch die entsprechenden Informationen zur Sicherung wie etwa die Angabe des Stromintegrals, der Strom-Zeit-Kurven, der Temperatur- und Impuls-Derating-Informationen sowie der Nennspannung und des Nennstroms.

Die Verfügbarkeit von Sicherungen mit zuverlässigen Performance-Informationen ermöglicht eine genau auf den jeweiligen Anwendungsfall abgestimmte Auswahl des Bauelements. Es wäre schwierig, auf das Qualitäts- und Zuverlässigkeitsniveau zu kommen, das man im Zuge der jahrelangen Entwicklung der heute auf dem Markt angebotenen Dünnfilm-Sicherun-gen erreicht hat. Abgesehen von der Auswahl der Sicherungen rein anhand ihrer Spezifikationen muss das fertige abgesicherte Produkt als ganzes hergestellt und geprüft werden, um das Ansprechen und die Stromkreisunterbrechung durch die Sicherung im Störungsfall testen zu können.

Es wurden mit verschiedenen Sicherungs-Herstellern und ausgewählten Sicherungs-Parametern zahlreiche Studien durchgeführt. Man untersuchte das Schmelzverhalten im Innern des Gehäuses ebenso wie den Übergangswiderstand der Stromkreisunterbrechung. Angestrebt wurde hier ein Wert von mindestens 10 MOhm ohne Anzeichen für ein Verschmoren des Gehäuses. Es reagierten durchaus nicht alle Produkte einheitlich, wenn sie in ein Epoxidgehäuse eingebaut werden. Bei einem Kurzschluss sprachen zwar sämtliche Produkte an, doch bei einigen war der Endwiderstand geringer als 10 MOhm. Die Wahl fiel deshalb auf einen Lieferanten, dessen Produkt durchgehend einen Übergangswiderstand von mehr als 10 MOhm aufwies.