Der amerikanische Kondensatorhersteller Kemet hat seine Produkte kürzlich an die Anforderungen von Entwicklern im Bereich der Automobilelektronik angepasst. Das Ergebnis sind zahlreiche Innovationen bei Kondensatoren, die jetzt in AEC-Q200-Qualität erhältlich sind.

Bild 1: Dank eines neuen Gehäuses erfüllen die KO-Cap Polymer-Elektrolytkondensatoren der Serie T591 die Temperaturanforderungen für den Automobilbereich. (Bild: Kemet)

Das Temperatur- und Feuchtigkeitsverhalten war bisher ein Problem bei Polymer-Elektrolyt-Kondensatoren und ein Grund, warum sie in Automobilanwendungen selten eingesetzt wurden – trotz kompakter Größe, hoher Kapazität und geringem ESR (Äquivalenter Serienwiderstand). Kemet hat 2014 eine Technologie entwickelt, die den Einsatz von Polymer-Elektrolyt-Kondensatoren in der Automobilelektronik ermöglicht und hat die Bauteile nun erstmals nach AEC-Q200 qualifiziert.

Bild 1: Dank eines neuen Gehäuses erfüllen die KO-Cap Polymer-Elektrolytkondensatoren der Serie T591 die Temperaturanforderungen für den Automobilbereich. Kemet

Die Innovation basiert auf einem neuen Gehäuse, das die Exposition des Kathodenpolymermaterials gegenüber Sauerstoff reduziert. Dadurch wird verhindert, dass Sauerstoff an die Kathode gelangt, was bei hohen Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit zum Ausfall des Kondensators führen könnte. Die Polymer-Elektrolyt-Kondensatoren der bewährten KO-Cap-Serie (Kemet Organic Capacitor) ermöglichen im neuen Gehäuse als T591-Serie eine Betriebstemperatur von bis zu +125 °C (Abb. 1). Die Serie ist mit Kapazitäten von bis zu 330 µF erhältlich und wurde über 500 Stunden bei +85 °C, 85 % Luftfeuchtigkeit und angelegter Spannung – wie von den AEC-Q200-Richtlinien vorgeschrieben – getestet. Kürzlich hat Kemet die Serie erweitert und bietet jetzt Komponenten für bis zu 50 V auf 12- und 24-V-Versorgungsschienen an.

Nach dem T591 folgte die T598-Serie. Diese Polymer-Elektrolyt-Kondensatoren erfüllen erstmals alle Anforderungen der AEC-Q200-Spezifikation für passive Bauelemente und sind damit voll qualifiziert. Diese Bausteine ​​basieren auf der T591-Serie, jedoch mit einigen Verbesserungen in Bezug auf Design, Material und Herstellungsverfahren. Dabei bringen sie die Vorteile von Polymer-Elektrolyt-Kondensatoren – platzsparend und niedriger ESR – in den Automobilbereich ein. Anwendungen finden sich in der Entkopplung und Filterung von DC/DC-Wandlern für Infotainment- und ADAS-Systeme.

Abbildung 2: Der Querschnitt durch den Arcshield-Bereich eines MLCC zeigt, wo sich die Abschirmelektroden befinden. Kemet

Bei den Mehrschichtkeramikkondensatoren (MLCCs) hat Kemet nach eigenen Angaben die weltweit kleinsten Hochspannungskomponenten mit Störlichtbogenschutz im Portfolio. Sie sind jetzt in der Baugröße EIA 0603 mit einer Nennspannung von bis zu 1000 V erhältlich. Hochspannungs-MLCCs sind aufgrund der Lichtbogengefahr in der Regel in der Größe begrenzt. Die Bausteine ​​von Kemet basieren jedoch auf der patentierten Arcshield-Technologie.

Die Bildung von Lichtbögen kann durch eine äußere Beschichtung verhindert werden, die jedoch bei der Handhabung beschädigt werden kann. Arcshield hingegen ist als interne Bausteinfunktion unabhängig von der Beschichtung. Es wird eine interne Abschirmelektrode verwendet (Abb. 2), die einen partiellen Faradayschen Käfig innerhalb des Kondensators bildet - zusammen mit einem zuverlässigen Dielektrikum aus unedlen Metallen. Es kann Lichtbögen effektiv unterdrücken, was die Größe des Gehäuses verringert und die ausgezeichnete Blitzschlagfestigkeit beibehält.

Abb. 3: Die Radial MLCCs der Goldmax-Serie eignen sich für Anwendungen, die starken Vibrationen ausgesetzt sind. Kemet

Da Fahrzeuge oft hohen Vibrationen ausgesetzt sind, setzen Anwender meist auf Radialkondensatoren. Sie verfügen über robuste Verbindungen und vielseitige Formfaktoren und können gelötet oder gecrimpt werden, sodass sie bei Bedarf auch ohne Platine eingesetzt werden können, wenn sich diese für die Anwendung als nicht robust genug erweist. Die Goldmax Radial MLCC-Serie ist eine der neuesten Entwicklungen in diesem Bereich (Abb. 3). Die Nennspannung wurde auf 630 VDC erhöht. Die Module sind mit C0G- oder X7R-Dielektrika erhältlich. Der Betriebstemperaturbereich reicht von -55 bis +125 °C.

Bild 4: Die Struktur der F862-Serie besteht aus einer metallisierten Polypropylenfolie, die sich in einem selbstverlöschenden Harz befindet. Kemet

Zu den weiteren AEC-Q200-konformen Innovationen zählen automobiltaugliche Folienkondensatoren der F862-Serie. Diese Serie widersteht Kapazitätsverlusten, was die langfristige Zuverlässigkeit erhöht. Die F862-Serie ist für raue Umgebungsbedingungen ausgelegt und basiert auf einer metallisierten Polypropylenfolie, die in ein selbstverlöschendes Harz eingekapselt ist. Diese Kondensatoren können in Reihe zum Netz geschaltet und für Entstörfilter und als Überspannungsschutz parallel zum Netz verwendet werden. Sie sind nach RFI-Klasse X2 zugelassen. Die Module widerstehen hohen Temperaturen und feuchten Umgebungen, wie sie im Automobilbereich, beispielsweise in integrierten PHEV-Ladesystemen, vorkommen. Sie eignen sich aber auch für kapazitive Netzteile und Stromzähler.

Die Serie F862 ist für eine Nennspannung von 310 VAC bei 50 oder 60 Hz ausgelegt. Die Kapazitätswerte reichen von 100 nF bis 4,7 µF. Alle Module werden zu 100 % bei 1900 VDC getestet.

Kemet wird weiterhin neue Technologien für Automobilkondensatoren entwickeln und patentieren, um die Leistung dieser Geräte in anspruchsvollen Umgebungen zu verbessern. Innovationen wie die hier beschriebenen steigern die Performance bei beengten Platzverhältnissen und sorgen für mehr Effizienz und höhere Zuverlässigkeit im sich ständig weiterentwickelnden Automotive-Umfeld.

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