DE2406141A1

DE2406141A1 - Aluminium-elektrolyt-kondensator niedrigen scheinwiderstandes und niedriger induktivitaet und seine verwendung

Info

Publication number: DE2406141A1
Application number: DE19742406141
Authority: DE
Inventors: Franz Dipl Ing Fritze
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-02-08
Filing date: 1974-02-08
Publication date: 1975-08-21
Also published as: US3988650A; JPS50110064A; SE7501377L; FR2260855B3; DE2406141B2; IT1031332B; SE403329B; FR2260855A1; BR7500731A; GB1459577A

Description

Aluminium-Elektrolyt-Kondensator niedrigen Scheinwiderstandes und niedriger Induktivität und seine Verwendung.

Die Erfindung betrifft einen Aluminium-Elektrolyt-Kondensator niedrigen Scheinwiderstandes und niedriger Induktivität für den Einsatz in Siebschaltungen, insbesondere in Gleichspannungswandlern (DC-DC-Konvertern), der aus einer aufgewickelten Anoden- und Kathodenfolie besteht, die durch mit dem Betriebselektrolyt getränkte Papierzwischenlagen voneinander getrennt sind, sowie seine Verwendung.

Beim Einsatz von Elektrolyt-Kondensatoren in netzgespeisten Gleichrichtern bleibt die induktive Komponente des Scheinwiderstandes bedeutungslos. In letzter Zeit gewinnen sogenannte DC-DC-Wandler zunehmende Bedeutung, mit denen eine Gleichspannung gegebener Größe in eine andere transformiert werden kann. Hierzu wird die Primärspannung periodisch an die Eingangswicklung eines Übertragers geschaltet; die Sekundärspannung wird gleichgerichtet und geglättet, bevor sie einem Verbraucher zugeführt wird. Die Wandlerfrequenz liegt im allgemeinen oberhalb der Hörfrequenz und ist z.B. größer als 20 kHz. Bei diesen Frequenzen sind Scheinwiderstand und Eigeninduktivität der Elektrolyt-Kondensatoren bereits merklich angestiegen. ^N

Aufgäbe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Elektrolyt-Kondensator anzugeben, welcher bei den Frequenzen, die bei DC-DC-Wandlern üblich sind, einen niedrigen Scheinwiderstand und eine niedrigere Induktivität aufweist als herkömmliche Elektrolyt-Kondensatoren.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeder Belag zwei für Einspeisung und Abnahme des Stroms getrennt angeordnete und getrennt herausgeführte, einen wirksamen RC-Kettenleiter bildend, Abgriffe aufweist.

Die Erklärung für den wesentlich günstigeren Scheinwiderstand eines derartig kontaktierten Elektrolyt-Kondensators besteht darin, daß die Folienwiderstände im Zusammenspiel mit den bei Elektrolyt-Kondensatoren sehr hohen Flächenkapazitäten zu einem aus RC-Gliedern aufgebauten Kettenleiter führen. Die Wirksamkeit steigt mit zunehmendem Abstand der Abgriffe auf den Belägen untereinander. Sie ist am größten wenn die Abgriffe an den Belagsenden vorgenommen werden.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäß beschriebenen Kondensators besteht darin, daß diese Kettenleitereigenschaften selbst noch zu tiefen Temperaturen hin wirksam bleiben.

Aus der Entstörungstechnik sind Wickel-Kondensatoren in Vierpol-Kontaktierung bekannt, deren Folien am Anfang und am Ende kontaktiert sind. Diese bekannten Kondensatoren werden als LC-Siebketten verwendet. Zur Erhöhung der Induktivität werden ihre Wickel z.B. auf Kerne aus magnetischem Material gewickelt.

In Fig.1 ist schematisch der Aufbau des Elektrolyt-Kondensators dargestellt. Die Anodenfolie 1 ist am Anfang und Ende mit zwei BelagsZuführungen 2, 3 kontaktiert. Die Kathodenfolie 4 weist ebenfalls am Anfang und am Ende zwei Belagszuführungen 5_f 6 auf. Die beiden Folien werden unter Zwischenlegung von Papierlagen 7, 8' aufgewickelt, wobei die Papierzwischenlagen 7 und 8 mit dem Betriebselektrolyten getränkt werden.

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Ausführungsbeispiel:

Ein Aluminium-Niedervolt-Elektrolyt-Kondensator (1000 /uF/100 V) wurde aus am Anfang und am Ende kontaktierten Anoden- und Kathodenfolien hergestellt. Zum Vergleich wurde der gleiche Kondensator in herkömmlicher Weise kontaktiert (je eine Kontaktierung in.der Mitte der Folien). In Fig.2 ist der Verlauf des Scheinwiderstandes Z in Abhängigkeit von der angelegten Frequenz f wiedergegeben, wobei die ausgezogene Kurve (B) am herkömmlich kontaktierten Kondensator bei einer Umgebungstemperatur von 25° C aufgenommen wurde und die gestrichelte Kurve (A) dem Kondensator in Vierpol-Kontaktierung entspricht. Der Figur ist zu entnehmen, daß der Scheinwiderstand bei einer Frequenz von ca. 150 kHz ein Minimum aufweist, wobei das Minimum des Scheinwiderstandes beim vierpolig kontaktierten Elektrolyt-Kondensator um zwei Größenordnungen niedriger ist als beim herkömmlich kontaktierten Kondensator. Kurve A^ und B^, die am vier- bzw. zweipolig kontaktierten Kondensator bei einer Umgebungstemperatur von 0° C aufgenommen wurden, zeigen, daß der erfindungsgemäße Kondensator selbst noch bei 0° C dem herkömmlichen Kondensator bei 25° C deutlich" überlegen ist.

Da bekanntermaßen die Induktivität bei bifilar ausgeführten Wickeln praktisch nur durch die Anschlußleitungen gebildet wird, weisen vierpolig kontaktierte Kondensatoren gegenüber zweipolig kontaktierten ein Minimum an Induktivität auf. Kurve A in Fig. 2 läßt den Vorteil in Höhe von 2 Größenordnungen deutlich erkennen. Die Lage des Scheinwiderstandsminimums ist im wesentlichen von der Geometrie des Kondensators und der Flächenkapazität der Anode abhängig.

Es ist möglich, beide Anschlußpaare getrennt auf je einer Wickelstirnseite herauszuführen. Aus Kostengründen wird man jedoch ein einseitiges Herausführen bevorzugen.

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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung werden im Fall einseitig herausgeführter Anschlüsse die dem Ausgang bzw. Eingang zugehörigen Anschlußpaare um 90° gegeneinander versetzt angeordnet, wobei die Klemmen eines Paares diametral zueinander stehen. Dadurch erreicht man eine äußerst niedrige induktive Verkopplung von Eingangs- und Ausgangsstromkreis.

In Fig. 3 ist der fertige Elektrolyt-Kondensator mit vier einseitig herausgeführten Anschlüssen 2, 5 bzw. 3_;> 6 dargestellt, der in einen Becher 10 eingebaut ist. Wie der Figur zu entnehmen ist, ist die äußere und innere Beschaltung derart vorgenommen, daß das dem Eingang zugehörige Anschlußpaar 2, 5 um 90° gegen das dem Ausgang zugehörige Paar 3» 6 \^rersetzt angeordnet ist. Dadurch stehen die Stromkreise - und demzufolge die Magnetfelder - senkrecht zueinander, wodurch die gegenseitige magnetische Beeinflussung den geringstmöglichen Wert annimmt.

Beim Betrieb des erfindungsgemäßen Elektrolyt-Kondensators mit einem Wickel- und Kontaktierschema nach Fig.4 besteht die Gefahr, daß sich dieser unter dem Einfluß des Nutzstroms (Gleichstrom) unzulässig erwärmt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der Verbraucherstrom nicht nur sämtliche vier Anschlußstreifen, sondern auch die Belagsfolien in voller Länge durchfließt. Deshalb können sich bei Verbraucher strömen, z.B. größer 4 A und Folienbahnwiderständen, die sich aus der Dimensionierung eines Kondensators mit einem Durchmesser von z.B. 35 mm ergeben, bereits Gleichstromleistungen einstellen, die zu einer unzulässig hohen Übertemperatur führen.

Diese Schwierigkeiten können dadurch umgangen werden, daß man den erfindungsgemäßen Kondensator in einer Zusammenschaltung mit Drosseln verwendet, wobei je eine Drossel parallel zur Anoden- bzw.

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Kathodenfolie geschaltet ist» Diese Sehaltmg ist in Fig. 5 dargestellt, wobei die Drossel 11 parallel zur Anodenfolie 1 und die Drossel 12 parallel zur Kathodenfolie 4 geschaltet ist. Dabei muß die Drossel so dimensioniert sein, daß ihr Gleichstromwiderstand klein gegenüber dem Folienwiderstand istj während ihr Weehselstromwiderstand wesentlich größer als der Eingangswiderstand an den Eingangsklemmen des Kondensators seih muß; dann fließt die Gleichstromkomponente des Stromes im wesentlichen über die Drosseln 11, 12, so daß die Erwärmung des Kondensators praktisch nur durch die Wechselstromleistung hervorgerufen wird.

4 Patentansprüche

5 Figuren

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Claims

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atentansprüohe

f 1.) Aluminium-Elektrolyt-Kondensator niedrigen Scheinwiderstandes ^-^ und niedriger Induktivität, für ä&n Einsatz in Siebschaltungen, insbesondere in Gleichspannungswandlern (DC-DC-Konvertern), der aus einer aufgewickelten Anoden- und Kathoden-Folie besteht, die durch mit dem Betriebselektrolyten getränkte Papierzwischenlagen voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet , daß jeder Belag zwei für Einspeisung und Abnahme des Stroms getrennt angeordnete und getrennt herausgeführte, einen wirksamen RC-Kettenleiter bildend, Abgriffe aufweist.
2. Aluminium-Elektrolyt-Kondensator nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet , daß die Abgriffe jeweils an den Belagenden angebracht sind,
3. Aluminium-Elektrolyt-Kondensator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle einseitig herausgeführter Anschlüsse die dem Ausgang (3> 6) bzw. Eingang (2, 5) zugehörigen AnschluSpaare um 90° gegeneinander versetzt angeordnet sind (Fig.3).
4. Verwendung eines Aluminium-Elektrolyt-Kondensators nach einem der Ansprüche 1 bis 3 in einer Zusammenschaltung mit Drosseln, deren Gleichstromwiderstand klein gegenüber dem Bahnwiderstand der Folien und deren Scheinwiderstand bei der Arbeitsfrequenz größer ist als der Eingangswiderstand des Vierpol-Kondensators, wobei je eine Drossel (11, 12) parallel zur Anoden- (1) bzw. Kathoden-Folie (4) geschaltet ist (Fig.5).

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