Anbieter zum Thema

WDI AG

MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG

IBR Leiterplatten GmbH & Co. KG

Die Qual der Wahl: Zwischenkreis-Topologien

Bei einer Parallelschaltung mehrerer Zweige aus in Serie geschalteten Aluminium-Elektrolytkondensatoren ergibt sich zudem noch die Frage nach der Topologie für die Symmetrierschaltung. Sollen alle Zweige einzeln symmetriert werden (Bild 6a) oder aber die Mittelpunkte aller Zweige miteinander verbunden werden und eine zentrale Symmetrierung (Bild 6b) erfolgen – oder sollen die Kondensatoren in Gruppen symmetriert werden (Bild 6c)?

Vor- und Nachteile der einzelnen Topologien

Jede dieser Topologien hat spezifische Vor- und Nachteile:

Bildergalerie

Bildergalerie mit 6 Bildern

• Einzelsymmetrierung: Ein Vorteil der Einzelsymmetrierung ist, dass bei Ausfall eines Aluminium-Elektrolytkondensatoren durch Kurzschluss nur ein weiterer Aluminium-Elektrolytkondensator im Zweig des defekten Aluminium-Elektrolytkondensators durch Überspannung beschädigt wird. Die übrigen Aluminium-Elektrolytkondensatoren in der Bank bleiben zunächst unberührt vom Ausfall eines Zweigs der Bank. Von Nachteil ist hingegen ein höherer Schaltungsaufwand mit mehr Widerständen und Verbindungen (und damit einem höheren Platzbedarf und Kosten).

• Zentralsymmetrierung: Vorteilhaft ist, dass sich im stationären Zustand die mittleren Kapazitäts- und Leckstromwerte der oberen und unteren Zwischenkreishälfte aneinander annähern. Es kommen nur zwei Widerstände zum Einsatz, die durch die nahezu gleichen Leckstromwerte von oberer und unterer Zwischenkreishälfte höhere Ohmwerte haben dürfen bzw. sogar wegfallen können. Allerdings hat die Zentralsymmetrierung den Nachteil, dass bei Ausfall eines Aluminium-Elektrolytkondensatoren durch Kurzschluss mehrere weitere Aluminium-Elektrolytkondensatoren durch Überspannung beschädigt werden können. Zudem erfordert eine gleichmäßige Aufteilung der Ströme auf die einzelnen Zweige eine sorgfältige Leiterführung zu den Kondensator-Anschlüssen sowie eine homogene Umgebungstemperatur im Bereich des Kondensator-Zwischenkreises.

• Gruppensymmetrierung: Bild 6c zeigt eine mögliche Kombination aus Einzel- und Gruppensymmetrierung, die Vor- und Nachteile der Einzelvarianten vereint.

Alternativ zur passiven Symmetrierung finden auch Schaltungen zur aktiven Symmetrierung Einzug in die Umrichtertechnik. Das aktive Schaltungskonzept, das zum Beispiel in Kaskode-Spannungsfolger-Topologie ausgeführt werden kann, bietet einige Vorteile:

• Es können Widerstände mit kleineren Verlustleistungen eingesetzt werden,

• Energiekostenersparnis über die Betriebsdauer des Umrichters,

• bessere Ausgleichsgenauigkeit im stationären Zustand,

• kostengünstige Lösung.

Ein Nachteil der aktiven Symmetrierung ist jedoch, dass beim Abschalten des Umrichters keine selbsttätige Entladung des Spannungszwischenkreises eintritt. Die sichere Entladung des Zwischenkreises nach dem Abschalten muss daher auf anderem Wege gewährleistet werden.

Ohne Leckstrom keine Selbstheilung

Aluminium-Elektrolytkondensatoren haben konstruktionsbedingt die Besonderheit eines im Betrieb auftretenden Leckstromes, der vor allem für die „Selbstheilung“ sorgt. Der Leckstrom hängt unmittelbar mit dem Aufbau der Dielektrikumsschicht zusammen. Eine nähere Betrachtung der Dielektrikumsschicht zeigt, dass diese aus verschiedenen Schichten von Aluminiumoxid besteht, deren Eigenschaften sich durch eine geeignete Prozessführung beim Formieren des Anodenmaterials vorteilhaft beeinflussen lassen. Bei Aluminium-Elektrolytkondensatoren für anspruchsvolle Anwendungen sind Anbieter wie Jianghai, die über eine eigene Formierung der Anodenfolien verfügen, technisch besser gestellt.

Der Leckstrom hängt ab von der Betriebsdauer, der Betriebsspannung, der Temperatur sowie von der Vorgeschichte des Aluminium-Elektrolytkondensators. Die Dauer einer spannungslosen Lagerung von Aluminium-Elektrolytkondensatoren ist zeitlich begrenzt. Die Streuung der Leckströme von Aluminium-Elektrolytkondensatoren, selbst wenn diese aus demselben Fertigungslos stammen, ist derart hoch, dass sie eine Symmetrierung der Spannungsabfälle über einer Serienschaltung von Aluminium-Elektrolytkondensatoren erfordert.

Die Anwendbarkeit der hier formulierten Modelle und ihrer Ergebnisse hängen im Einzelfall von der Baureihe und der Applikation ab. Daher ist immer eine intensive Projektbegleitung und Bestätigung der Abschätzungen durch den Aluminium-Elektrolytkondensator-Hersteller erforderlich.

* Dr. Arne Albertsen ist Manager Sales & Marketing bei der Jianghai Europe Electronic Components GmbH,

* Falko Ladiges ist Leiter des Produktmarketings PEMCO bei der WDI AG.

(ID:44885083)