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Designs optimieren: Aluminium-Polymer-Kondensatoren und ihre Auswirkungen auf die EMV

Aluminium-Polymer-Kondensatoren verfügen über vielfältige Einsatzmöglichkeiten, von klassischen Backup-Lösungen von Spannungen, Pufferung der Versorgungsspannung von ICs über Bypass oder Auskopplung von Signalen, Filteranwendungen bis hin zur Spannungsglättung von Schaltreglerapplikationen.

Würth Elektronik eiSos Bildquelle: © Würth Elektronik eiSos

Ergebnisse der EMV-Messungen

Aluminium-Polymer-Kondensatoren stellen eine Unterform der Elektrolytkondensatoren dar. Ihre Besonderheit besteht darin, dass anstelle eines flüssigen Elektrolyts ein leitfähiges Polymer zum Einsatz kommt. Durch einen speziellen Bearbeitungsschritt, der sogenannten Polymerisation, wird durch Erhitzung das noch flüssige Monomer, das anstelle von Elektrolyt in dem Separatorpapier imprägniert wurde, zu einem festen Polymer vernetzt. Dieser Prozess wird typischerweise bei etwa +100 °C durchgeführt. Einmal durchgeführt, bleibt das Polymer für immer ein Feststoff. Aluminium-Polymer- und Aluminium-Elektrolytkondensatoren besitzen ein sehr gutes Verhalten gegenüber der Einwirkung von Spannung und Temperatur.

Aluminium-Polymer-Kondensatoren besitzen des Weiteren auch eine sehr positive Eigenschaft in Bezug auf das Thema Alterung. Im Vergleich zu Keramikkondensatoren bieten sie einen deutlichen Vorteil, speziell bei dem Thema DC-Bias. Bedarf es größerer Kapazitätswerte, sind diese Kondensatoren äußerst interessant. Durch ihr Konstruktionsverfahren ist außerdem erreichbar, dass die parasitären Effekte (speziell der ESL) erheblich verringert werden.

Dies bedeutet für die Anwendung, dass ein hoher Ripplestrom, geringe parasitäre Induktivitäten, hohe Zuverlässigkeit und sehr gute Temperatureigenschaften möglich sind. Allerdings weisen Aluminium-Polymer- einen erhöhten Leckstrom im Vergleich zu normalen Aluminium-Elektrolytkondensatoren auf und sind für kleine Handheld-Batterie-Anwendungen ungeeignet. Ihre hohe Zuverlässigkeit lässt sich durch die vielfach höhere Lebensdauer der Aluminium-Polymer-Kondensatoren belegen.

Würth Elektronik eiSos Bildquelle: © Würth Elektronik eiSos

Schaltplan des aufgebauten Abwärtswandlers

Beim Thema Vibration muss die Anwendung auf den Einsatz von Aluminium-Polymer-Kondensatoren genauso untersucht werden, da diese unter Umständen nicht die optimale Wahl sind, da das feste Polymer, Vibrationen nicht so gut abfedern kann wie ein flüssiger Elektrolyt. Ebenso muss berücksichtigt werden, dass in Bezug auf das Volumen bei einer definierten Kapazität und Spannung der normale Aluminium-Elektrolytkondensator weiterhin Vorteile hat.

Durch die sehr guten elektrischen Eigenschaften sind die Möglichkeiten des Einsatzes von Aluminium-Polymer-Kondensatoren sehr vielfältig und reichen von klassischen Back-up-Lösungen von Spannungen, Pufferung der Versorgungsspannung (von ICs), über Bypass oder Auskopplung von Signalen, Filteranwendungen bis hin zur Spannungsglättung von Schaltreglerapplikationen.

Der Abwärtswandler – genereller Aufbau

Als Basis für die Messungen in diesem Artikel dient ein Abwärtswandler mit VIN 12 V und VOUT 5 V und einer reinen ohmschen Last von 5 Ohm bei einem Stromfluss von 1 A. Aus Sicht der EMV ist ein Abwärtswandler deutlich kritischer am Eingang. Zurückzuführen ist das auf die diskontinuierliche Stromaufnahme, bedingt durch die schnellen Schaltvorgänge der Halbleiter. Am Ausgang ist durch die Topologie bedingt schon ein „LC-Filter“ vorhanden, welches den diskontinuierlichen Strom auf der High-Side integriert.