Keramik-Kondensatoren – Bei Hochspannung von Vorteil

6. Juli 2007, 13:32 Uhr | K. Kubota, S. Nishiyama und K. Malhotra
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Keramik-Kondensatoren – Bei Hochspannung von Vorteil

Das kleinste Format von MLCCs für 250 V beträgt 0603, also rund 1,5 mm ¥ 0,75 mm. Außerdem ermöglichen hochentwickelte Produktionsverfahren und ein sorgfältig simulierter, interner Aufbau die Unterbringung großer Kapazitäten in kleinen Gehäusen ohne externe Lichtbogenbildung. Der Großteil der MLCCs für mittlere bis hohe Spannungen kommt sogar ohne äußere Beschichtung aus. Murata kann inzwischen UL-zertifizierte X1/Y2-, X2- und Y3-MLCC-Chips mit Sicherheitsnachweis anbieten. Nicht unerwähnt bleiben sollte aber, dass Keramik-Kondensatoren in bestimmten Spezialanwendungen – im Vergleich mit Al-Elkos und Schichtkondensatoren – nicht die preisgünstigste Option sind.

Neuere Entwicklungen im Bereich der Keramik-Kondensatoren haben zu einer Verbesserung der technischen Eigenschaften und der Leistungsfähigkeit geführt. Sobald diese Verbesserungen Eingang in die Serienfertigung finden, dürften die Preise für Keramik-Kondensatoren mit zunehmender Stückzahl sinken. Dennoch sind mit Keramik-Kondensatoren auch effektive Mischlösungen möglich. So lässt sich die Leistungsfähigkeit einer Applikation bei vertretbaren Kosten verbessern, indem nur einige der Aluminium- und Schichtkondensatoren ersetzt werden.

Vorangetrieben wird die Entwicklung von Keramik-Kondensatoren für hohe Spannungen durch die Anforderungen neuer Applikationen im Automotive-Sektor und in anderen Bereichen. Der US-Bundesstaat Kalifornien etwa hat 1998 Vorschriften zum Verkauf abgasarmer Kraftfahrzeuge erlassen, die innerhalb weniger Jahre einen Anteil von 10 Prozent am Gesamtabsatz erreichen dürften. Der Trend zum Auto mit reduziertem Schadstoffausstoß hat längst auch Europa und Japan erfasst. Unter anderem werden zu diesem Zweck künftig die Servolenkung und die Klimaanlage elektrisch angetrieben.

Diese und andere Anwendungen (beispielsweise die Abschaltung des Motors bei Leerlauf) waren wiederum Anlass, ein Zweispannungs-Bordnetz für Kraftfahrzeuge ins Auge zu fassen. Die Steuergeräte für solche Motoren sind gegenwärtig für Glättungszwecke noch mit organischen Schichtkondensatoren oder Al-Elkos von 1000 bis 20 000 µF bestückt.

Die Bestückungsdichte der Elektronikmodule im Auto nimmt jedoch immer weiter zu, und an die Leistungsfähigkeit werden immer höhere Anforderungen gestellt. Deshalb überlegt man den Einsatz von Keramik-Kondensatoren in solchen Schaltungen. Das Bild zeigt als Beispiel einen für 250 V ausgelegten 4,5-µF-Kondensator, der 32 mm x 40 mm x 4,5 mm groß ist, metallische Anschlüsse hat und auch für Oberflächenmontage lieferbar ist. Das Volumen dieses Kondensators ist 100-mal größer als jenes, das bis dato in einem 2220-Gehäuse untergebracht werden kann. Der Ripplestrom für diese Anordnung beträgt 25 Arms.

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Bild 1. Beispiel eines für 250 V ausgelegten 4,5-µF-Kondensators, der 32 mm x 40 mm x 4,5 mm groß ist

Typ

Größe (mm)

Nennspannung (V)

Nennkapazität (µF)

Temperatur (oC)

Zulässiger
Ripplestrom (Aeff)

MLCC

30 x 40 x 5

250

45

125

25

Al-Elko

50 (Durchm.) x 100

350

1800

105

7

Tabelle 2. Spezifikationen von Keramik-Kondensatoren und Aluminium-Elkos


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