Zwischenkreiskondensator Schneller schalten in Umrichtern

Epcos-CeraLink in verschiedenen Ausführungen
Epcos-CeraLink in verschiedenen Ausführungen

Der Zwischenkreiskondensator Epcos CeraLink kann bei der Stabilisierung und Befilterung von DC-Zwischenkreisen von Leistungsumrichtern mit interessanten Eigenschaften aufwarten, beispielsweise mit besonders niedrigen ESR- und ESL-Werten. Dies dürfte vor allem für die Entwickler von Stromversorgungen und Umrichtern interessant sein.

Schnell schaltende Systeme erfordern eine Schaltungsauslegung mit niedrigsten ESR- und ESL-Werten. Dementsprechend müssen auch die passiven Bauelemente – neben den Induktivitäten insbesondere die Kondensatoren – mit hohen Taktraten Schritt halten können. Höhere Schaltfrequenzen gestatten es, kleinere und leichtere passive Bauelemente zu verwenden, was geringere Verluste verursacht und die Effizienz steigert.

Im Fokus stehen dabei die Kondensatoren. Sie müssen eine hohe Schaltfrequenz mit niedrigen ESL- und ESR-Werten sowie einen extrem kompakten Aufbau in einem Design kombinieren. Mit konventionellen Kondensatortechnologien ist dies nur bedingt möglich. Der Epcos CeraLink ist dafür ein völlig neuer Lösungsansatz: Bei dem fortschrittlichen Bauelement handelt es sich um einen keramischen Vielschicht-Rippelstrombegrenzer, der auch als Zwischenkreiskondensator oder DC-Link (DCL) bezeichnet wird; zudem erfüllt er Snubber-Aufgaben.

Basis für neuartige Inverter-Designs

Das bei CeraLink verwendete, patentierte System aus Antiferroelectric-Multilayer-Ceramic-Material mit speziellen Kupfer-Innenelektroden erlaubt es, sowohl die Standard-IGBTs als auch die neuen, schnell schaltenden Typen mit wesentlich höheren Frequenzen noch ökonomischer zu nutzen. Dies gilt selbstredend auch für Schaltungen mit entsprechenden Superjunction-MOSFETs. Der neuartige CeraLink-Kondensator kombiniert eine hohe Kapazität pro Volumen mit niedrigstem ESL und ESR. Das führt so zu einer deutlichen Verbesserung hinsichtlich Effizienz, Zuverlässigkeit und Platzbedarf in zukünftigen IGBT- und MOSFET-Inverter-Designs.

Von Vorteil sind darüber hinaus auch die LP- und SMD-Varianten des CeraLink als Snubberlösung für die Integration in Halbleiter-Leistungsmodulen. In enger Zusammenarbeit mit Infineon Technologies wurden in den ersten Designs CeraLink-Baulemente auf spezielle IGBT-Module angepasst und immer weiter optimiert. So konnten gute Ergebnisse in Bezug auf Eigenschaften und Energieeffizienz erreicht werden. Sowohl für die Easy-Automotive-Serie von Infineon Technologies als auch für die entsprechenden Typen in Industrie-Anwendungen wurden alle beeinflussbaren Parameter und Eigenschaften des Kondensators auf mehr Ökonomie und Effizienz hin optimiert.

CeraLink gibt es derzeit in unterschiedlichen Ausführungen: Das Kapazitätsspektrum reicht von 1 bis 100 µF bei Nennspannungen von 400 bis 800 V(DC). Die unterschiedlichen Anschlussformen sind im Bild dargestellt. Für die direkte Integration in Halbleiter-Leistungsmodule sind, aufgrund des beengten Bauraums, die SMD-Versionen (LP und SMD) (linke Bildhälfte) vorgesehen. Sie lassen sich in Löt-, Bond- oder Sinterprozessen verarbeiten.