Fahrzeuge sind heute zunehmend auf elektronische Ausrüstung wie Infotainment- und Advanced-Driver-Assistance-Systeme (ADAS) angewiesen, um Sicherheitsstandards und Kundenanforderungen zu erfüllen. Jedoch erfordern diese technischen Neuerungen eine zunehmende Anzahl an Elektronikmodulen im Fahrzeug, obwohl nur wenig bis kein zusätzlicher Platz dafür vorhanden ist. Kleinere, kompaktere Module kommen deshalb immer häufiger zum Einsatz. Soweit ICs betroffen sind, unterstützt Moore’s Law kleinere Prozessgeometrien. Die Entwicklung anwendungsspezifischer ICs hingegen unterstützt die Miniaturisierung durch kleinere und weniger Komponenten auf den Leiterplatten. Allerdings sorgt die Verkleinerung der vielen passiven Bauelemente wie beispielsweise von Kondensatoren, die auf Stromversorgungsleitungen oder an Ein-und Ausgängen von DC/DC-Wandlern benötigt werden, für eine Herausforderung.

Eckdaten

Tantal-Elektrolyt-Kondensatoren haben einen höheren volumetrischen Wirkungsgrad, jedoch konnte die Automobilbranche wegen der hohen Anforderung hinsichtlich Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Betriebsdauer, diese Technologie noch nicht nutzen. Der Polymer-Kondensator von Kemet erfüllt diese Anforderungen. Grund dafür ist eine eigens entwickelte Feuchtigkeitsschutzschicht sowie verbesserte Epoxidverkapselungs- und Versiegelungsverfahren.

Polymer-Tantal im Vergleich zu Aluminium-Elektrolyt

Bisher kommen Keramik- oder Aluminium-Elektrolyt-Kondensatoren für die Entkopplung und Filterung bei Stromversorgungen zum Einsatz. Tantal-Elektrolyt-Kondensatoren haben einen höheren volumetrischen Wirkungsgrad und könnten für kleinere Schaltkreise sorgen. Von den verfügbaren Typen bieten Polymer-Tantalkondensatoren, die mit einer Tantalanode, einem Tantalpentoxid-Dieelektrikum (Ta2O5) und einer Kathode aus einem leitfähigen Polymer hergestellt sind, im Vergleich zu herkömmlichen Tantalkondensatoren mit einer Mangandioxid-Kathode (MnO2) verschiedene Vorteile.

Die Automobilindustrie war bisher nicht in der Lage, die Polymer-Tantal-Fähigkeiten zu nutzen. Kemet bietet daher die T598-Serie von Polymer-Tantalkondensatoren an, die speziell für die hohen Anforderungen von Automotive-Anwendungen ausgelegt ist. Diese Kondensatoren verfügen über einen Kurzschluss-Ausfallmodus sowie einen niedrigeren äquivalenten Serienwiderstand (ESR). Der niedrige ESR minimiert Energieverluste, senkt die Eigenerwärmung und erlaubt es den Kondensatoren, Welligkeitsströme ohne übermäßige thermische Belastung zu handhaben. Die Roll-Off-Frequenz des Kondensators erhöht sich aufgrund des niedrigeren ESR, womit Polymer-Varianten im Gegensatz zu MnO2-Kondensatoren die Kapazität bis zu hohen Frequenzen aufrechterhalten. Darüber hinaus verfügt der ESR des Polymer-Kondensators über einen niedrigen Temperaturkoeffizienten, der eine stabile Leistungsfähigkeit über den angegebenen Temperaturbereich sicherstellt.

Kemet

Bild 1: Kemet entwickelte die Polymer-Tantalkondensatoren T598 speziell für die hohen Anforderungen im Automotive-Markt wie etwa für ECUs. Kemet

Hinzu kommt, dass der empfohlene Deratingfaktor, der bei der Bestimmung der Nennspannung des Kondensators in Bezug auf die maximale Anwendungsspannung verwendet werden soll, bei einem Polymer-Kondensator im Bereich von 10 bis 20 Prozent liegt. Damit verringert sich das Risiko, dass die Kondensatoren beim Anlegen einer Spannung ausfallen. Dies ist vergleichbar mit dem typischen Derating von 50 Prozent, das für MnO2-Kondensatoren empfohlen wird. Polymer-Kondensatoren können damit eine niedrigere Nennspannung und kleinere Größe aufweisen als ein MnO2-Kondensator, der für dieselbe Anwendung ausgewählt wurde.

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