Keramik-Vielschicht-Kondensatoren

MLCC-Technologie erobert Elektrofahrzeuge und die Formel 1

03.09.2010 | Autor: Shoji Tsubota*

Bislang wurden in den Leistungsstufen von Elektro- und Hybridautos nur Aluminium-Elektrolyt- oder Folien-Kondensatoren eingesetzt – sind in diesen Anwendungen doch relativ hochkapazitive Kondensatoren gefordert, die hoher Welligkeit und rauen Umgebungsbedingungen trotzen. Keramische Kondensatoren waren dafür bislang nicht geeignet. Mit einem neu entwickelten Keramikwerkstoff und verbesserter Sintertechnik ist es nun Murata gelungen, Keramik-Vielschicht-Kondensatoren herzustellen, die sich auch für automobile Leistungsanwendungen eignen.

Die keramischen Vielschicht-Kondensatoren der EVC-Serie eignen sich für den Einsatz in automobilen Leistungsanwendungen

Bis vor kurzem mussten die Leistungsschaltungen, beispielsweise in Fahrzeugen mit Elektro oder Hybridantrieb, mit Folien- oder Aluminium-Elektrolyt-Kondensatoren bestückt werden. Anwendungen dieser Art erfordern Glättungs-Kondensatoren mit einigen zehn oder tausend Mikrofarad. Die Kondensatoren müssen außerdem die hohen Welligkeitsströme und widrigen Umgebungsbedingungen verkraften, die typisch für Automotive-Applikationen im oberen Bereich des Performance-Spektrums sind. Die Herstellung von Keramik-Vielschicht-Kondensatoren, kurz MLCCs (Multi-Layer Ceramic Capacitors), in einer für Hochspannungs-Anwendungen ausreichenden Größe war schlicht nicht möglich. Zudem konnten MLCCs nicht mit der für Hochstrom-Applikationen erforderlichen Beständigkeit gegen Welligkeitsströme aufwarten.

Auf der Suche nach einem verlustarmen Werkstoff

Spezielle Anschlusskonstruktion verhindert Risse in der Keramik

Die EVC-Serie besteht hauptsächlich aus dem verlustarmen Keramikmaterial von Murata (Bild 1). Der Keramikwerkstoff ist von einem Netz aus Innenelektroden durchzogen, die aus Nickel bestehen und mit einer kupfernen Außenelektrode verbunden sind. Letztere ist ihrerseits mit Metall-Anschlüssen verbunden, die mit bleifreiem Material gebondet sind. Die Anschlüsse des Kondensators mussten so konstruiert werden, dass es zu keinen Rissen in der Keramik kommt, wenn die Leiterplatte, auf der sich der Kondensator befindet, mechanischen Belastungen ausgesetzt wird.

MLCCs nehmen es mit Folien-Kondensatoren auf

Im Nennspannungs-Kapazitäts-Diagramm (Bild 2) fällt die EVC-Serie nicht in den für MLCCs üblichen Bereich, sondern in eine Zone, die in der Regel nur von Folien-Kondensatoren belegt wird. In dieser Hinsicht sind die Kondensatoren der EVC-Serie eine völlig neue Kategorie von MLCCs. Das speziell entwickelte, verlustarme und kapazitätsstarke Material toleriert einen spezifischen Welligkeitsstrom von 1,56 A/cm³. Die Serie liegt damit um eine Größenordnung über den Folien-Kondensatoren und übertrifft die Alu-Elkos sogar um zwei Größenordnungen (Bild 3).

EVC-Kondensatoren können den Kühlaufwand im System mindern

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