R53 Kemets Mini X2 bei 1.000h THB

Entwickler von Leistungselektronik versuchen ständig, die Gesamtdesigngröße zu verringern, bei gleichzeitiger Steigerung der Umwandlungseffizienz. Eine Möglichkeit dazu ist die Verwendung von Wide Bandgap (WBG) Halbleiterbauelementen. WBG-Bauelemente können bei höheren Schaltfrequenzen und höheren Temperaturen als herkömmliche Halbleiter betrieben werden. Ihre Verwendung ermöglicht eine Größenreduzierung der passiven Bauelemente. Damit wird eine insgesamt kompaktere Bauweise und eine Erhöhung der Leistungsdichte der Wandler möglich. WBG-Geräte arbeiten jedoch mit extrem hohen Spannungsanstiegsgeschwindigkeiten und produzieren mehr hochfrequente Emissionen.

Die Erfüllung der elektromagnetischen Verträglichkeitsanforderungen (EMV) der Regulierungsbehörden wird für Designs mit WBG-Halbleitern immer komplexer, und Kondensatoren zur Unterdrückung elektromagnetischer Störungen (EMI) spielen eine entscheidende Rolle. Sie müssen miniaturisiert werden, um die Vorteile kleinerer Gesamtdesigns zu nutzen, aber gleichzeitig müssen hohe Zuverlässigkeitsanforderungen unter kritischen elektrischen und Umweltbedingungen erfüllt werden.

Die EMI-Entstörkondensatoren auf Basis von metallisierter Polypropylenfolie der KEMET Serie R53 X2 sind einzigartig designt, um diese anspruchsvollen Anforderungen zu erfüllen.

Was sind EMI-Funkentstörkondensatoren? 

EMI-Funkentstörkondensatoren sind eine spezielle Untergruppe kommerziell erhältlicher Kondensatoren, die dafür ausgelegt sind, elektrisches Rauschen aus der dem Stromkreis zugeführten Leistung herauszufiltern, indem sie die Eingangsimpedanz des Systems reduzieren.

EMV-Funkentstörkondensatoren werden häufig verwendet, um Rauschen in Wechselstromnetzleitungen zu unterdrücken. Sie werden manchmal in der 'X'-Konfiguration, „zwischen den Leitungen“ angeschlossen, wie in der Abbildung oben zu sehen: C1 und C2. Und als 'Y'-Konfiguration, "Leiter zu Masse", wie C3 und C4. Wenn ein Kondensator in einer 'X'-Konfiguration ausfällt, besteht Brandgefahr. Wenn jedoch ein Kondensator in einer 'Y'-Konfiguration ausfällt, besteht stattdessen die Gefahr eines elektrischen Schlags. Aufgrund der Gefahr dieser Fehlermodi sind diese Kondensatoren so ausgelegt, dass sie "sicher" versagen, um Feuer oder Schlag zu verhindern. Aus diesem Grund werden viele EMI-Kondensatoren auch als Sicherheitskondensatoren bezeichnet.

Wie werden EMV-Kondensatoren spezifiziert? 

EMV-Kondensatoren werden nach ihrer beabsichtigten Verwendung (X- oder Y-Konfiguration), ihrer Nennbetriebsspannung und der Spitzenstoßspannung, der sie sicher standhalten können, klassifiziert. Die Unterklassen und zugehörigen Nennwerte für diese Kondensatoren sind in den folgenden Abbildungen dargestellt.

Was sind raue Umgebungen? 

Neben der Miniaturisierung müssen viele Designs während ihrer gesamten Lebensdauer unter rauen Umgebungsbedingungen betrieben werden. Einige Beispiele sind:

• On-Board-Ladegeräte für Elektro- und Hybridfahrzeuge, die höheren Temperaturen und extremen Thermoschockzyklen standhalten
• Miniaturisierte Solar-Mikro-Wechselrichter und intelligente Energiezähler mit einer erwarteten Lebensdauer von bis zu 25 Jahren ohne Wartung, in Umgebungen mit potenziell hoher Luftfeuchtigkeit.
• Intelligente Messgeräte, von denen erwartet wird, dass sie im Freien viele Jahre oder sogar Jahrzehnte zuverlässig arbeiten

Um den Anforderungen dieser rauen Umgebungsbedingungen gerecht zu werden, wurde in der Elektronikindustrie ein anerkannter beschleunigter Lebensdauerteststandard für aktive und passive Komponenten entwickelt – der Temperature-Humidity-Bias (THB) Test eine IEC-Norm für EMI-Entstörfolienkondensatoren. Kondensatorhersteller müssen die THB-Klasse für ihre zertifizierten Lösungen in der Spezifikation mit angeben.

Die folgenden Tabellen stellen die verschiedenen Temperatur-Feuchtigkeits-Bias (THB)-Testbedingungen gemäß IEC-Normen dar. Je höher die Klasse, desto robuster ist der Kondensator in rauen Umgebungen und eine längere Lebensdauer ist zu erwarten.

Was sind die Vorteile der R53-Serie von Kemet? 

Die R53-Serie von KEMET bietet Kapazitätswerte von 0,1 µF bis 22 µF, im Rastermaß von 15 mm bis 37,5 mm, AEC-Q200-Qualifizierung und langlebige Stabilität unter rauen Umgebungsbedingungen. Das Volumen ist im Durchschnitt 60 % kleiner als Kondensatoren der X2-Klasse von Mitbewerbern, was eine kleinere Leiterplattenfläche, geringeres Gewicht, niedrigere Kosten und verbesserte Zuverlässigkeit ermöglicht. R53 ist gut geeignet für AC/DC-Wandler in Onboard-Ladegeräten für xEVs, Smart-Grid-Hardware, EMV-Filterung in variablen Frequenztreibern (VFDs), LED-Treiber und Anwendungen mit hoher Energiedichte wie kapazitive Netzteile.

Die Polypropylenfolien-EMV-Entstörkondensatoren von KEMET R53 X2 übertreffen bisherige Lösungen und erfüllen den Feuchtigkeits-Robustheitstest gemäß IEC-60384-14 mit einer Klassifizierung der Klasse IIIB bei Nennspannungen von AC (310 V) und DC (560 V).

Fazit 

Die X2-Kondensatoren der R53-Serie können die höchste THB-Klasse in einer kleineren Größe als Marktbegleiter abbilden. Diese besonderen Merkmale bieten Entwicklern erhebliche Vorteile sowohl in Bezug auf Leistung als auch Platz im Design. Außerdem macht die R53-AEC-Q200-Qualifikation diese Serie zur idealen EMV-Unterdrückungslösung für Automobilanwendungen.

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