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Materialauswahl für Leiter und Isolatoren

Auch die Materialauswahl ist für die Performance der neuen Stromschienen-Kondensator-Baugruppe entscheidend. Bei der Sammelschiene bestimmen zum Beispiel der Querschnitt sowie die Auswahl des Leitermaterials die Strombelastbarkeit der Sammelschiene.

Bei laminierten Stromschienen werden normalerweise Aluminium- oder Kupferleiter verwendet, die mit einem zusätzlichen Metall wie Silber, Zinn oder Nickel beschichtet werden können.

Die Auswahl der Sammelschienenmaterialien (etwa von Leiter und Isolatoren) beschränkt auch die Prozess-Herstellungstemperaturen zur Verbindung von Stromkreisen mit einer Sammelschiene. Lötfreie Befestigungsmethoden zum Beispiel erfordern hohe Verarbeitungstemperaturen und Sammelschienenmaterialien, die diesen Temperaturen während der Herstellung standhalten können.

Isolationsmaterialien, die die Stromschienenleiter trennen, sollten eine stabile Dielektrizitätskonstante über einen weiten Temperaturbereich haben, um Schwankungen bei Kapazität und Spannung zu minimieren.

Ein innovativer und ringförmiger Kondensator

Die ringförmige Auslegung des Kondensators ermöglicht drastische Verbesserungen bei der Leistungsverarbeitung durch die Stromschienen-Kondensator-Komponenten; aber wie bei der Sammelschiene selbst müssen die Materialien unter Beachtung möglicher Wärmeeffekte bei hohen Leistungsstufen sorgfältig ausgewählt werden. Ein Ziel ist die niedrige Induktivität in Kombination mit der Sammelschiene.

Die Nutzung von dielektrischem Polyester- und Polypropylen-Material durch den Kondensator trägt zu niedriger ESR und ESL bei. Die sehr niedrige Induktivität zum Beispiel ermöglicht es diesen Kondensatoren bei hohen Spannungen und Strömen zu arbeiten, bei einer Kapazität, die nur im Mikrofarad-Bereich liegt.

In Tests haben Power-Ring-Film-Kondensatoren ESL-Werte erreicht, die bei nur 5nH lagen; für eine 600-V/1000-µF-Verbindung. Die Ringform der Kondensatoren (Bild 2) ermöglicht kurze, symmetrische Verbindungsabstände zu Elektroden, um Verbindungsabstände zu minimieren und das Erreichen niedriger ESR-Eigenschaften zu unterstützen.

Ein mit einer Zinkverbindung metallisierter Polypropylen-Film wurde zum Beispiel für Kondensatoren in EV- und HEV-Antriebsapplikationen verwendet, bei denen es wichtig war, selbst unter den schwierigen Temperaturbedingungen, die in fahrzeugtechnischen Elektronikanwendungen vorherrschen, eine konstante Leistung aufrechtzuerhalten.

Filmkondensatoren mit einem Wert von 1000 µF haben kurzzeitigen Leistungsniveaus von bis zu 100 kW standgehalten und mehr als 20.000 Betriebsstunden in Automobil-Antriebsanwendungen geleistet, wobei nur Motor-Kühlflüssigkeiten als Mittel zur Ableitung übermäßiger Temperaturen in den Kondensatoren eingesetzt wurden. Die Ringform dieser Kondensatoren bietet eine effektive Form zur Ableitung von Hitze, die intern erzeugt wird, während sie gleichzeitig den Wärmefluss von externen Wärmequellen optimiert.

Die besonderen Wärmeeigenschaften der Materialien in den Kondensatoren sowie die wärmeleitfähigen Metalle und dielektrischen Materialien der Stromschienen bieten eine beinahe durchgängige Wärmeableitung, welche zur Vermeidung heißer Stellen bei hohen Leistungs-Levels entscheidend ist.

Somit sorgt die gezielte Materialauswahl bei beiden Komponenten für eine Sammelschienen-Kondensator-Baugruppe, die beste Voraussetzungen für höhere Spannungen und Ströme mitbringt, um den Anforderungen in vielen modernen Anwendungen wie Elektroautos (EVs), hybrid aufgebaute Elektrofahrzeuge (HEVs) sowie in Stromrichtern von Solar- und Windkraftanlagen zu entsprechen.