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Auswahl und Verwendung von Kondensatoren

Vom DC-Eingangsfilter bis zum Batteriespeicher

1. Oktober 2023, 11:00 Uhr | Von Jeff Shepard, Fachredakteur von DigiKey

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Kondensatoren für PV-EV-Ladegeräte der Stufen 1 und 2

DC-Eingangsfilterung: Cornell Dubilier bietet Entwicklern mehrere Aluminium-Elektrolytkondensator-Optionen für die DC-Eingangsfilterung von EV-Ladegeräten der Stufen 1 und 2 an, darunter die DCMC-Schraubkondensatoren sowie die Schnappkondensatoren 380LX/382LX für bis zu 85 °C und die 381LX/383LX für bis zu 105 °C (Bild 3). DCMC-Kondensatoren reichen von 110 µF bis 2,7 F, bieten eine Spannung von bis zu 550 V, einen Betriebstemperaturbereich von –40 bis +85 °C und können hohe Brummstromstärken verarbeiten. Kondensatoren des Typs 380LX bieten eine Lebensdauer von 3000 Stunden bei Volllast und 85 °C, während 381XL-Kondensatoren eine Lebensdauer von 3000 Stunden bei Volllast und 105 °C bieten. Erhältlich sind die Kondensatoren 380LX/382LX und 381LX/383LX in 2-, 4- und 5-poliger Ausführung, um eine sichere und präzise Montage auf Leiterplatten zu ermöglichen.

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DC-Kopplung: Für die DC-Kopplung sind Aluminium-Elektrolytkondensatoren des Typs 550C wie der 550C562T400DP2B und Metallfolienkondensatoren der Serie 947D wie der 947D601K901DCRSN einsetzbar. Dabei weist die Serie 550C eine Betriebslebensdauer von über 100.000 Stunden in typischen Anwendungen und bis zu 20.000 Stunden bei 85 °C auf. 550C-Kondensatoren haben einen ESR von bis zu 7 mΩ und verfügen über Schraubanschlüsse für die Befestigung auf einer Leiterplatte oder Stromschiene und können hohe Brummströme verarbeiten.

In der Serie 947D vereinen sich hohe Kapazität und eine sehr hohe Brummstromfähigkeit, die für Wechselrichterdesigns benötigt wird. Diese Kondensatoren sind mit Gleichspannungswerten von 900 bis 1300 V erhältlich. Sie sind für 7000 Betriebsstunden bei 85 °C ausgelegt und haben eine Lebenserwartung von 350.000 Stunden bei 60 °C Kerntemperatur und voller Nennspannung.

Filterung von AC-Oberschwingungen am Ausgang: Für die Filterung von Oberschwingungen am AC-Ausgang in rauen Umgebungen können AEC-Q200-qualifizierte AC-Filterkondensatoren der Serie ALH verwendet werden. Im Vergleich zu Standardkondensatoren haben diese Kondensatoren eine 50 Prozent längere Lebensdauer, basierend auf beschleunigten 85/85 Temperatur-Feuchtigkeits-Bias-Tests (THB). Sie bieten einen hohen Effektivstrom, der sie für die Behandlung von Oberschwingungen höherer Ordnung in IGBT-Wechselrichtern mit hohen Frequenzen geeignet macht. Ihre Kapazitäten reichen von 0,22 bis 50 µF bei 160 bis 450 V AC und 50/60 Hz. Diese selbstheilenden, metallisierten Polypropylen-Folienkondensatoren werden in einem robusten Gehäuse zur Platinenmontage geliefert (Bild 4) und haben einen Betriebstemperaturbereich von –40 bis +105 °C. Kondensatoren der ALH-Serie haben eine Lebenserwartung von 100.000 Stunden bei Nennspannung und einer Hot-Spot-Temperatur von 70 °C.

Superkondensatoren: Cornell Dubilier bietet die DGH-Serie und die DSF-Serie für Designs an, bei denen die Superkondensatoren sofortige Stromstöße liefern können. Im Fall der DGH-Serie umfasst die Baureihe 21 verschiedene Wert-/Spannungskombinationen mit Kapazitäten von 0,5 bis 600 F und Arbeitsspannungen von 2,7 bis 5,5 V DC (WVDC, Working Voltage DC). DSF-Superkondensatoren bieten eine höhere Leistung bei 3,0 V für eine einzelne Komponente und 6,0 V für ein duales Bauteil (Bild 5).

Diese höhere Spannungsspezifikation führt zu einer 24 Prozent höheren Energiedichte. Bei der DSF-Serie sind es 17 verschiedene Wert-Spannungs-Kombinationen mit einer Kapazität von 1,5 bis 600 F. Beide Serien sind für 500.000 Zyklen ausgelegt. Sie sind wahlweise mit Kontakten für die Durchkontaktierung oder mit Schnappanschlüssen für die Integration in Leiterplatten erhältlich.

Kondensatoren für Ladegeräte der Stufe 3

AC-Eingangs- und Oberwellenfilterung: Für die hohen Leistungen, die von DC-Ladegeräten der Stufe 3 unterstützt werden, können Entwickler auf die dreiphasigen Serienkondensatoren der PFCH-Serie zurückgreifen wie zum Beispiel den PFCHX48D20S108T, der für 76,8 µF und 480 V AC ausgelegt ist und für die Filterung von Oberschwingungen am AC-Eingang konzipiert ist. Diese Kondensatoren bestehen aus drei selbstheilenden metallisierten Polypropylenwickeln, die in einer Dreieckskonfiguration verbunden und von einem zylindrischen Aluminiumgehäuse umschlossen sind.

Sie haben eine Lebensdauer von 60.000 Stunden mit einer Überlebensrate von 94 Prozent und einer FIT-Bewertung (Failure in Time) von ≤300 · 109 Komponentenstunden. Sie verfügen über einen Druckunterbrecher, der alle drei Phasen im Falle eines Kondensatorschadens oder einer Überlast abschaltet. Sie entsprechen der ANSI/IEEE-Norm 18 und haben eine maximale Kurzschlussstrombelastbarkeit von 10 kA gemäß UL 810.

DC-Kopplung: Zur Auswahl stehen die BLH-DC-Zwischenkreiskondensatoren für die Leiterplattenmontage, die für 1500 Stunden bei +85 °C/85 Prozent relativer Luftfeuchtigkeit und angelegter Nennspannung getestet wurden, und die Serie 474, wie der Folienkondensator 474PMB122KSP2 mit 0,47 µF für 1,2 kVDC, der für die direkte Montage auf IGBT-Modulen zur DC-Verknüpfung und Filterung konzipiert ist.

BLH-Kondensatoren sind für den Betrieb von –40 bis +105 °C ausgelegt, wobei die Nennspannung oberhalb von 85 °C um 1,35 Prozent pro °C herabgesetzt wird. Sie erfüllen die Anforderungen von IEC 61071 und AEC-Q200. Kondensatoren der Serie 474 wie der 474PMB122KSP2 sind für den Betrieb von –40 bis +100 °C ausgelegt, wobei die Gleichspannung um 1,5 Prozent und die Wechselspannung um 2,5 Prozent pro °C über 85 °C abnimmt.

DC-Ausgangsfilterung: Bauelemente für 800, 1000,1200 und 1400 V DC, mit Kapazitätswerten von 33 bis 220 µF und Effektivstromwerten bis zu 75 A bei 55 °C umfasst die Serie 944U von Hochstrom-Filmkondensatoren. Ihre hohe Toleranz gegen Brummströme ist das Ergebnis der niederinduktiven Innenkonstruktion dieser metallisierten Polypropylen-Kondensatoren. Sie sind in einem flachen, flammhemmenden UL94V0-Gehäuse mit einem Durchmesser von 84,5 mm verpackt und verfügen über Montageflansche an der Unterseite und M8-Gewindeanschlüsse (Bild 6). Je nach Leistung beträgt die Gehäusehöhe 40 mm, 51 mm oder 64 mm.