Kondensatoren in der Leistungselektronik
Leistungsdichte lässt sich weiter steigern
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Folienkondensatoren nach patentiertem FischerLink-Konzept
Zur Erhöhung der Leistungsdichte sind im Segment der Folienkondensatoren hingegen Lösungen gefragt, die höhere Schalfrequenzen ermöglichen. Das erfordert Konstruktionen mit geringer Induktivität.
Hierfür hat FTCAP unter der Bezeichnung FischerLink ein neues Konzept für Kunststoff-Folienkondensatoren (Folkos) entwickelt und patentieren lassen. Dabei handelt es sich um ein einbaufertiges Modul, bei dem der Wickel direkt mit dem Busbar verbaut ist und für eine rüttelfeste und haltbare Verbindung der beiden Bauteile sorgt (Bild 2).
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Größter Vorteil der patentierten FischerLink-Variante ist die im Vergleich zu herkömmlich verschraubten Kondensator- und Busbar-Modulen wesentlich geringere Induktivität, die auf die Hälfte reduziert wird. Das erlaubt den Betrieb der montierten Kondensatorbank bei höheren Schaltfrequenzen und gleichzeitig geringeren Verlusten.
Double-Pulse-Test bestätigt Leistungsfähigkeit
Um die Leistungsfähigkeit des FischerLink-Systems zu belegen, hat FTCAP mithilfe eines sogenannten Double-Pulse-Tests, einer etablierten Methode zur Messung der parasitären Induktivität in der Leistungselektronik, Vergleichstests mit herkömmlichen Kondensatoren durchgeführt (Bild 3).
Dabei wird eine leicht zu messende Überspannung erzeugt. Die Differenz bei der Überspannung ist ein Maß für die Induktivität des Systems. Weitere Direktmessungen der Induktivität wurden mit Hilfe eines Netzwerkanalysators (Typ HP3577A) vorgenommen. Der Double-Pulse-Test wurde mit drei verschiedenen Folkos mit ähnlicher Busbar durchgeführt: Jeder der drei Kondensatoren wurde an einen IGBT-Schalter mit Treiber gehängt und mit einem Pulsgenerator über seine durch die Induktivität repräsentierte Last getriggert. Die Überspannung wurde mit Hilfe eines Oszilloskops überwacht, der Gesamtstrom mit einer Rogowskispule gemessen.
Die aufgezeichneten Daten ergaben, dass die Induktivität des FischerLink-Systems nur halb so hoch ist, verglichen mit der eines herkömmlichen Folienkondensators (21 nH gegenüber 43 nH). Auch die entsprechende Pulsspannung verringerte sich von 1,98 auf 1,04 V. Damit weist der Folienkondensator nach dem FischerLink-System bei weniger Platzbedarf eine deutlich geringere Induktivität und damit eine höhere Leistungsdichte auf. Gleichzeitig wurde auch mit diesem Konzept eine verlängerte Lebensdauer erzielt.
Potenzial für weitere Optimierungen
Bei FTCAP freut man sich über die Bestätigung der hauseigenen Forschung und Entwicklung durch die überzeugenden Testergebnisse – und sieht Potenzial für weitere Optimierungen im Bereich der Aluminium-Elektrolyt- sowie der metallisierten Folienkondensatoren. „Unsere Entwicklungen belegen, dass es durch die Verbesserung der thermischen Eigenschaften von kubischen Aluminium-Elektrolytkondensatoren und durch intelligent konstruierte Filmkondensatoren nach unserem FischerLink-Prinzip möglich ist, die Leistungsdichte der passiven Komponenten zu erhöhen. Wir werden uns auch weiterhin intensiv diesem Thema widmen“, erklärt Dr. Thomas Ebel.
Nach Unterlagen von André Tausche (GF) von FTCAP
- Leistungsdichte lässt sich weiter steigern
- Folienkondensatoren nach patentiertem FischerLink-Konzept
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