Verbesserte Stromtragfähigkeit ohne Baugrößenzuwachs

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Precoplat Präzisions-Leiterplatten-Technik GmbH

Der richtige Umgang mit Stromspitzen

Die hohe Stromdichte und die Fähigkeit, Stromspitzen zu überstehen, die von Welligkeitsströmen für Hochspannungs-Leistungsumschaltungen verursacht werden, erfordern normalerweise eine Reihe von elektrolytischen Hochleistungskondensatoren in Kombination mit Hochfrequenz-Bypass-Kondensatoren, um die Fälle von Welligkeitsströmen zu verarbeiten.

Wenn solche Komponenten einer Sammelschiene hinzugefügt werden, führt dies normalerweise zu einer Größen- und Gewichtszunahme. Aufgrund des niedrigen Profils und des ringförmigen Power-Ring-Film-Kondensators nehmen Größe und Gewicht der ROLINX-Stromschiene nur geringfügig zu, obwohl die Spannungs- und Strombelastbarkeit enorm gesteigert wird.

Der Film-Kondensator bietet von Natur aus geringe effektive Reiheninduktivität (ESL) und effektiven Reihenwiderstand (ESR) zur Übertragung hoher Leistungen bei gleichzeitiger Minimierung der wärmebedingten Schädigung und der Wärmeeffekte, denen Kreisläufe mit höheren Verlusten unterliegen.

Die geeignete Befestigung des Kondensators

Ein wichtiger Schritt bei der praxisgerechten Umsetzung dieser Stromschienen-Kondensator-Kombination ist die Art der Befestigung des Kondensators an der Sammelschiene. Die Kombination der Materialien in jeder Komponente zeigt komplexe Wärmeausdehnungskoeffizienten nicht nur zwischen jeder Materialschicht in der Sammelschiene und im Kondensator.

Außerdem ist die Schnittstelle zwischen Stromschiene und Kondensator einer Belastung ausgesetzt, die von Schwingungen und Temperaturschwankungen verursacht wird – sowohl bei der Umgebungstemperatur als auch bei der Erwärmung, die durch hohe geleitete Ströme induziert wird.

Bei geringem ohmschen Widerstand und guten Wärmeübertragungseigenschaften bietet der Kondensator eine stabile thermische Schnittstelle zur Stromschiene. Der Kondensator wird mittels Punktschweißen an der Sammelschiene befestigt. Die Verbindungsmethode stellt einen geringen Widerstand und geringe Induktivität für eine geringe ESL der kombinierten Baugruppe sicher.

Diese integrierten Sammelschienen-Kondensator-Baugruppen können Spannungen von 450 bis 1500 V und Ströme von 1000 A oder mehr schalten, mit einer maximalen Leistung, die sich der 1-MW-Marke nähert. Die Kapazität liegt zwischen 75 und 1600 µF, wobei die Kapazitätswerte mit einer Toleranz von ±10% eingehalten werden. Diese verbesserten Stromschienen sind für minimale Betriebstemperaturen zwischen -40 und +85 °C für eine Verwendung bei maximaler Spannung ausgelegt, sie können normalerweise aber Betriebstemperaturen zwischen -40 und +105 °C bedienen.

Die zur Verbindung von Stromschiene und Kondensator genutzte Befestigungsmethode ist entscheidend, wenn es um die Erhaltung der geringen Impedanz bei hoher Leistung geht. Denn ein übermäßiger Kontaktwiderstand aller Verbindungspunkte entlang der Sammelschiene führt zu thermischen Verbindungen, welche die Zuverlässigkeit bei hoher Leistung beeinträchtigen können. Das Schweißen hat sich als verlässliche Befestigungsmethode zur Verbindung von Akkueinheiten bei EVs und HEVs herausgestellt und kann bei der Großserienfertigung unter Verwendung automatisierter Montagetechniken ausgeführt werden.

Artikelfiles und Artikellinks

Link: Die Stromschienen-Serien von Rogers Corporation

Link: Beitrag im Original lesen: ELEKTRONIKPRAXIS Sonderheft Leistungselektronik und Stromversorgungen als pdf

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Stand: 08.12.2025

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