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Aluminium-Elektrolyt-Kondensatoren

Leckströme machen Schaltungsmaßnahmen erforderlich

22. September 2017, 10:00 Uhr   |  Von Dr. Arne Albertsen

Leckströme machen Schaltungsmaßnahmen erforderlich
© Scorpp/Shutterstock

Alu-Elkos sind für die meisten Applikationen unverzichtbar

Die Streuung der Leckströme von Elkos ist derart hoch, dass sie eine Symmetrierung der Spannungsabfälle über einer Serienschaltung von Elkos erfordert. Die folgenden Ausführungen beschreiben die Methode der passiven Symmetrierung und geben Hinweise zur Dimensionierung.

Aluminium-Elektrolytkondensatoren (Alu-Elkos) stellen einen wichtigen Bestandteil vieler Geräte der Leistungselektronik dar. Erhöhte Anforderungen an die Energieeffizienz, die expandierende Nutzung erneuerbarer Energie und der stetig wachsende Elektronikanteil im Automobilbau haben die weite Verbreitung dieser Bauelemente vorangetrieben.
In vielen Applikationen hängen Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Gerätes direkt von den entsprechenden Parametern der Elkos ab. Während frühere Beiträge des Autors einen Überblick über Elkos [1] gaben sowie die Themen Lebensdauerabschätzung [2], Zuverlässigkeit [3] und Grenzen der Spannungsfestigkeit [4] beleuchteten, geht dieser auf den Elko-Leckstrom ein.

Aufbau von Elkos

Bild 1. Innerer Aufbau eines Alu-Elkos
© Jianghai Europe

Bild 1. Innerer Aufbau eines Alu-Elkos

Aluminium-Elektrolytkondensatoren vereinen Spannungsfestigkeitswerte im Bereich von wenigen Volt bis zu ca. 700 V und einen weiten Kapazitätsbereich von 1 µF bis über 1 F bei gleichzeitig kompaktem Aufbau. Eine stark aufgeraute Anodenfolie aus Aluminium mit einer dünnen Dielektrikumsschicht aus Aluminiumoxid wird dabei vollflächig von einer passgenauen Kathode, der Elektrolytflüssigkeit, kontaktiert (Bild 1).

Bild 2. Oberfläche einer geätzten Anodenfolie
© Jianghai Europe

Bild 2. Oberfläche einer geätzten Anodenfolie

Ein elektrochemisches Verfahren mit der Bezeichnung »anodische Oxidation« bzw. »Formierung« erzeugt die Dielektrikumsschicht auf der Oberfläche der aufgerauten Anodenfolie. Die Güte der Formierung bzw. Aufbau und Schichtdicke des Dielektrikums sind dabei wesentliche Schlüssel für eine hohe Zuverlässigkeit der Elkos im Betrieb. Bild 2 zeigt ergänzend dazu eine elektronenmikroskopische Aufnahme der Oberfläche einer geätzten Hochvolt-Anodenfolie.

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1. Leckströme machen Schaltungsmaßnahmen erforderlich
2. Schichtaufbau des Dielektrikums
3. Symmetrierung – alles in Balance
4. Die Qual der Wahl: Zwischenkreis-Topologien

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