Das Temperatur- und Feuchtigkeitsverhalten war bisher ein Problem bei Polymer-Elektrolytkondensatoren und ein Grund, warum sie in Automotive-Anwendungen nur selten zum Einsatz kamen – trotz ihrer kompakten Baugröße, hohen Kapazität und ihres niedrigen ESR (äquivalenter Serienwiderstand). Kemet hat 2014 eine Technologie entwickelt, die den Einsatz von Polymer-Elektrolytkondensatoren in der Automobilelektronik erlaubt und ließ die Bausteine nun erstmals nach AEC-Q200 qualifizieren.

Bild 1: Die T591-Serie der KO-Cap-Polymer-Elektrolytkondensatoren erfüllt dank eines neuen Gehäuses die Temperaturanforderungen für den Automotive-Bereich.

Bild 1: Die T591-Serie der KO-Cap-Polymer-Elektrolytkondensatoren erfüllt dank eines neuen Gehäuses die Temperaturanforderungen für den Automotive-Bereich. Kemet

Gehäusetechnik für AEC-Q200

Die Neuerung basiert auf einem neuen Gehäuse, das die Exposition des Kathoden-Polymermaterials gegenüber Sauerstoff verringert. Das verhindert, dass Sauerstoff die Kathode erreicht, was bei hohen Temperaturen und bei hoher Feuchtigkeit zu einem Ausfall des Kondensators führen könnte. Die Polymer-Elektrolytkondensatoren der bewährten KO-Cap-Serie (Kemet Organic Capacitor) ermöglichen im neuen Gehäuse als T591-Serie eine Betriebstemperatur bis +125 °C (Bild 1). Die Serie steht mit Kapazitäten bis zu 330 µF zur Verfügung und wurde 500 Stunden bei +85 °C, 85 % Luftfeuchtigkeit und mit angelegter Spannung getestet – wie es die AEC-Q200-Richtlinien vorschreiben. Kemet hat die Serie kürzlich erweitert und bietet nun Bauteile für bis zu 50 V an 12- und 24-V-Versorgungsschienen.

Nach der T591- folgte die T598-Serie. Diese Polymer-Elektrolytkondensatoren erfüllen erstmals alle Anforderungen der AEC-Q200-Spezifikation für passive Bauteile und erhielten daher die vollständige Qualifizierung. Diese Bausteine basieren auf der Serie T591, sind aber mit einigen Verbesserungen hinsichtlich des Designs, Materials und des Fertigungsprozesses versehen. Damit führen sie die Vorteile der Polymer-Elektrolytkondensatoren – platzsparend und geringer ESR – in den Automotive-Bereich ein. Anwendungen finden sich in der Entkopplung und bei der Filterung von DC/DC-Wandlern für Infotainment- und ADAS-Systeme.

Bild 2: Der Querschnitt durch den Arcshield-Bereich eines MLCC zeigt, wo die Abschirmungselektroden sitzen.

Bild 2: Der Querschnitt durch den Arcshield-Bereich eines MLCC zeigt, wo die Abschirmungselektroden sitzen. Kemet

MLCC ohne Lichtbogen

Bei Mehrschicht-Keramikkondensatoren (MLCCs) Kemet nach eigenen Angaben die weltweit kleinsten High-Voltage-Bausteine mit internem Lichtbogenschutz im Portfolio. Sie sind nun in der Größe EIA 0603 mit einer Nennspannung bis 1000 V lieferbar. High-Voltage MLCCs sind durch die mögliche Lichtbogenbildung meist größenbeschränkt. Kemets Bausteine basieren jedoch auf der patentierten Arcshield-Technologie.

Die Lichtbogenbildung lässt sich durch eine äußere Beschichtung verhindern, die aber bei der Handhabung beschädigt werden kann. Arcshield ist hingegen als interne Bausteinfunktion unabhängig von der Beschichtung. Dabei kommt eine interne Schirmungs-Elektrode zum Einsatz (Bild 2), die einen parziellen Faradayschen Käfig innerhalb des Kondensators erzeugt – zusammen mit einem zuverlässigen Base-Metal-Dielektrikum. Lichtbögen lassen sich damit wirksam unterdrücken, was die Gehäusegrößen verringert und die hervorragende Blitzschlag-Festigkeit beibehält.

Bild 3: Die Radial-MLCCs der Goldmax-Serie eignen sich für Anwendungen, die starken Vibrationen ausgesetzt sind.

Bild 3: Die Radial-MLCCs der Goldmax-Serie eignen sich für Anwendungen, die starken Vibrationen ausgesetzt sind. Kemet

Da in Fahrzeugen häufig hohe Vibrationen ausgesetzt sind, setzen Anwender hier meist auf radiale Kondensatoren. Sie verfügen über robuste Anschlüsse und vielseitige Formfaktoren und sie lassen sich auflöten oder crimpen, können bei Bedarf also auch ohne Leiterplatte zum Einsatz kommen, wenn sich diese als nicht robust genug für die Anwendung erweist. Zu den neuesten Entwicklungen in diesem Bereich zählt die Goldmax-Radial-MLCC-Serie (Bild 3). Die Nennspannung wurde dabei auf 630 VDC erhöht. Die Bausteine sind mit C0G- oder X7R-Dielektrika erhältlich. Der Betriebstemperaturbereich erstreckt sich von -55 bis +125 °C.

Folienkondensatoren

Bild 4: Der Aufbau der F862-Serie umfasst eine metallisierte Polypropylen-Folie, die sich in einem selbstlöschenden Harz befindet.

Bild 4: Der Aufbau der F862-Serie umfasst eine metallisierte Polypropylen-Folie, die sich in einem selbstlöschenden Harz befindet. Kemet

Zu den weiteren AEC-Q200-konformen Neuerungen zählen Automotive-taugliche Folienkondensatoren der F862-Serie. Diese Serie widersteht Kapazitätsverlusten, was die langfristige Zuverlässigkeit erhöht. Die F862-Serie ist für raue Umgebungsbedingungen ausgelegt und basiert auf einer metallisierten Polypropylen-Folie, die in ein selbstlöschendes Harz eingekapselt ist. Diese Kondensatoren lassen sich in Serie an das Netz anschließen sowie für Rauschfilter und als Stoßspannungsschutz parallel zum Netz anwenden. Sie sind nach RFI-Klasse X2 zugelassen. Die Bausteine widerstehen hohen Temperaturen und feuchten Umgebungen, wie sie im Automotive-Bereich auftreten, zum Beispiel in integrierten PHEV-Ladesystemen. Sie eignen sich aber auch für kapazitive Stromversorgungen und Stromzähler.

Die F862-Serie ist für eine Nennspannung von 310 VAC bei 50 oder 60 Hz ausgelegt. Die Kapazitätswerte reichen von 100 nF bis 4,7 µF. Alle Bausteine sind zu 100 % bei 1900 VDC getestet.

Fokus aufs Auto

Kemet wird auch weiterhin neue Technologien für Automotive-Kondensatoren entwickeln und patentieren, um die Leistungsfähigkeit dieser Bausteine in anspruchsvollen Umgebungen zu verbessern. Neuerungen, wie die hier beschriebenen, erhöhen die Leistungsfähigkeit in platzbeschränkten Anwendungen und sorgen in der sich ständig weiterentwickelnden Automotive-Umgebung für einen besseren Wirkungsgrad und eine höhere Zuverlässigkeit.