Kondensatorarten und Leistung

Kondensatoren sind passive Bauteile, die elektrische Ladung speichern. Diese einzige Funktion kann jedoch auf vielfältige Weise in einer Vielzahl von Anwendungen – Wechsel- und Gleichstrom, analog und digital – genutzt werden. Beispiele hierfür sind Zeit- und Wellenformungsschaltungen, Kopplung und Entkopplung, Wellenformfilter und -glättung, Fernseh- und Radioabstimmung, Oszillatoren und, mit Superkondensatoren, Ladungsspeicherung für Geräte wie Kamerablitzlampen. Diese Vielfalt, verbunden mit der Skalierung für unterschiedliche Leistungen, Ströme und Spannungen, bedeutet, dass es Kondensatoren in vielen Formen, Größen und Bauweisen gibt.

Dieser Artikel untersucht Kondensatoren und die Bedeutung der elektrischen Kapazität. Anschließend werden die Eigenschaften – zusätzlich zur Kapazität – betrachtet, die die Leistung der Komponenten und ihre Auswirkungen auf die Zielschaltung bestimmen. Anschließend wird aufgezeigt, wie diese Eigenschaften bei den verschiedenen derzeit erhältlichen Kondensatortypen zum Tragen kommen und wie sie die Wahl des Kondensatortyps durch den Konstrukteur beeinflussen.

Manchmal ist jedoch die offensichtliche erste Wahl für ein Projekt nicht die beste Wahl; es kann aus bestimmten Gründen wünschenswert sein, eine Kondensatortechnologie durch eine andere zu ersetzen. Dementsprechend endet der Artikel mit einem kurzen Beispiel dafür, wie Polymerkondensatoren keramische Mehrschichttypen ersetzen können.

Was ist ein Kondensator?

Wie Abb. 1 zeigt, besteht ein Kondensator aus zwei leitenden Platten, die sich in unmittelbarer Nähe zueinander befinden und durch einen Isolator oder ein Dielektrikum getrennt sind. Legt man einen Gleichstrom an die Platten an, so bilden sie gleiche und entgegengesetzte Ladungen: eine negative auf der einen und eine positive auf der anderen Platte. Entfernt man die Stromquelle, so behalten die Platten ihre Ladung bei, abgesehen von Leckagen. Wenn die Platten dann an eine Last wie eine Kamerablitzlampe angeschlossen werden, geben sie ihre gesamte Energie an diese ab, um den Blitz zu betreiben.

Beachten Sie, dass ein Kondensator so konstruiert ist, dass er Gleichstrom blockiert, aber Wechselstrom leitet. Im Allgemeinen gilt: Je höher die Frequenz der Wechselspannung, desto besser leitet der Kondensator den Wechselstrom.

Die Energiemenge, die ein Kondensator speichern kann, wird durch seine Kapazität, gemessen in Farad, definiert. Da ein Farad eine unpraktisch große Einheit für die Kapazität ist (außer bei Superkondensatoren), werden reale Bauteile je nach Bedarf in einem der folgenden SI-Bereiche angegeben:

• 1 mF (Millifarad, ein Tausendstel (10-3) von einem Farad)
• 1 μF (Mikrofarad, ein Millionstel (10-6) von einem Farad)
• 1 nF (Nanofarad, ein Milliardstel (10-9) einer Farad)
• 1 pF (Picofarad, ein Billionstel (10-12) einer Farad)

In jedem Fall ist die Kapazität C in Farad durch die Gleichung gegeben:

Wobei q die Ladung in Coulomb ist (+q und -q Ladungen auf den Platten) und V die Spannung in Volt über den Platten ist.

Daraus ergibt sich ein Spannungs-/Stromverhältnis von

Wobei i = Strom in Ampere.

Die in einem Kondensator gespeicherte Energie wird durch Integration der Arbeit W (Watt)

Die erste der obigen Gleichungen besagt, dass durch eine Erhöhung der Kapazität mehr Ladung für eine bestimmte Spannung am Kondensator gespeichert werden kann. Die Kapazität kann erhöht werden, indem man die Größe der Platten vergrößert, die Platten näher zusammenbringt oder die Isolationseigenschaften des Dielektrikums verbessert. Kondensatoren aller Art erreichen ihre Zielkapazitätswerte, indem sie diese drei Variablen entsprechend anpassen. Wenn also ein gewünschter Kapazitätswert mit verschiedenen Kondensatortypen erreicht werden kann, wie lässt sich dann entscheiden, welcher Typ für eine bestimmte Anwendung am besten geeignet ist?

Die Antwort lautet, dass ideale Kondensatoren zwar nur eine Kapazität haben, reale Geräte aber auch viele andere Parameter und Merkmale aufweisen, die ihre Leistung und Eignung für die jeweilige Anwendung beeinflussen. Diese Faktoren hängen von der verwendeten Kondensatortechnologie ab und müssen bei der Auswahl einer optimalen Lösung berücksichtigt werden.

Zu den Kriterien gehören Betriebsspannung, Baugröße, Frequenzgang, Alterung (Austrocknung des nassen Elektrolyts), die zu Kapazitätsverlusten führt, die maximal empfohlene Betriebstemperatur, Entflammbarkeit und Selbstheilungseigenschaften. Manchmal ist ein extrem niedriger parasitärer Widerstand (bekannt als äquivalenter Serienwiderstand oder ESR) erforderlich, um die I2R-Verluste bei Hochstromanwendungen zu minimieren.

Nachfolgend werden diese und andere Kondensatoreigenschaften genauer betrachtet, und dann wird untersucht, wie sie sich in den verschiedenen Kondensatortypen niederschlagen.

Kondensatoreigenschaften

Die KEMET-Publikation „Einführung in die Kondensatortechnologien“ enthält viele nützliche Informationen und liefert den Hintergrund für die nachstehende Erörterung der Kondensatoreigenschaften.

Dielektrische Eigenschaften und Kondensator-CV

Dielektrische Eigenschaften beeinflussen den volumetrischen Wirkungsgrad von Kondensatoren, d.h. die Kapazitätsmenge pro gegebenem Volumen. Dies wird als CV-Wert ausgedrückt, wobei C = Kapazität und V die Spannung ist. CV-Werte sind wichtige Überlegungen bei der Entwicklung tragbarer Systeme oder sehr dicht bestückter Leiterplatten, bei denen eine hohe Kapazität bei minimalem Volumen wichtig ist.

Einige Dielektrika, wie Tantal, sind für ihre hohen CV-Eigenschaften bekannt. Der CV kann auch durch Maximierung der nutzbaren Elektrodenfläche und Minimierung des Gehäuseaufwands erhöht werden.

Praktische Kapazitätsprobleme

Die nutzbare Kapazität eines Kondensators kann aufgrund verschiedener Faktoren von seinem Nennwert abweichen. These include:

• Temperatur
• Feuchtigkeit
• Wechsel- und Gleichspannung
• Signalfrequenz
• Kondensatoralter
• Mechanischer
• Piezoelektrischer Effekt

Bei der Auswahl eines Kondensators für eine Anwendung, müssen seine Werte für diese Faktoren berücksichtigt werden.

Ein weiterer wichtiger Aspekt sind die Toleranzen. Kondensatoren sind toleranzcodiert, wobei die häufigsten Codes sind:

• ± 20% = M
• ± 10% = K
• ± 5% = J
• ± 2.5% = H
• ± 2% = G
• ± 1% = F

Ableitstrom im Vergleich zum Isolationswiderstand

Die dielektrischen Materialien in Kondensatoren sind keine idealen Isolatoren; sie können aus verschiedenen Gründen, die für jeden dielektrischen Typ spezifisch sind, einen kleinen DC-Ableitstrom durchlassen. Dies führt dazu, dass die Klemmenspannung eines geladenen Kondensators langsam abfällt, da der Leckstrom die Ladung abfließen lässt.

Im Allgemeinen sinkt der Isolationswiderstand mit zunehmendem Kapazitätswert. Der Leckstrom nimmt mit steigender Temperatur zu.

Die Beziehung zwischen dem Leckstrom (LC) und dem Isolationswiderstand (IR) des Kondensator-Dielektrikums ist durch die einfache Formel gegeben:

I(LC) = V/R(IR)

Lade-/Entladeverhalten

Wenn eine Gleichspannung an einen Kondensator in Reihe mit einem Widerstand angelegt wird, lädt sich der Kondensator mit einer Rate auf, die durch die angelegte Spannung, den Ladezustand relativ zu seinem Endwert, den Reihenwiderstand und seine eigene Kapazität bestimmt wird. Das Produkt aus Widerstand und Kapazität, RC, wird als Zeitkonstante der Schaltung bezeichnet. Genauer gesagt ist die RC-Zeitkonstante die Zeit, die benötigt wird, um den Kondensator um 63,2 % der Differenz zwischen Anfangs- und Endwert aufzuladen. Derselbe RC-Wert bestimmt auch die Zeit, die benötigt wird, um den Kondensator über den Vorwiderstand zu entladen.

Dielektrische Festigkeit

Wenn die Spannung an einem Kondensator ausreichend erhöht wird, wird das elektrische Feld schließlich dazu führen, dass das Dielektrikum zusammenbricht und Strom leitet. Bei einigen Dielektrika ist dieser Effekt dauerhaft, so dass der Kondensator zerstört wird.

Einige Dielektrika können sich jedoch selbst heilen. So können sich beispielsweise Folien- und Papierkondensatoren mit sehr dünnen Elektroden selbst heilen, da der hohe Durchbruchstrom die Elektrodenschichten erhitzt, wodurch Metalle verdampfen und von der betroffenen Stelle weg oxidieren, wodurch der Kurzschlusspfad vom Rest des Kondensators isoliert wird. Dieser Vorgang kann selbst bei sehr hohen Leistungen bis zu mehreren Kilowatt auftreten.

Energieabgabe

Wenn Wechselspannung an einen Kondensator angelegt wird, fließt Strom durch sein Dielektrikum und die leitenden Teile. In der Praxis wird ein Teil dieses Stroms durch den geringen Widerstand innerhalb des Kondensators abgeleitet. Diese Verlustleistung äußert sich in einem Temperaturanstieg im Kondensator. Der Gesamtwiderstand des Kondensators, der so genannte äquivalente Serienwiderstand (ESR), setzt sich aus zwei Elementen zusammen:

• Widerstand des Dielektrikums
• Widerstand der leitenden Teile

Leitfähigkeit

Die Elektroden und Zuleitungsdrähte oder Anschlüsse eines Kondensators sind Metallleiter, die eine gewisse Induktivität aufweisen. Diese Induktivität wirkt Änderungen des Wechselstroms durch den Kondensator entgegen. Sie wird als äquivalente Serieninduktivität oder ESL bezeichnet.

Beschreibung der äquivalenten Schaltung eines Kondensators

Die leitenden Teile eines Kondensators haben einen zugehörigen ohmschen Widerstand, der zusammen mit dem dielektrischen Widerstand einen äquivalenten Serienwiderstand (ESR) bildet. Ein praktischer Kondensator kann durch ein sogenanntes Ersatzschaltbild wie in Abb.2 beschrieben werden, bei dem ein Widerstand (ESR) und eine Induktivität (ESL) in Reihe mit einer reinen Kapazität liegen, die mit einem Widerstand parallel geschaltet ist, der dem Isolationswiderstand des Dielektrikums entspricht.

Unterschiedliche Kondensatortypen

Abbildung 3 gibt einen Überblick über die verschiedenen derzeit erhältlichen Kondensatortypen. Im Folgenden werden die Festkondensatortypen betrachtet.

Caoacitorguide.com bietet ausführliche Erklärungen zu den verschiedenen Kondensatortypen und ihrem Aufbau; die nachstehenden Informationen zu den Kondensatortypen (mit Ausnahme von Glas und Feedthru) basieren auf diesem Inhalt.

Folie

Folienkondensatoren verwenden eine dünne Kunststofffolie als Dielektrikum; diese kann metallisiert oder unbehandelt sein, je nach den erforderlichen Eigenschaften des Kondensators. Diese Typen bieten Stabilität, geringe Induktivität und niedrige Kosten. Zu den verschiedenen Folienausführungen gehören Polyester, metallisierte Folien, Polypropylen, PTFE und Polystyrol. Die Kapazitäten reichen von unter 1nF bis 30µF.

Diese Kondensatortypen sind nicht gepolt und eignen sich daher für Wechselstromsignale und Leistungsanwendungen. Folienkondensatoren können sehr hohe Präzisionskondensatorwerte haben, die sie länger beibehalten als andere Kondensatortypen. Sie sind sehr zuverlässig und haben eine lange Lager- und Nutzungsdauer, wobei der Alterungsprozess im Allgemeinen langsamer verläuft als bei anderen Typen wie Elektrolytkondensatoren. Sie haben niedrige ESR- und ESL-Werte und daher sehr niedrige Verlustfaktoren. Sie können Spannungen im Kilovoltbereich standhalten und sehr hohe Stoßstromimpulse liefern.

Es gibt Leistungs-Folienkondensatoren, die einer Blindleistung von mehr als 200 Voltampere standhalten können. Diese werden in Geräten der Leistungselektronik, Phasenschiebern, Röntgenblitzen und gepulsten Lasern eingesetzt. Die Varianten mit geringer Leistung werden als Entkopplungskondensatoren, Filter und in A/D-Wandlern verwendet. Weitere nennenswerte Anwendungen sind Sicherheitskondensatoren, elektromagnetische Entstörung, Vorschaltgeräte für Leuchtstofflampen und Snubber-Kondensatoren.

Keramik

Keramikkondensatoren verwenden ein keramisches Material als Dielektrikum. Der Vielschicht-Chipkondensator (MLCC) und der Keramik-Scheiben-Kondensator sind die in der modernen Elektronik am häufigsten verwendeten Typen. MLCCs werden in SMT-Bauweise (Surface Mount Technology) hergestellt und sind aufgrund ihrer geringen Größe weit verbreitet. Die Kapazitätswerte liegen in der Regel zwischen 1 nF und 1 µF, obwohl auch Werte bis zu 100 µF erhältlich sind. Sie sind unpolarisiert und können daher in Wechselstromkreisen verwendet werden. Sie haben einen sehr guten Frequenzgang aufgrund geringer ohmscher und induktiver Störeffekte.

Heute gibt es zwei Klassen von Keramikkondensatoren: Klasse 1 und Klasse 2. Keramikkondensatoren der Klasse 1 werden verwendet, wenn hohe Stabilität und geringe Verluste erforderlich sind. Sie sind sehr genau, und der Kapazitätswert ist stabil in Bezug auf die angelegte Spannung, Temperatur und Frequenz.

Klasse-2-Kondensatoren haben eine hohe Kapazität pro Volumen und werden für weniger empfindliche Anwendungen verwendet. Ihre thermische Stabilität beträgt typischerweise ±15 % im Betriebstemperaturbereich, und die Nennwerttoleranzen liegen bei etwa 20 %.

MLCCs bieten hohe Packungsdichten für die Leiterplattenmontage, obwohl auch physisch große keramische Leistungskomponenten verfügbar sind, die Spannungen von 2 kV bis zu 100 kV standhalten können, mit Leistungen von mehr als 200 VA.

Elektrolytkondensatoren

Elektrolytkondensatoren verwenden einen Elektrolyt, um einen größeren Kapazitätswert als andere Kondensatortypen zu erreichen. Fast alle Elektrolytkondensatoren sind gepolt und müssen daher in Gleichstromkreisen verwendet und korrekt vorgespannt werden. Elektrolytkondensatoren können entweder aus Nass-Elektrolyt oder aus festem Polymer bestehen. Sie werden in der Regel aus Tantal oder Aluminium hergestellt. Aluminiumkondensatoren haben in der Regel Kapazitäten zwischen 1 µF und 47 mF mit einer Betriebsspannung von bis zu einigen hundert Volt Gleichstrom. Es gibt jedoch auch Superkondensatoren, manchmal auch Doppelschichtkondensatoren genannt, mit Kapazitäten von Hunderten oder Tausenden von Farad.

Zu den Nachteilen gehören große Leckströme, große Werttoleranzen von typischerweise 20 %, äquivalenter Serienwiderstand und eine begrenzte Lebensdauer. Außerdem driften die Kapazitätswerte mit der Zeit. Kondensatoren können überhitzen oder sogar explodieren, wenn sie Spannungen mit umgekehrter Polarität ausgesetzt werden.

Elektrolytkondensatoren werden in Anwendungen eingesetzt, die keine engen Toleranzen und keine Wechselstrompolarisierung erfordern, aber große Kapazitätswerte benötigen. Beispiele sind Filterstufen in Stromversorgungen zur Beseitigung von Wechselstromwelligkeit oder zur Eingangs- und Ausgangsglättung als Tiefpassfilter für Gleichstromsignale mit einer schwachen Wechselstromkomponente.

Superkondensatoren

Superkondensatoren sind eine Art Elektrolytkondensatoren, wie oben beschrieben. Sie können extrem große Mengen an elektrischer Energie speichern, indem sie zwei Mechanismen nutzen: die Doppelschichtkapazität und die Pseudokapazität. Der erste Mechanismus ist elektrostatisch, der zweite elektrochemisch, so dass Superkondensatoren die Eigenschaften normaler Kondensatoren mit denen gewöhnlicher Batterien kombinieren.

In der Tat werden sie als Alternative zu Batterien in vielen Anwendungen eingesetzt, z. B. in kinetischen Energierückgewinnungssystemen (KERS) für Kraftfahrzeuge, fotografischem Flash und statischem RAM-Speicher. Zu den künftigen Möglichkeiten gehören Mobiltelefone, Laptops und Elektroautos; ihr größter Vorteil ist die sehr schnelle Aufladegeschwindigkeit, so dass ein Elektroauto innerhalb weniger Minuten aufgeladen werden könnte.

Diese Technologie kann Kapazitätswerte von bis zu 12000 F erreichen. Sie haben sehr schnelle Lade- und Entladezeiten, die aufgrund ihres geringen Innenwiderstands mit denen gewöhnlicher Kondensatoren vergleichbar sind. Im Gegensatz dazu benötigen Batterien bis zu mehreren Stunden, um vollständig aufgeladen zu werden. Superkondensatoren haben außerdem eine 5 bis 10 Mal höhere spezifische Leistung als Batterien, z. B. 10 kW/Kg im Vergleich zu 1 – 3 kW/Kg bei Li-Ionen-Batterien. Superkondensatoren erwärmen sich nicht so stark wie Batterien, wenn sie falsch behandelt werden, und haben eine praktisch unbegrenzte Zyklenlebensdauer, verglichen mit 500+ Zyklen, die für Batterien typisch sind.

Zu den Nachteilen von Superkondensatoren gehören eine niedrige spezifische Energie (Wh/Kg), eine lineare Entladespannungscharakteristik (ein Superkondensator, der für eine Leistung von 2,7 V ausgelegt ist, würde beispielsweise bei einer Entladung von 50 % auf 1,35 V fallen) und hohe Kosten. Diese haben bisher verhindert, dass Superkondensatoren Batterien in den meisten Anwendungen ersetzen können.

Glimmer

Glimmerkondensatoren sind heute Silberglimmerkondensatoren, die aus beidseitig mit Metall beschichteten Glimmerplatten bestehen. Die Kapazitätswerte sind klein, in der Regel von einigen pF bis zu einigen nF, obwohl die größten Glimmertypen 1 µF erreichen können. Die Nennspannungen liegen in der Regel zwischen 100 und 1000 Volt, wobei einige Kondensatoren für HF-Senderanwendungen bis zu 10 kV ausgelegt sind. Aufgrund ihrer hohen Durchbruchspannung werden sie auch in anderen Hochspannungsanwendungen eingesetzt.

Sie sind verlustarm, was den Einsatz bei hohen Frequenzen ermöglicht, zuverlässig und ihr Wert bleibt über die Zeit stabil. Die Kondensatoren sind auch über weite Spannungs-, Temperatur- und Frequenzbereiche stabil. Sie haben in der Regel einen relativ kleinen Kapazitätswert. Sie bieten Präzision mit Toleranzen von nur +/- 1 %. Allerdings sind die Kondensatoren sperrig und teuer.

Glaskondensatoren

Glaskondensatoren werden in HF-Schaltungen verwendet, in denen höchste Leistung erforderlich ist. Sie bieten einen niedrigen Temperaturkoeffizienten ohne Hysterese, keine Alterungsrate, kein piezoelektrisches Rauschen, keine Alterungsrate und extrem geringe Verluste. Sie haben außerdem eine hohe HF-Strombelastbarkeit bei hohen Betriebstemperaturen, oft bis zu 200°C.

Durchführungskondensatoren

AVX bietet eine Reihe von Durchführungskondensatoren an, die sowohl in der Standardgröße 0805 als auch 1206 erhältlich sind. Diese Kondensatoren sind die ideale Wahl für EMI-Unterdrückung, breitbandige E/A-Filterung oder Vcc-Stromleitungskonditionierung. Die einzigartige Konstruktion eines Feedthru-Kondensators sorgt für eine niedrige Parallelinduktivität und bietet eine hervorragende Entkopplungsfähigkeit für alle Umgebungen mit hohem di/dt und eine erhebliche Rauschunterdrückung in digitalen Schaltungen bis zu 5 GHz. AVX bietet Feedthru-Kondensatoren in Automobilqualität an, die nach AEC-Q200 qualifiziert sind. Diese Kondensatoren sind mit NP0- und X7R-Dielektrika und mit Anschlussoptionen wie plattiertem Ni und Sn erhältlich.

Austauschbarkeit von Kondensatortypen

Obwohl die verschiedenen Kondensatortypen für unterschiedliche Anwendungen optimiert sind, kann es möglich oder wünschenswert sein, einen Typ durch einen anderen zu ersetzen. Panasonic hat zum Beispiel ein ausführliches White Paper verfasst, in dem gezeigt wird, wie Polymerkondensatoren MLCCs in verschiedenen Anwendungen ersetzen können. Informationen aus diesem Papier finden Sie im Folgenden.

Moderne Entwicklungen bei ICs und die damit verbundenen Erwartungen an ihre Leistung haben zu höheren Anforderungen an die zugehörigen Komponenten, einschließlich Kondensatoren, geführt. Dieser Trend zeigt sich zum Beispiel bei DC-DC-Wandler-Designs. Diese gehen in Richtung einer höheren Leistungseffizienz, steigender Lastströme, Miniaturisierung und höherer Schaltfrequenzen. Solche Trends erfordern Kondensatoren, die höhere Stromlasten bei geringerem Volumen bewältigen können. Es besteht ein zunehmender Bedarf an einem Gleichgewicht zwischen hoher Leistung und Leistungsdichte und langfristiger Lebensdauer, hoher Zuverlässigkeit und Sicherheit.

Ausgangskondensatoren sind für DC-DC-Wandler von wesentlicher Bedeutung, da sie zusammen mit der Hauptinduktivität ein Reservoir an elektrischer Energie für den Ausgang bereitstellen und die Ausgangsspannung glätten. Eingangskondensatoren müssen in Bezug auf die Verlustleistung und die Restwelligkeit gute Leistungen erbringen. Sie sollten die Spannung aufrechterhalten und sicherstellen, dass die Schienenspannung des Wechselrichters stabil bleibt.

Für diese Eingangs- und Ausgangsfunktionen des DC-DC-Wandlers können verschiedene Kondensatortypen verwendet werden. Abb.8 zeigt einige Optionen, darunter Elektrolytkondensatoren, OSCONs, SP-Caps, POS-Caps, Folienkondensatoren und keramische Vielschichtkondensatoren (MLCCs), und ordnet ihre Leistung nach den einzelnen Merkmalen ein. Während die beste Wahl von der Anwendung abhängt, können wir die relativen Eigenschaften jedes Typs vergleichen.

Während Elektrolytkondensatoren den größten ESR aufweisen, verschlechtern sich ihre Kapazitäts- und Leckstromleistung bei höheren Temperaturen und Frequenzen erheblich. Der sehr niedrige ESR und ESL von Keramikkondensatoren sorgen für ein hervorragendes Einschwingverhalten, aber sie haben Einschränkungen beim Kapazitätsderating. Sie können auch mit sehr hohen Welligkeitsströmen betrieben werden, sind jedoch anfällig für Alterungsschäden und erfordern geringere elektrische Betriebsfelder.

Polymerelektrolytkondensatoren sind in Stromversorgungen für IC-Schaltungen für Puffer-, Bypass- und Entkopplungsfunktionen beliebt, insbesondere in Geräten mit flacher oder kompakter Bauweise. Sie konkurrieren daher mit MLCCs, bieten aber höhere Kapazitätswerte und haben im Gegensatz zu Keramikkondensatoren der Klassen 2 und 3 keinen mikrofonischen Effekt.

Für Eingangs- und Ausgangsfilter von DC-DC-Wandlern sind MLCC-Kondensatoren aufgrund ihrer geringen Kosten und ihres niedrigen ESR- und ESL-Wertes der am häufigsten verwendete Typ. Sie haben jedoch auch Nachteile, darunter:

• Kleine Kapazität pro Volumen, insbesondere für dielektrische Materialien der Klasse 1 (NO/COG)
• Große Gehäusegrößen, die bei der Biegung der Leiterplatte zu Rissen neigen
• Instabilität der Gleichstromvorspannung
• Piezo-Effekt (Singen)

Hier kommen Polymerkondensatoren zum Einsatz. Panasonic stellt feste Polymer-Aluminium-Kondensatoren her: SP-Caps und OS-CON, Tantal-Polymer-Kondensatoren (POS-CAP) und Polymer-Hybrid-Aluminium-Elektrolyt-Kondensator-Technologien. Diese Polymerkondensatoren haben ihren Anwendungsbereich erweitert. Sie verfügen über eine große Kapazität und ausgezeichnete Vorspannungseigenschaften, die denen von MLCCs weit überlegen sind, sowie über extrem niedrige ESR- und niedrige ESL-Eigenschaften.

Zusätzlich erreichen Polymerkondensatoren eine sehr hohe Zuverlässigkeit und überlegene Leistung bei niedrigen Temperaturen, indem sie feste Polymermaterialien als Elektrolyt verwenden.

Die Schaltung in Abb. 9 unten zeigt ein paar Beispiele dafür, wie verschiedene Polymerkondensatoren die Leistung von MLCC-Kondensatoren verbessern können.

Beschaffung von Kondensatoren

Die verschiedenen Kondensatortypen mit einer breiten Palette von Leistungsvariablen sind auf der Website von Farnell element14 zu finden.

Abschluss

Dieser Artikel hat erklärt, was ein Kondensator ist und wie eine reine Kapazität in einem elektrischen Schaltkreis funktioniert. Es wird aber auch deutlich, dass es in der realen Welt keinen reinen Kondensator gibt. Dementsprechend wurden die verschiedenen physikalischen und elektrischen Eigenschaften untersucht, die eine echte Kondensatorkomponente zwangsläufig ausmachen, und es wurde die breite Palette von Kondensatortypen und ihre unterschiedlichen Eigenschaften erörtert, die heute für verschiedene Anwendungen zur Verfügung stehen.

Es wurde auch untersucht, wie ein Kondensatortyp manchmal durch einen anderen ersetzt werden kann, wobei der Ersatz von MLCCs durch Polymerkondensatoren als Beispiel diente.