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Aluminium-Elektrolyt-Kondensatoren

Leckströme machen Schaltungsmaßnahmen erforderlich

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

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Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Symmetrierung – alles in Balance

Bei einer Serienschaltung von Elkos teilt sich die Spannung im Verhältnis der Isolationswiderstände der Kondensatoren, bzw. im Verhältnis der reziproken Leckströme der Kondensatoren, auf [8]. Um nun eine gleichmäßige Aufteilung der Spannung zu gewährleisten, sollte der Ruhestrom I_Q durch einen Spannungsteiler aus Widerständen – gemäß Bild 5 – den (Betriebs-) Leckstrom um ein Mehrfaches übersteigen. Die Verwendung von Elkos aus einem Fertigungslos ist dabei vorteilhaft, denn diese weisen in der Regel geringere Abweichungen der Leckströme aus als Elkos aus verschiedenen Fertigungslosen.
Die Mittelpunktspannung ergibt sich – analog zu [8] – aus Gleichung 1:

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Diese Gleichung zeigt, dass die Mittelpunktspannung Um vom gewünschten Idealwert U_D/2 um einen Wert abweicht, der proportional zum Widerstandswert und der Leckstromdifferenz verläuft.

Zur Dimensionierung der Symmetrierwiderstände R_B gilt es, einen guten Kompromiss zwischen geringer Verlustleistung und noch akzeptabler Spannungsdifferenz zu finden. Als Schätzwert für die Leckstromdifferenz der Elkos bei oberer Kategorietemperatur gilt laut [8] ein Wert, der sich mit Gleichung 2 ermitteln lässt:

Nach Auflösen von Gleichung 1 nach R_B und Einsetzen des Terms für I_L,C2 – I_L,C1 aus Gleichung 2 ergibt sich ein Wert gemäß Gleichung 3:

Für ideale Symmetrierwiderstände mit identischen Widerstandswerten könnte man die Mittelpunktspannung Um der Elko-Nennspannung gleichsetzen. Reale Widerstände sind jedoch mit einer Toleranz behaftet, so dass auch die Mittelpunktspannung vom Idealwert der halben Zwischenkreisspannung abweicht. Bei einer Toleranz der Widerstandswerte von z.B. ±5 % ergibt sich im ungünstigsten Fall eine Abweichung der Mittelpunktspannung vom Idealwert von nahezu 10 % [8]. Es empfiehlt sich daher für die Auslegung einer passiven Symmetrierung, eng tolerierte Widerstände zu verwenden und eine Mittelpunktspannung unterhalb der Nennspannung der eingesetzten Elkos zu wählen.