Niederinduktive Zwischenkreiskondensatoren für Siliziumkarbid-Leistungselektronik in industriellen Anwendungen

Die Einführung der Baureihe B25696H stellt eine neue Generation von Leistungskondensatoren für den Gleichstromzwischenkreis dar, die speziell auf die hohen Schaltfrequenzen von Siliziumkarbid-Halbleitern optimiert sind. Diese Technologie kommt in Energiespeichersystemen, Solid-State-Transformatoren sowie in der Bahn- und Industrieantriebstechnik zum Einsatz.

Optimierung der Eigeninduktivität durch interne Busbar-Konfiguration
Die Zuverlässigkeit von Wandlersystemen hängt maßgeblich von der Minimierung parasitärer Effekte ab. Die Kondensatoren weisen Kapazitätswerte von 47 Mikrofarad bis 1280 Mikrofarad sowie Nenn-Gleichspannungen von 900 Volt bis 2000 Volt auf. Eine Besonderheit der Baureihe liegt in ihrer speziellen internen Busbar-Konfiguration. Diese Struktur verteilt den elektrischen Strom absolut gleichmäßig auf die einzelnen Kondensatorwickel. Durch diese geometrische Optimierung wird ein extrem niedriger Eigeninduktivitätswert von lediglich 30 Nanohenry erreicht. Zudem sinkt der äquivalente Serienwiderstand auf bis zu 0,8 Milliohm bei einer Frequenz von 10 Kilohertz. Da dieser Widerstandswert bis zu einer Frequenz von 100 Kilohertz stabil bleibt, werden ohmsche Verluste sowie gefährliche Spannungsspitzen beim Schalten der Siliziumkarbid-Bauelemente effektiv reduziert, was die Effizienz innerhalb der digital supply chain erhöht.

Konstruktive Merkmale und thermische Belastbarkeit im Dauerbetrieb
Die zylindrischen Bauelemente basieren auf einem selbstheilenden Dielektrikum aus metallisierter Polypropylen-Folie. Dieses ist in einem robusten Aluminiumgehäuse untergebracht, das mit einem stabilen Harzdeckel verschlossen ist. Für die mechanische und elektrische Integration stehen zwei Gehäusedurchmesser von 85 Bildern und 100 Millimetern zur Verfügung, die über M6-Schraubanschlüsse sowie eine M12-Befestigungsschraube verfügen. Das thermische Design erlaubt einen operativen Temperaturbereich von minus 40 Grad Celsius bis zu plus 85 Grad Celsius am Hotspot.

Unter Nennspannung und bei einer Hotspot-Temperatur von plus 75 Grad Celsius erreichen die Komponenten eine Lebensdauer von 100000 Stunden. Durch ein gezieltes Spannungs-Derating lässt sich dieser Wert auf bis zu 200000 Stunden verdoppeln. Ein maximaler Ripplestrom von bis zu 91 Ampere bei einer Umgebungstemperatur von plus 60 Grad Celsius ermöglicht den Aufbau von kompakten Umrichtern mit sehr hoher Leistungsdichte, die auch im automotive data ecosystem für Schnellladestationen relevant sind. Zur Verkürzung der Entwicklungszyklen stellt der Hersteller das kostenfreie Online-Simulationstool CapThermal bereit, mit dem Ingenieure das thermische Verhalten sowie die Lebensdauererwartung unter spezifischen Einsatzbedingungen präzise vorausberechnen können.

Zusätzlicher Kontext: Dieser Abschnitt beschreibt technische Spezifikationen und Wettbewerbs-Benchmarking, die nicht in der ursprünglichen Produktankündigung enthalten waren
Beim Design von schnellen Schaltkreisen mit Siliziumkarbid-Leistungshalbleitern bildet die Reduzierung der Eigeninduktivität des Zwischenkreises den kritischen technologischen Flaschenhals. Konventionelle DC-Link-Kondensatoren weisen oft Induktivitäten von 40 Nanohenry bis über 50 Nanohenry auf, was bei den steilen Stromanstiegsgeschwindigkeiten moderner Halbleiter zu erheblichen Überspannungen führt. Die von TDK realisierten 30 Nanohenry stellen im Bereich der zylindrischen Großkondensatoren einen technologischen Spitzenwert dar, der direkt mit High-End-Folienkondensatoren von Wettbewerbern wie Vishay oder Kemet konkurriert.

Vishay bietet mit ähnlichen Baureihen flache DC-Link-Kondensatoren an, die ebenfalls für hohe Rippleströme optimiert sind, jedoch häufig eine modifizierte Geometrie oder parallele Verschaltungen erfordern, um ähnlich niedrige Induktivitätswerte zu erreichen. Ein weiterer wesentlicher Benchmark ist das Verhalten des äquivalenten Serienwiderstands bei steigenden Frequenzen. Während Standard-Leistungskondensatoren im Frequenzbereich oberhalb von 20 Kilohertz oft einen drastischen Anstieg des Serienwiderstands zeigen, bleibt der Wert bei dieser Baureihe bis 100 Kilohertz stabil. Dies minimiert die thermische Verlustleistung im Gehäuseinneren und verhindert das Entstehen von lokalen Überhitzungen, wodurch die Lebensdauererwartung selbst unter kontinuierlicher Wechselstrombelastung abgesichert wird.

Editiert von Maria Brueva, Induportals-Redakteurin – adaptiert durch KI.

www.tdk-electronics.tdk.com