Leistungskondensatoren

Eine alternative Technologie für den Zwischenkreis

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Ein HV/LV-DC/DC-Demoboard mit 2,7 kW Leistung

In enger Zusammenarbeit mit EPCOS hat Infineon Technologies ein HV/LV-DC/DC-Demoboard mit einer Leistung von 2,7 kW entwickelt. Zu den Anforderungen zählen unter anderem ein weiter Hochvolt-Eingangsspannungsbereich von 200 bis 400 VDC (je nach verwendeter HV-Batterie) sowie ein Niedervolt-Ausgangsspannungsbereich von typisch 8 bis 16 VDC Standardspannung im Bordnetz. Ferner muss ein Strombereich von bis zu 200 A (DC) abgedeckt werden.

Auf dem DC/DC-Wandler-Markt gibt es Schaltungstopologien unterschiedlichster Art. Einsatz findet jedoch meist die Vollbrücken-Schaltung mit Nullspannungsschaltung (ZVT) auf Basis von MOSFET-Transistoren.

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Infineon Technologies hat diese Schaltungen mit diversen EPCOS-Bauelementen neu aufgebaut und an seine schnell getakteten IGBTs der EASY-Serie angepasst (Bild 3). Eingesetzt wird eine Reihe verschiedener Bauelemente von EPCOS und TDK (Tabelle 2).

Parasitäre Induktivitäten werden allerdings nicht nur vom Kondensator erzeugt. Im normalen Systemaufbau kommt es zu merklichen Streuinduktivitätswerten durch mehrere Faktoren: Neben der Kontaktierung im Inneren des IGBT-Moduls trägt dazu auch die Zuleitung zum Kondensator bei.

Mit dem CeraLink lassen sich gleichermaßen die Werte für den Kondensator selbst und die Werte für die Zuleitung drastisch reduzieren. Durch die kompakte Anbindung an das IGBT-Modul werden gleichzeitig auch dessen Überspannungen bedämpft; und der Snubber-Kondensator kann in der Regel entfallen.

Bild 4 zeigt den Spannungsverlauf beim Abschalten des IGBTs mit und ohne CeraLink. Der Spannungsanstieg ist somit nur noch minimal und befindet sich im sicheren Bereich der IGBTs. Als Schaltfrequenz kommen hier 100 kHz zum Einsatz, die für den Kondensator eine Stromripplefrequenz von 200 kHz bedeutet. Bild 5 zeigt den Verlauf von Impedanz und ESR als Funktion der Frequenz.

Reicht die Kapazität des CeraLink für reine DC/DC-Anwendungen im Allgemeinen aus, so kann diese z.B. beim Betrieb von Motoren zu gering sein. Abhilfe schafft hier das Parallelschalten von Aluminium-Elektrolyt- bzw. Folien-Kondensatoren, die mit ihrer hohen Kapazität den niederfrequenten Anteil des Stroms führen. Der CeraLink übernimmt unterdessen den hochfrequenten Anteil einschließlich Snubber-Anteil.

* Wolfgang Dreipelcher ist Head of Sales Reference Designs bei TDK, München.

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