Worauf es bei der Wahl eines Elektrolytkondensators ankommt

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Auch die Bauform beeinflusst den ESR

Bei Kondensatoren mit vergleichbarer Größe und identischem CV-Wert besitzt der Kondensator mit der höheren Kapazität und niedrigeren Nennspannung den geringeren ESR. Der ESR ist niedriger bei Aluminium-Elektrolytkondensatoren langer Bauform mit dünnem Gehäuse, da der Folienwiderstand kleiner ist. Auch eine generell größere Bauform reduziert den ESR.

Es können zudem mehrere kleinere Bauelemente parallel geschaltet werden, um einen geringeren Hochfrequenz-ESR zu erhalten, was aber zulasten der Platinenfläche geht. Es gibt kaum einen Elektroniker, der einen Festspannungsregler der 78er Serie nicht mit einem Elko verbaut hat. Innerhalb dieses Anwendungsgebiets siebt der Elko Wechselspannungsanteile aus den Signalen heraus oder dient als Stützkondensator, wenn ein Verbraucher kurzzeitig viel Strom zieht, bis der Spannungsregler nachgeregelt hat. Man ist deshalb an Elkos mit einem möglichst geringen Verlustwiderstand R_ESR interessiert.

Diese speziellen Typen sind Low-ESR-Elektrolytkondensatoren. Durch ihren geringen Innenwiderstand tragen Low-ESR-Elkos zu einem guten Wirkungsgrad von Spannungswandlern bei. Man findet sie z.B. in Spannungswandlerschaltungen, die den Strom von Mikroprozessoren liefern. Kein Motherboard kommt ohne Low-ESR-Elkos aus.

Parallelschaltung reduziert R_ESR und L_ESL

Wenn man einen Blick in Schaltnetzteile oder auf Motherboards wirft, kann man feststellen, dass anstatt eines Low-ESR-Elkos mit viel Kapazität oft sehr viele mit geringerer Kapazität parallelgeschaltet sind. Grund ist der, dass der Widerstand R_ESR und die Induktivität L_ESL durch die Parallelschaltung reduziert werden.

Es lässt sich also sagen, dass hohe ESR-Werte zu einem größeren Leistungsverlust (schlechterer Wirkungsgrad) führen. Darüber hinaus steigt bei einem hohen ESR die Temperatur im Inneren des Kondensators, wodurch Kapazität und Lebensdauer sinken. Ein niedriger ESR sorgt wiederum für niedrigere Welligkeitswerte (größere Rippelstrombeständigkeit), sodass sich das Bauelement viel besser für Schaltungen mit modernen Mikroprozessoren eignet.

Elektrolytkondensatoren und ihre Anwendungsbereiche

Im Automobilsektor ist die Eignung für hohe Temperaturen äußerst wichtig. Immer mehr Bestandteile des Autos funktionieren mittlerweile elektronisch. Einige Systeme – wie beispielsweise das Entertainmentsystem – sind dabei weniger kritisch als andere, die sich unter der Motorhaube befinden oder den Fahrer unterstützen (z. B. Parksensoren, Rückfahrsichtsysteme).

Diese Systeme sind oftmals sehr hohen Temperaturen ausgesetzt und müssen permanenter Vibration widerstehen, was eine robuste Bauweise der Komponenten erfordert. Da der Trend hin zu selbstfahrenden Autos geht, nimmt der Bedarf an hochwertigen und leistungsfähigen Elektroniksystemen stetig zu. Forderungen diesbezüglich stellen aber nicht nur die Automobilhersteller, sondern auch Versicherungsunternehmen.

Elektrolytkondensatoren werden fortlaufend weiterentwickelt, um den wachsenden Anforderungen gerecht zu werden. Betrachten wir beispielsweise die FR-Serie (Bild 2), die mit ihrem niedrigen ESR zu den zentralen Serien im THT-Bereich gehört. Mit einem ESR von nur 18 mΩ weisen die Elektrolytkondensatoren dieser Serie den niedrigsten verfügbaren Wert auf dem heutigen Markt auf.

Die kleinsten Bauelemente haben gerade einmal einen Durchmesser von 5 mm und eine Höhe über der Platine von 8 mm. Bei einer Umgebungstemperatur von 105 °C beträgt deren Lebensdauer 10.000 Betriebsstunden. Die TP-Serie und deren Ableger richten sich an Hochtemperaturanwendungen, die bis zu 2000 Betriebsstunden bei maximal 135 °C erfordern.

Die FRS-Serie deckt den Hochtemperaturbereich ab und eine kleine Baugröße sowie einen niedrigeren ESR mit hoher Zuverlässigkeit und längerer Lebensdauer bei 135 °C.

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