Folienkondensator - Film capacitor

Folienkondensatoren , Folienkondensatoren , Foliendielektrikumskondensatoren oder Polymerfolienkondensatoren , allgemein Folienkappen sowie Leistungsfolienkondensatoren genannt , sind elektrische Kondensatoren mit einer isolierenden Kunststofffolie als Dielektrikum , manchmal kombiniert mit Papier als Träger der Elektroden .

Die dielektrischen Folien werden je nach gewünschter Spannungsfestigkeit in einem speziellen Verfahren extrem dünn gezogen und anschließend mit Elektroden versehen. Die Elektroden von Folienkondensatoren können metallisiertes Aluminium oder Zink sein, das direkt auf die Oberfläche der Kunststofffolie aufgebracht wird, oder eine separate Metallfolie. Zwei dieser leitfähigen Schichten werden zu einer zylinderförmigen Wicklung gewickelt, die normalerweise abgeflacht ist, um den Montageplatzbedarf auf einer Leiterplatte zu reduzieren , oder als mehrere einzelne Schichten übereinander geschichtet, um einen Kondensatorkörper zu bilden. Folienkondensatoren sind zusammen mit Keramikkondensatoren und Elektrolytkondensatoren die gebräuchlichsten Kondensatortypen für die Verwendung in elektronischen Geräten und werden in vielen Wechselstrom- und Gleichstrom- Mikroelektronik- und Elektronikschaltkreisen verwendet.

Ein verwandter Komponententyp ist der Leistungs-(Film-)Kondensator . Obwohl die Materialien und Konstruktionstechniken für große Leistungsschichtkondensatoren denen für gewöhnliche Schichtkondensatoren sehr ähnlich sind, werden Kondensatoren mit hohen bis sehr hohen Nennleistungen für Anwendungen in Stromversorgungssystemen und Elektroinstallationen aus historischen Gründen oft separat klassifiziert. Da moderne elektronische Geräte die Fähigkeit erlangt haben, Leistungspegel zu bewältigen, die zuvor die ausschließliche Domäne von "elektrischen" Komponenten waren, wurde die Unterscheidung zwischen den "elektronischen" und "elektrischen" Leistungswerten weniger deutlich. In der Vergangenheit lag die Grenze zwischen diesen beiden Familien ungefähr bei einer Blindleistung von 200  Volt-Ampere , aber moderne Leistungselektronik kann mit steigenden Leistungen umgehen.

Übersicht über Aufbau und Ausstattung

• Einbauten von Folienkondensatoren
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  Schematischer Bildvergleich von Film/Folie vs. metallisierter Filmkondensatoreinbauten

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  Querschnitt eines Folienkondensators

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  Abgeflachtes Wickeln eines "nackten" Folienkondensators vor der Ummantelung mit Blick auf seitliche metallische Kontaktschichten ("Schoopage") und aufgesetzte Anschlüsse

Folienkondensatoren bestehen aus zwei Stück Plastikfolie, die mit metallischen Elektroden bedeckt ist, zu einer zylindrisch geformten Wicklung gewickelt, mit Anschlüssen versehen und dann verkapselt wird. Im Allgemeinen sind Folienkondensatoren nicht polarisiert, sodass die beiden Anschlüsse austauschbar sind. Es gibt zwei verschiedene Arten von Kunststofffolienkondensatoren, die mit zwei verschiedenen Elektrodenkonfigurationen hergestellt werden:

• Film-Folien-Kondensatoren oder Metallfolien-Kondensatoren werden mit zwei Kunststofffolien als Dielektrikum hergestellt . Jede ist mit einer dünnen Metallfolie, meist Aluminium, als Elektroden überzogen. Vorteile dieser Konstruktionsart sind die einfache elektrische Verbindung mit den Metallfolienelektroden und die Fähigkeit, hohe Stromstöße zu bewältigen.
• Metallisierte Folienkondensatoren bestehen aus zwei metallisierten Folien mit Kunststofffolie als Dielektrikum. Als Elektroden wird ein- oder beidseitig eine sehr dünne (~ 0,03 µm) aufgedampfte Aluminiummetallisierung aufgebracht. Diese Konfiguration kann "selbstheilende" Eigenschaften aufweisen, indem dielektrische Durchschläge oder Kurzschlüsse zwischen den Elektroden nicht notwendigerweise zur Zerstörung des Bauteils führen. Mit dieser Grundkonstruktion ist es möglich, qualitativ hochwertige Produkte wie "Null-Fehler"-Kondensatoren herzustellen und Wickelkondensatoren mit größeren Kapazitätswerten (bis 100  μF und größer) in kleineren Gehäusen (hoher volumetrischer Wirkungsgrad ) im Vergleich zu Film/Folie herzustellen Konstruktion. Ein Nachteil der metallisierten Konstruktion ist jedoch ihre begrenzte Stromstoßfestigkeit.

Ein wesentlicher Vorteil der modernen Innenkonstruktion von Folienkondensatoren ist der direkte Kontakt zu den Elektroden an beiden Enden der Wicklung. Dieser Kontakt hält alle Strompfade zur gesamten Elektrode sehr kurz. Der Aufbau verhält sich wie eine Vielzahl von parallel geschalteten Einzelkondensatoren , wodurch die internen ohmschen Verluste ( ESR ) und die parasitäre Induktivität ( ESL ) reduziert werden . Die inhärente Geometrie der Folienkondensatorstruktur führt zu sehr geringen ohmschen Verlusten und einer sehr geringen parasitären Induktivität, wodurch sie sich besonders für Anwendungen mit sehr hohen Stoßströmen (Snubber) und für Wechselstromanwendungen oder für Anwendungen bei höheren Frequenzen eignen.

Ein weiteres Merkmal von Filmkondensatoren ist die Möglichkeit, verschiedene Filmmaterialien für die dielektrische Schicht auszuwählen, um gewünschte elektrische Eigenschaften wie Stabilität, breiter Temperaturbereich oder Fähigkeit, sehr hohen Spannungen zu widerstehen, auszuwählen. Polypropylen-Folienkondensatoren sind aufgrund ihrer geringen elektrischen Verluste und ihres nahezu linearen Verhaltens über einen sehr weiten Frequenzbereich für Stabilitätsklasse 1 Anwendungen in Schwingkreisen spezifiziert , vergleichbar nur mit Keramikkondensatoren . Für einfache Hochfrequenzfilterschaltungen , Polyester - Kondensatoren bieten preiswerte Lösungen mit ausgezeichneter Langzeitstabilität, so dass Ersatz teureren Tantal - Elektrolytkondensatoren . Die Folien-Folien-Varianten der Kunststoff-Folien-Kondensatoren sind besonders für hohe und sehr hohe Stromstöße geeignet.

Typische Kapazitätswerte kleinerer Filmkondensatoren, die in der Elektronik verwendet werden, beginnen bei etwa 100 Picofarad und reichen bis zu Mikrofarad.

Einzigartige mechanische Eigenschaften von Kunststoff- und Papierfolien in einigen speziellen Konfigurationen ermöglichen ihre Verwendung in Kondensatoren mit sehr großen Abmessungen. Die größeren Folienkondensatoren werden als Leistungskondensatoren in Elektroinstallationen und -anlagen verwendet, die sehr hohen Leistungen oder sehr hohen angelegten Spannungen standhalten können. Die Spannungsfestigkeit dieser Kondensatoren kann bis in den vierstelligen Spannungsbereich reichen.

Interne Struktur

Die Formel für die Kapazität ( C ) eines Plattenkondensators ist: ( ε steht für die dielektrische Permittivität ; A für die Elektrodenoberfläche; und d für den Abstand zwischen den Elektroden).
${\displaystyle C=\varepsilon\cdot {{A} \over {d}}}$

Gemäß der Gleichung erhöht sowohl ein dünneres Dielektrikum als auch eine größere Elektrodenfläche den Kapazitätswert , ebenso wie ein dielektrisches Material mit höherer Dielektrizitätskonstante.

Beispiel Herstellungsprozess

Das folgende Beispiel beschreibt einen typischen Herstellungsprozessablauf für gewickelte metallisierte Kunststofffolienkondensatoren.

1. Folienstreckung und Metallisierung — Um den Kapazitätswert des Kondensators zu erhöhen, wird die Kunststofffolie durch ein spezielles Extrusionsverfahren der biaxialen Streckung in Längs- und Querrichtung so dünn wie technisch möglich und entsprechend der gewünschten Durchbruchspannung gezogen . Die Dicke dieser Filme kann nur 0,6 µm betragen. In einem geeigneten Verdampfungssystem und unter Hochvakuumbedingungen (ca. 10 ¹⁵ bis 10 ¹⁹ Luftmoleküle pro Kubikmeter) wird die Kunststofffolie mit Aluminium oder Zink metallisiert . Anschließend wird es auf eine sogenannte "Mutterrolle" mit einer Breite von ca. 1 Meter aufgewickelt.
2. Folienschlitzen — Als nächstes werden die Mutterrollen in der erforderlichen Breite entsprechend der Größe der herzustellenden Kondensatoren in kleine Plastikfolienstreifen geschnitten.
3. Wickeln — Zwei Filme werden zu einem zylindrischen Wickel zusammengerollt. Die beiden metallisierten Folien, die einen Kondensator bilden, sind leicht versetzt zueinander gewickelt, so dass durch die Anordnung der Elektroden jeweils eine Kante der Metallisierung an jedem Ende der Wicklung seitlich herausragt.
4. Abflachen — Die Wicklung wird normalerweise durch Anwendung von mechanischem Druck in eine ovale Form abgeflacht. Da die Kosten einer Leiterplatte pro Quadratmillimeter berechnet werden, reduziert ein kleinerer Kondensator-Footprint die Gesamtkosten der Schaltung.
5. Aufbringen einer metallischen Kontaktschicht ("Schoopage") — Die überstehenden Endelektroden sind mit einem verflüssigten Kontaktmetall wie ( Zinn , Zink oder Aluminium) bedeckt , das an beiden seitlichen Enden der Wicklung mit Druckluft besprüht wird. Dieses Metallisierungsverfahren wird nach dem Schweizer Ingenieur Max Schoop als Schoopage bezeichnet , der eine Verbrennungsspritzanwendung für Zinn und Blei erfand.
6. Heilung — Die Wicklungen, die jetzt von der Schoopage elektrisch verbunden sind, müssen "geheilt" werden. Dies geschieht durch Anlegen einer genau kalibrierten Spannung an die Elektroden der Wicklung, sodass eventuell vorhandene Defekte „weggebrannt“ werden (siehe auch unten „Selbstheilung“).
7. Imprägnierung — Zum erhöhten Schutz des Kondensators vor Umwelteinflüssen, insbesondere Feuchtigkeit, wird die Wicklung mit einer Isolierflüssigkeit, zB Silikonöl, imprägniert .
8. Anbringen von Anschlüssen — Die Anschlüsse des Kondensators werden an den Endmetallkontaktschichten der Schoopage angelötet oder angeschweißt.
9. Beschichtung — Nach dem Anbringen der Anschlüsse wird der Kondensatorkörper in ein Außengehäuse eingegossen oder in eine Schutzbeschichtung getaucht. Für geringste Produktionskosten können einige Folienkondensatoren "nackt" ohne weitere Beschichtung der Wicklung verwendet werden.
10. Elektrischer Abschlusstest — Alle Kondensatoren (100%) sollten auf die wichtigsten elektrischen Parameter, Kapazität (C), Verlustfaktor (tan δ) und Impedanz (Z), getestet werden.

Ganz ähnlich erfolgt die Herstellung von Wickel-/Metallfolienkondensatoren mit Metallfolie statt metallisierter Folie.

Alternativ zur traditionellen Wickelkonstruktion von Folienkondensatoren können diese auch in "gestapelter" Konfiguration hergestellt werden. Bei dieser Version werden die beiden metallisierten Folien, die die Elektroden darstellen, auf einen viel größeren Kern mit einem Durchmesser von mehr als 1 m gewickelt. Durch Zersägen dieser großen Wicklung in viele kleinere Einzelsegmente lassen sich sogenannte Mehrschichtkondensatoren (MLP, Multilayer Polymer Capacitors) herstellen. Das Sägen verursacht Defekte an den Seiten der Kondensatoren, die später während des Herstellungsprozesses ausgebrannt werden (Selbstheilung). Auf diese Weise werden kostengünstige metallisierte Kunststofffolienkondensatoren für allgemeine Anwendungen hergestellt. Diese Technik wird auch verwendet, um Kondensator-"Chips" für oberflächenmontierbare Bauelemente (SMD) zu produzieren.

Selbstheilung von metallisierten Folienkondensatoren

Metallisierte Filmkondensatoren haben "Selbstheilungs"-Eigenschaften, die bei Film/Folien-Konfigurationen nicht verfügbar sind. Bei ausreichender Spannung verdampft ein punktförmiger Kurzschluss zwischen den metallisierten Elektroden aufgrund der hohen Lichtbogentemperatur, da sowohl das dielektrische Kunststoffmaterial an der Durchbruchsstelle als auch die metallisierten Elektroden um die Durchbruchsstelle sehr dünn sind (ca. 0,02 bis 0,05 μm). Die punktförmige Kurzschlussursache wird durchgebrannt und der entstehende Dampfdruck bläst auch den Lichtbogen weg. Dieser Vorgang kann in weniger als 10 µs abgeschlossen sein, oft ohne den Nutzbetrieb des betroffenen Kondensators zu unterbrechen.

Diese Eigenschaft der Selbstheilung ermöglicht die Verwendung einer einlagigen Wicklung von metallisierten Folien ohne zusätzlichen Schutz vor Defekten und führt dadurch zu einer Reduzierung des Bauraums, der zur Erreichung einer gegebenen Leistungsspezifikation erforderlich ist. Mit anderen Worten, der sogenannte "volumetrische Wirkungsgrad" des Kondensators wird erhöht.

Die Selbstheilungsfähigkeit von metallisierten Folien wird während des Herstellungsprozesses von metallisierten Folienkondensatoren mehrfach genutzt. Typischerweise können nach dem Schlitzen des metallisierten Films auf die gewünschte Breite alle resultierenden Defekte durch Anlegen einer geeigneten Spannung vor dem Wickeln ausgebrannt (geheilt) werden. Das gleiche Verfahren wird auch nach der Metallisierung der Kontaktflächen ("Schoopage") verwendet, um durch die Sekundärmetallisierung entstandene Defekte im Kondensator zu beseitigen.

Die durch die selbstheilenden Lichtbögen verursachten "Pinholes" in der Metallisierung reduzieren die Kapazität des Kondensators nur geringfügig. Das Ausmaß dieser Reduzierung ist jedoch recht gering; selbst bei mehreren tausend auszubrennenden Defekten ist diese Reduzierung normalerweise viel kleiner als 1% der Gesamtkapazität des Kondensators.

Bei größeren Folienkondensatoren mit sehr hohen Ansprüchen an Stabilität und langer Lebensdauer, wie beispielsweise Snubber- Kondensatoren, kann die Metallisierung mit einem speziellen Fehlerisolationsmuster ausgeführt werden. Im Bild rechts ist eine solche Metallisierung zu einem "T"-Muster geformt. Jedes dieser "T"-Muster erzeugt einen bewusst verengten Querschnitt in der leitfähigen Metallisierung. Diese Restriktionen funktionieren wie mikroskopische Sicherungen, so dass bei einem punktförmigen Kurzschluss zwischen den Elektroden der hohe Strom des Kurzschlusses nur die Sicherungen um den Fehler herum durchbrennt. Die betroffenen Abschnitte werden so kontrolliert ab- und getrennt, ohne dass Explosionen einen größeren Kurzschlusslichtbogen umgeben. Daher wird der betroffene Bereich begrenzt und der Fehler wird sanft kontrolliert, wodurch eine interne Beschädigung des Kondensators erheblich reduziert wird, der somit mit nur einer verschwindend geringen Kapazitätsreduzierung in Betrieb bleiben kann.

Bei Feldinstallationen von elektrischen Energieverteilungsgeräten wird die Fehlertoleranz der Kondensatorbank häufig durch Parallelschalten mehrerer Kondensatoren verbessert, die jeweils mit einer internen oder externen Sicherung geschützt sind. Sollte ein einzelner Kondensator einen internen Kurzschluss entwickeln, brennt der resultierende Fehlerstrom (verstärkt durch kapazitive Entladung benachbarter Kondensatoren) die Sicherung durch und isoliert so den ausgefallenen Kondensator von den restlichen Geräten. Diese Technik ist der oben beschriebenen Technik der "T-Metallisierung" analog, arbeitet jedoch in einem größeren physikalischen Maßstab. Komplexere Reihen- und Parallelanordnungen von Kondensatorbänken werden auch verwendet, um die Betriebskontinuität trotz einzelner Kondensatorausfälle in diesem größeren Maßstab zu ermöglichen.

Interne Struktur zur Erhöhung der Nennspannung

Die Nennspannung verschiedener Folienmaterialien hängt von Faktoren wie der Dicke der Folie, der Qualität des Materials (Freiheit von physikalischen Defekten und chemischen Verunreinigungen), der Umgebungstemperatur und der Betriebshäufigkeit sowie einer Sicherheitsmarge gegenüber der Durchschlagspannung ab (Durchschlagsfestigkeit). Die Nennspannung eines Folienkondensators hängt jedoch in erster Näherung in erster Linie von der Dicke der Kunststofffolie ab. Mit der minimal verfügbaren Foliendicke von Polyesterfolienkondensatoren (ca. 0,7 µm) lassen sich beispielsweise Kondensatoren mit einer Nennspannung von 400 VDC herstellen. Wenn höhere Spannungen benötigt werden, wird typischerweise eine dickere Kunststofffolie verwendet. Aber die Durchbruchspannung für dielektrische Filme ist normalerweise nichtlinear . Für Dicken von mehr als etwa 5 mil nimmt die Durchbruchspannung nur ungefähr mit der Quadratwurzel der Filmdicke zu. Auf der anderen Seite wird die Kapazität verringert sich linear mit zunehmender Filmdicke. Aus Gründen der Verfügbarkeit, Lagerung und bestehenden Verarbeitungsmöglichkeiten ist es wünschenswert, höhere Durchbruchspannungen zu erreichen, während vorhandene verfügbare Filmmaterialien verwendet werden. Dies kann durch eine einseitige partielle Metallisierung der Isolierfolien derart erreicht werden, dass eine interne Reihenschaltung von Kondensatoren entsteht. Durch Verwendung dieser Reihenschaltungstechnik kann die Gesamtdurchbruchspannung des Kondensators mit einem beliebigen Faktor multipliziert werden, aber auch die Gesamtkapazität wird um den gleichen Faktor reduziert.

Die Durchbruchspannung kann durch die Verwendung von einseitig teilmetallisierten Filmen erhöht werden, oder die Durchbruchspannung des Kondensators kann durch die Verwendung von doppelseitigen metallisierten Filmen erhöht werden. Durch partielle Metallisierung können auch doppelseitig metallisierte Folien mit internen Reihenkondensatoren kombiniert werden. Diese Mehrfachtechnik-Designs werden insbesondere für hochzuverlässige Anwendungen mit Polypropylenfolien verwendet.

• Erhöhung der Durchbruchspannung von Folienkondensatoren durch Verwendung von doppelseitig metallisierten Folien
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  Kondensator aus metallisierter Polycarbonatfolie mit doppelseitigen metallisierten Folien

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  Hochspannungskondensator mit zwei intern in Reihe geschalteten Kondensatoren

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  Hochspannungskondensator mit vier intern in Reihe geschalteten Kondensatoren

Interne Struktur zur Erhöhung der Stoßspannungsfestigkeit

Eine wichtige Eigenschaft von Folienkondensatoren ist ihre Fähigkeit, hohen Spitzenspannungen oder Spitzenstromstoßimpulsen standzuhalten. Diese Fähigkeit hängt davon ab, dass alle internen Verbindungen des Folienkondensators den Spitzenstrombelastungen bis zur angegebenen maximalen Temperatur standhalten. Die kollateralen Kontaktschichten (Schoopage) mit den Elektroden können eine potentielle Begrenzung der Spitzenstromtragfähigkeit darstellen.

Die Elektrodenlagen sind leicht versetzt zueinander gewickelt, so dass die Kanten der Elektroden mit einem Flächenkontaktierungsverfahren "Schoopage" an den kollateralen Stirnseiten der Wicklung kontaktiert werden können. Diese interne Verbindung wird letztendlich durch mehrere punktförmige Kontakte am Rand der Elektrode hergestellt und kann als eine Vielzahl von Einzelkondensatoren, die alle parallel geschaltet sind, modelliert werden. Die vielen Einzelwiderstands- ( ESR ) und Induktivitätsverluste ( ESL ) werden parallel geschaltet , so dass diese insgesamt unerwünschten parasitären Verluste minimiert werden.

Beim Durchfließen von Spitzenströmen durch diese einzelnen mikroskopischen Kontaktierungsstellen, die kritische Bereiche für den Gesamtinnenwiderstand des Kondensators sind, wird jedoch eine ohmsche Kontaktwiderstandserwärmung erzeugt. Wird der Strom zu hoch, können „Hot Spots“ entstehen und ein Verbrennen der Kontaktflächen verursachen.

Eine zweite Begrenzung der Strombelastbarkeit wird durch den ohmschen Durchgangswiderstand der Elektroden selbst verursacht. Bei Metallfolienkondensatoren, die Schichtdicken von 0,02 bis 0,05 µm aufweisen, wird die Strombelastbarkeit durch diese dünnen Schichten begrenzt.

Die Stoßstromfestigkeit von Folienkondensatoren kann durch verschiedene interne Konfigurationen verbessert werden. Da die Metallisierung die kostengünstigste Methode zur Herstellung von Elektroden ist, ist die Optimierung der Elektrodenform eine Möglichkeit, den Innenwiderstand zu minimieren und die Strombelastbarkeit zu erhöhen. Eine etwas dickere Metallisierungsschicht an den Schoopage-Kontaktseiten der Elektroden führt zu einem geringeren Gesamtkontaktwiderstand und einer erhöhten Stoßstromhandhabung, ohne dass die Selbstheilungseigenschaften der restlichen Metallisierung verloren gehen.

Eine weitere Technik zur Erhöhung der Stoßstrombelastbarkeit von Folienkondensatoren ist eine doppelseitige Metallisierung. Dies kann den Spitzenstromwert verdoppeln. Diese Konstruktion halbiert auch die gesamte Eigeninduktivität des Kondensators, da praktisch zwei Induktivitäten parallel geschaltet sind, was einen ungehinderten Durchgang schnellerer Impulse ermöglicht (höherer sogenannter "dV/dt"-Wert).

Die doppelseitig metallisierte Folie ist elektrostatisch feldfrei, da die Elektroden auf beiden Seiten der Folie das gleiche Spannungspotential aufweisen und trägt daher nicht zur Gesamtkapazität des Kondensators bei. Diese Folie kann daher aus einem anderen und kostengünstigeren Material hergestellt werden. Beispielsweise macht ein Polypropylen-Folienkondensator mit beidseitiger Metallisierung auf einem Polyesterfolienträger den Kondensator nicht nur billiger, sondern auch kleiner, da die dünnere Polyesterfolie den volumetrischen Wirkungsgrad des Kondensators verbessert. Filmkondensatoren mit doppelseitig metallisiertem Film haben effektiv dickere Elektroden für eine höhere Stoßstromverarbeitung, behalten aber im Gegensatz zu Film-/Folienkondensatoren ihre Selbstheilungseigenschaften.

Die Filmkondensatoren mit der höchsten Stoßstrombemessung sind Film/Folien-Kondensatoren mit einer Metallfolienkonstruktion. Diese Kondensatoren verwenden dünne Metallfolien, normalerweise Aluminium, als Elektroden, die über dem Polymerfilm liegen. Der Vorteil dieser Konstruktion ist der einfache und robuste Anschluss der Metallfolienelektroden. Bei dieser Ausführung ist der Übergangswiderstand im Bereich der Schoopage am geringsten.

Metallfolienkondensatoren haben jedoch keine Selbstheilungseigenschaften . Ein Durchschlag im dielektrischen Film eines Film/Folien-Kondensators führt zu einem irreversiblen Kurzschluss. Um Durchbrüche durch Schwachstellen im Dielektrikum zu vermeiden, wird die Isolierschicht immer dicker gewählt, als es die spezifische Durchbruchspannung des Materials theoretisch erfordert. Folien von weniger als 4 µm werden für Folien-Folien-Kondensatoren wegen zu hoher Punktdefektzahlen in der Regel nicht verwendet. Ebenfalls. die metallischen Folien sind nur bis zu einer Dicke von ca. 25 µm herstellbar. Diese Kompromisse machen den Film/Folien-Kondensator zum robustesten, aber auch teuersten Verfahren zur Erhöhung der Stoßstromhandhabung.

Arten von Folienkondensatoren

• Verfügbare Arten von Folienkondensatoren
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  Axiale Ausführung für Punkt-zu-Punkt- und Durchgangsmontage

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  Radiale Ausführung (einseitig) für Durchgangsloch-Lötmontage auf Leiterplatten

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  Radiale Ausführung mit hochbelastbaren Lötanschlüssen für Snubber-Anwendungen und hohe Stoßimpulsbelastungen

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  Hochleistungs-Snubber-Kondensator mit Schraubklemmen

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  SMD-Ausführung für die Oberflächenmontage von Leiterplatten, mit metallisierten Kontakten an zwei gegenüberliegenden Kanten

Folienkondensatoren zur Verwendung in elektronischen Geräten werden in den üblichen und üblichen Industrieausführungen verpackt: axial, radial und SMD. Traditionelle Axialtyp Pakete sind weniger heute verwenden, sind jedoch immer noch angegeben für Punkt-zu-Punkt - Verdrahtung und einige traditionellen Durchgangsloch Leiterplatten. Der gebräuchlichste Formfaktor ist der radiale Typ (single ended), wobei sich beide Anschlüsse auf einer Seite des Kondensatorkörpers befinden. Um das automatisierte Einsetzen zu erleichtern , werden radiale Kunststofffolienkondensatoren üblicherweise mit Anschlussabständen in standardisierten Abständen konstruiert, beginnend mit 2,5 mm Rastermaß und zunehmend in 2,5 mm Schritten. Radialkondensatoren sind in Kunststoffgehäusen vergossen oder in Epoxidharz getaucht erhältlich, um den Kondensatorkörper vor Umwelteinflüssen zu schützen. Obwohl die transiente Hitze beim Reflow-Löten hohe Spannungen in den Kunststofffolienmaterialien induziert, sind Folienkondensatoren, die solchen Temperaturen standhalten können, in SMD- Gehäusen (Surface Mounted Device ) erhältlich.

Historische Entwicklung

Vor der Einführung von Kunststofffolien wurden häufig Kondensatoren verwendet, bei denen ein Streifen imprägniertes Papier zwischen Metallstreifen gelegt und das Ergebnis zu einem Zylinder gerollt wurde – Papierkondensatoren –; ihre Herstellung begann im Jahr 1876, und sie wurden ab dem frühen 20. Jahrhundert als Entkopplungskondensatoren in der Telekommunikation (Telefonie) verwendet.

Mit der Entwicklung von Kunststoffmaterialien durch organische Chemiker während des Zweiten Weltkriegs begann die Kondensatorindustrie, Papier durch dünnere Polymerfolien zu ersetzen. Eine sehr frühe Entwicklung bei Folienkondensatoren wurde 1944 im britischen Patent 587,953 beschrieben. Die Einführung von Kunststoffen in Kunststofffolienkondensatoren erfolgte ungefähr in der folgenden historischen Reihenfolge: Polystyrol (PS) 1949, Polyethylenterephthalat (PET/"Polyester") und Zellulose Acetat (CA) 1951, Polycarbonat (PC/Lexan) 1953, Polytetrafluorethylen (PTFE/Teflon) 1954, Polyparylene 1954, Polypropylen (PP) 1954, Polyethylen (PE) 1958 und Polyphenylensulfid (PPS) in 1967. Mitte der 1960er Jahre gab es eine breite Palette unterschiedlicher Kunststoff-Folien-Kondensatoren von vielen, meist europäischen und US-amerikanischen Herstellern. Deutsche Hersteller wie WIMA, Roederstein , Siemens und Philips waren richtungsweisend und führend in einem von Unterhaltungselektronik getriebenen Weltmarkt.

Einer der großen Vorteile von Kunststofffolien für die Kondensatorherstellung besteht darin, dass Kunststofffolien erheblich weniger Fehler aufweisen als Papierbögen, die in Papierkondensatoren verwendet werden. Dies ermöglicht die Herstellung von Kunststofffolienkondensatoren mit nur einer Lage Kunststofffolie, während Papierkondensatoren eine doppelte Papierlage benötigen. Kunststofffolienkondensatoren hatten eine signifikant kleinere physikalische Größe (bessere volumetrische Effizienz ), mit dem gleichen Kapazitätswert und der gleichen Durchschlagsfestigkeit wie vergleichbare Papierkondensatoren. Auch damals neue Kunststoffe zeigten gegenüber Papier weitere Vorteile. Kunststoff ist viel weniger hygroskopisch als Papier, wodurch die schädlichen Auswirkungen einer unvollkommenen Versiegelung verringert werden. Darüber hinaus unterliegen die meisten Kunststoffe über lange Zeiträume weniger chemischen Veränderungen, was eine langfristige Stabilität ihrer elektrischen Parameter gewährleistet. Seit etwa 1980 wurden Papierkondensatoren und metallisierte Papierkondensatoren (MP-Kondensatoren) für die meisten DC-Elektronikanwendungen mit geringer Leistung fast vollständig durch PET-Folienkondensatoren ersetzt. Papier wird heute nur noch in RFI-Unterdrückungs- oder Motorlaufkondensatoren oder als gemischtes Dielektrikum in Kombination mit Polypropylenfolien in großen AC- und DC-Kondensatoren für Hochleistungsanwendungen verwendet.

Eine frühe Sonderform von Kunststoff-Folien-Kondensatoren waren die Zellulose-Acetat- Folien-Kondensatoren, auch MKU-Kondensatoren genannt. Das polare isolierende Dielektrikum Celluloseacetat war ein Kunstharz, das für metallisierte Kondensatoren mit Lackfilmdicken bis hinunter zu etwa 3 µm hergestellt werden konnte. Eine flüssige Schicht Celluloseacetat wurde zunächst auf einen Papierträger aufgetragen, dann mit Wachs überzogen, getrocknet und anschließend metallisiert. Beim Aufwickeln des Kondensatorkörpers wurde das Papier von der metallisierten Folie entfernt. Die verbleibende dünne Celluloseacetatschicht hatte einen dielektrischen Durchbruch von 63 V, ausreichend für viele allgemeine Anwendungen. Die sehr geringe Dicke des Dielektrikums verringerte die Gesamtabmessungen dieser Kondensatoren im Vergleich zu anderen Filmkondensatoren dieser Zeit. MKU-Folienkondensatoren werden nicht mehr hergestellt, da Polyesterfolienkondensatoren jetzt in den kleineren Größen hergestellt werden können, die die Marktnische des MKU-Typs waren.

Folienkondensatoren sind seit Beginn der Technologie deutlich kleiner geworden. Durch die Entwicklung dünnerer Kunststofffolien konnten beispielsweise die Abmessungen von metallisierten Polyesterfolienkondensatoren um den Faktor 3 bis 4 verringert werden.

Die wichtigsten Vorteile von Folienkondensatoren sind die Stabilität ihrer elektrischen Werte über lange Zeiträume, ihre Zuverlässigkeit und niedrigere Kosten als bei einigen anderen Typen für die gleichen Anwendungen. Speziell für Anwendungen mit hohen Stromimpulsbelastungen oder hohen Wechselstrombelastungen in Bordnetzen stehen hochbelastbare Folienkondensatoren, hier "Leistungskondensatoren" genannt, mit dielektrischen Nennwerten von mehreren Kilovolt zur Verfügung.

Die Herstellung von Folienkondensatoren hat jedoch eine kritische Abhängigkeit von der Materiallieferkette. Jedes der weltweit verwendeten Kunststofffolienmaterialien für Folienkondensatoren wird von nur zwei oder drei großen Lieferanten produziert. Der Grund dafür ist, dass die vom Markt benötigten Massenmengen für Folienkappen im Vergleich zu typischen Produktionsserien von Chemieunternehmen recht gering sind. Dies führt zu einer großen Abhängigkeit der Kondensatorhersteller von relativ wenigen Chemieunternehmen als Rohstofflieferanten. So hat die Bayer AG im Jahr 2000 die Produktion von Polycarbonatfolien aufgrund unrentabler Absatzmengen eingestellt. Die meisten Hersteller von Polycarbonat-Folienkondensatoren mussten ihr Produktangebot schnell auf einen anderen Kondensatortyp umstellen, und es waren viele teure Testgenehmigungen für neue Designs erforderlich.

Ab 2012 waren in der Kondensatorenindustrie nur noch fünf Kunststoffe als Folien für Kondensatoren weit verbreitet: PET, PEN, PP, PPS und PTFE. Andere Kunststoffe sind nicht mehr gebräuchlich, weil sie entweder nicht mehr hergestellt oder durch bessere Materialien ersetzt wurden. Sogar die seit langem hergestellten Folienkondensatoren aus Polystyrol (PS) und Polycarbonat (PC) wurden weitgehend durch die zuvor genannten Folientypen ersetzt, obwohl mindestens ein Hersteller von PC-Kondensatoren die Möglichkeit behält, eigene Folien aus rohem Polycarbonat-Rohmaterial herzustellen. Die weniger verbreiteten Kunststofffolien werden hier kurz beschrieben, da sie noch in älteren Ausführungen anzutreffen und bei einigen Anbietern noch erhältlich sind.

Aus einfachen Anfängen haben sich Folienkondensatoren zu einem sehr breiten und hochspezialisierten Sortiment unterschiedlicher Typen entwickelt. Bis zum Ende des 20. Jahrhunderts hatte sich die Massenproduktion der meisten Folienkondensatoren nach Fernost verlagert. Einige große Firmen produzieren in Europa und in den USA noch immer hochspezialisierte Folienkondensatoren für Strom- und Wechselstromanwendungen.

Dielektrische Materialien und ihr Marktanteil

In der folgenden Tabelle sind die am häufigsten verwendeten dielektrischen Polymere für Folienkondensatoren aufgeführt.

Dielektrikum: allgemeine Namen, chemische Namen, Abkürzungen und Handelsnamen

Dielektrikum	Abkürzung	Handelsname
Polypropylen	PP	Tervakoski-Film, Treofan
Polyester , Polyethylenterephthalat	HAUSTIER	Hostaphan, Mylar
Polyethylennaphthalat	STIFT	Kaladex
Polyphenylensulfid	PPS	Torelina
Polytetrafluorethylen	PTFE	Teflon
Polystyrol	PS	Styroflex
Polycarbonat	PC	Makrofol

Auch können verschiedene Folienmaterialien gemischt werden, um Kondensatoren mit besonderen Eigenschaften herzustellen.

Die am häufigsten verwendeten Folienmaterialien sind Polypropylen mit einem Marktanteil von 50 %, gefolgt von Polyester mit einem Anteil von 40 %. Die restlichen 10 % entfallen auf die anderen dielektrischen Materialien, darunter Polyphenylensulfid und Papier mit jeweils rund 3 %.

Polycarbonat-Folienkondensatoren werden nicht mehr hergestellt, da das dielektrische Material nicht mehr verfügbar ist.

Eigenschaften von Folienmaterialien für Folienkondensatoren

Die elektrischen Eigenschaften sowie das Temperatur- und Frequenzverhalten von Folienkondensatoren werden im Wesentlichen durch die Art des Materials bestimmt, das das Dielektrikum des Kondensators bildet. Die folgende Tabelle listet die wichtigsten Eigenschaften der wichtigsten heute verwendeten Kunststofffolienmaterialien auf. Eigenschaften von gemischten Filmmaterialien sind hier nicht aufgeführt.

Die Zahlen in dieser Tabelle sind Spezifikationen verschiedener Hersteller von Folienkondensatoren für industrielle elektronische Anwendungen entnommen.

Der große Wertebereich für den Verlustfaktor umfasst sowohl typische als auch maximale Angaben aus Datenblättern der verschiedenen Hersteller. Typische elektrische Werte für Leistung und große Wechselstromkondensatoren wurden in dieser Tabelle nicht berücksichtigt.

Eigenschaften von Kunststofffolienmaterialien für Folienkondensatoren

		Filmmaterial, Kurzcodes
Filmeigenschaften		HAUSTIER	STIFT	PPS	PP
Relative Permittivität bei 1 kHz		3.3	3.0	3.0	2.2
Mindestschichtdicke (μm)		0,7...0,9	0,9...1,4	1,2	1,9...3,0
Feuchtigkeitsaufnahme (%)		niedrig	0,4	0,05	<0,1
Spannungsfestigkeit (V/μm)		~580	~500	~470	~650
Kommerziell realisierte Spannungsfestigkeit (V/μm)		280	300	220	400
Gleichspannungsbereich (V)		50—1000	16—250	16—100	40—2000
Kapazitätsbereich		100 pF – 22 μF	100 pF – 1 μF	100 pF – 0,47 μF	100 pF – 10 μF
Anwendungstemperaturbereich (°C)		-55 — +125 /+150	-55 — +150	-55 — +150	-55 — +105
ΔC/C versus Temperaturbereich (%)		±5	±5	±1,5	±2,5
Verlustfaktor (•10 −4 )
	bei 1 kHz	50—200	42—80	2—15	0,5—5
	bei 10 kHz	110—150	54—150	2,5—25	2—8
	bei 100 kHz	170—300	120—300	12—60	2—25
	bei 1 MHz	200—350	–	18—70	4—40
Zeitkonstante R Iso •C (s)	bei 25 °C	10000	10000	10000	100000
	bei 85 °C	1.000	1.000	1.000	10.000
Dielektrische Absorption (%)		0,2—0,5	1—1.2	0,05—0,1	0,01—0,1
Spezifische Kapazität (nF•V/mm 3 )		400	250	140	50

Folienkondensatoren aus Polypropylen (PP)

Polypropylen -Folienkondensatoren besitzen ein Dielektrikum aus dem thermoplastischen, unpolaren, organischen und teilkristallinen Polymermaterial Polypropylen (PP), Handelsname Treofan, aus der Familie der Polyolefine . Sie werden sowohl als metallisierte Wickel- und Stapelversionen als auch als Film-/Folie-Typen hergestellt. Polypropylenfolie ist die am häufigsten verwendete dielektrische Folie in Industriekondensatoren und auch in Leistungskondensatortypen. Das Polypropylen-Folienmaterial nimmt weniger Feuchtigkeit auf als Polyesterfolie und eignet sich daher auch für „nackte“ Designs ohne jegliche Beschichtung oder weitere Verpackung. Die maximale Temperatur von 105 °C verhindert jedoch den Einsatz von PP-Folien in SMD-Verpackungen.

Die Temperatur- und Frequenzabhängigkeiten der elektrischen Parameter bei Polypropylenfolienkondensatoren sind sehr gering. Polypropylen-Folienkondensatoren haben in ihrem Temperaturbereich einen linearen, negativen Temperaturkoeffizienten der Kapazität von ±2,5 %. Daher eignen sich Polypropylenfolienkondensatoren für Anwendungen in frequenzbestimmenden Schaltungen der Klasse 1, Filter, Oszillatorschaltungen, Audioschaltungen und Zeitgebern. Sie eignen sich auch zur Kompensation von Induktionsspulen in Präzisionsfilteranwendungen und für Hochfrequenzanwendungen.

Die Norm IEC/EN 60384-13 spezifiziert neben der Anwendungsklassenqualifizierung für die Folien-/Folienausführung von PP-Folienkondensatoren drei „Stabilitätsklassen“. Diese Stabilitätsklassen geben die Toleranz der Temperaturkoeffizienten zusammen mit der zulässigen Kapazitätsänderung nach definierten Prüfungen an. Sie sind in verschiedene Temperaturkoeffizientenklassen (α) mit zugehörigen Toleranzen und bevorzugten Werten der zulässigen Kapazitätsänderung nach mechanischen, Umgebungs- (Feuchtigkeits-) und Lebensdauertests unterteilt.

Stabilitätsklassen von Polypropylen-Folie/Folien-Kondensatoren nach IEC/EN 60384-13

Stabilität Klasse	Temperaturkoeffizient (α) und Toleranz in Teilen pro Million pro Kelvin 10 −6 /K					Zulässige Kapazitätsänderung Obere Kategorie Temperatur
	-80	-100	-125	-160	-250	85 °C	100 °C
1	±40	±50	±60	±80	±120	±(0,5 %+0,5 pF)	±(1 %+0,5 pF)
2	-	±100	±125	±160	±250	±(1 %+1 pF)	±(1 %+1 pF)
3	-	-	-	±160	±250	±(2 %+2 pF)	±(5 %+2 pF)

Die Tabelle gilt nicht für Kapazitätswerte kleiner als 50 pF.

Darüber hinaus haben PP-Folienkondensatoren die niedrigste dielektrische Absorption , wodurch sie sich für Anwendungen wie VCO- Timing-Kondensatoren, Sample-and-Hold- Anwendungen und Audioschaltungen eignen . Sie sind für diese Präzisionsanwendungen in sehr engen Kapazitätstoleranzen erhältlich.

Der Verlustfaktor von PP-Folienkondensatoren ist kleiner als der anderer Folienkondensatoren. Aufgrund des geringen und sehr stabilen Verlustfaktors über einen weiten Temperatur- und Frequenzbereich auch bei sehr hohen Frequenzen und ihrer hohen Spannungsfestigkeit von 650 V/μm können PP-Folienkondensatoren in metallisierter und in Folien-/Folienausführung als Kondensatoren eingesetzt werden für Pulsanwendungen, wie CRT-Scan-Ablenkschaltungen, oder als sogenannte " Snubber "-Kondensatoren, oder in IGBT- Anwendungen. Darüber hinaus werden Polypropylenfolienkondensatoren in Wechselstromanwendungen verwendet, wie beispielsweise Motorlaufkondensatoren oder Kondensatoren zur Leistungsfaktorkorrektur (PFC).

Polypropylenfolienkondensatoren werden häufig zur EMI-Unterdrückung verwendet , einschließlich des direkten Anschlusses an das Stromversorgungsnetz. In letzterem Anwendungsfall müssen sie besondere Prüf- und Zertifizierungsanforderungen bezüglich Sicherheit und Nichtbrennbarkeit erfüllen.

Die meisten Leistungskondensatoren, die größten hergestellten Kondensatoren, verwenden im Allgemeinen Polypropylenfolie als Dielektrikum. PP-Folienkondensatoren werden für Hochfrequenz-Hochleistungsanwendungen wie Induktionserwärmung , für Anwendungen zur gepulsten Energieentladung und als Wechselstromkondensatoren für die elektrische Verteilung verwendet. Die Wechselspannungsnennwerte dieser Kondensatoren können bis zu 400 kV betragen.

Die relativ niedrige Permittivität von 2,2 ist ein kleiner Nachteil, und PP-Folienkondensatoren neigen dazu, physikalisch etwas größer zu sein als andere Folienkappen.

Die Kondensatorfolien werden bis zu einer Dicke von 20 µm und einer Rollenbreite von bis zu 140 mm hergestellt. Die Rollen werden nach den für den Kondensator erforderlichen Spezifikationen paarweise sorgfältig vakuumverpackt.

Folienkondensatoren aus Polyester (PET)

Polyesterfolienkondensatoren sind Folienkondensatoren, die ein Dielektrikum aus dem thermoplastischen polaren Polymermaterial Polyethylenterephthalat (PET), Handelsnamen Hostaphan oder Mylar , aus der Polyesterfamilie verwenden. Sie werden sowohl als metallisierte Wickel- und Stapelversionen als auch als Film-/Folie-Typen hergestellt. Die Polyesterfolie nimmt nur sehr wenig Feuchtigkeit auf und eignet sich dadurch für "nackte" Designs ohne weitere Beschichtung. Sie sind die kostengünstigen Massenkondensatoren in der modernen Elektronik mit relativ kleinen Abmessungen bei relativ hohen Kapazitätswerten. PET-Kondensatoren werden hauptsächlich als Allzweckkondensatoren für Gleichstromanwendungen oder für halbkritische Schaltungen mit Betriebstemperaturen bis 125 °C verwendet. Die maximale Temperaturbeständigkeit von 125 °C ermöglicht auch die Herstellung von SMD -Folienkondensatoren mit PET-Folien. Die geringen Polyesterkosten und die relativ kompakten Abmessungen sind die Hauptgründe für die hohe Verbreitung von PET-Folienkondensatoren in modernen Designs.

Die geringen Abmessungen von PET-Folienkondensatoren resultieren aus einer hohen relativen Permittivität von 3,3, kombiniert mit einer relativ hohen Spannungsfestigkeit führt zu einem relativ hohen volumetrischen Wirkungsgrad . Dieser Vorteil der Kompaktheit geht mit einigen Nachteilen einher. Die Temperaturabhängigkeit der Kapazität von Polyesterfolienkondensatoren ist im Vergleich zu anderen Folienkondensatoren relativ hoch, ±5% über den gesamten Temperaturbereich. Die Kapazitätsfrequenzabhängigkeit von Polyesterfolienkondensatoren im Vergleich zu den anderen Folienkondensatoren liegt im Bereich von 100 Hz bis 100 kHz an der Obergrenze bei -3%. Auch die Temperatur- und Frequenzabhängigkeit des Verlustfaktors ist bei Polyesterfolienkondensatoren im Vergleich zu den anderen Folienkondensatortypen höher.

Polyesterfolienkondensatoren werden hauptsächlich für allgemeine Anwendungen oder halbkritische Schaltungen mit Betriebstemperaturen bis 125 °C verwendet.

Folienkondensatoren aus Polyethylennaphthalat (PEN)

Folienkondensatoren aus Polyethylennaphthalat sind Folienkondensatoren, die ein Dielektrikum verwenden, das aus dem thermoplastischen biaxialen Polymermaterial Polyethylennaphthalat (PEN), Handelsnamen Kaladex, Teonex, besteht. Sie werden nur als metallisierte Typen hergestellt. PEN gehört wie PET zur Polyesterfamilie, weist jedoch eine bessere Stabilität bei hohen Temperaturen auf. Daher eignen sich PEN-Folienkondensatoren eher für Hochtemperaturanwendungen und für das SMD-Packaging.

Die Temperatur- und Frequenzabhängigkeit der elektrischen Eigenschaften für Kapazität und Verlustfaktor von PEN-Folienkondensatoren sind ähnlich wie bei PET-Folienkondensatoren. Aufgrund der kleineren relativen Permittivität und der geringeren dielektrischen Festigkeit des PEN-Polymers sind PEN-Filmkondensatoren für eine gegebene Kapazität und einen gegebenen Nennspannungswert physikalisch größer. Trotzdem werden PEN-Folienkondensatoren gegenüber PET bevorzugt, wenn die Umgebungstemperatur im Betrieb der Kondensatoren dauerhaft über 125 °C liegt. Das spezielle PEN "high voltage" (HV) Dielektrikum bietet hervorragende elektrische Eigenschaften während der Lebensdauertests bei hohen Spannungen und hohen Temperaturen (175 °C). PEN-Kondensatoren werden hauptsächlich zum unkritischen Filtern, Koppeln und Entkoppeln in elektronischen Schaltungen verwendet, wenn die Temperaturabhängigkeiten keine Rolle spielen.

Folienkondensatoren aus Polyphenylensulfid (PPS)

Polyphenylensulfid-Folienkondensatoren sind Folienkondensatoren mit Dielektrikum aus dem thermoplastischen, organischen und teilkristallinen Polymermaterial Poly(p-phenylensulfid) (PPS), Handelsname Torelina. Sie werden nur als metallisierte Typen hergestellt.

Die Temperaturabhängigkeit der Kapazität von PPS-Folienkondensatoren über den gesamten Temperaturbereich ist im Vergleich zu anderen Folienkondensatoren sehr gering (± 1,5%). Auch die Frequenzabhängigkeit im Bereich von 100 Hz bis 100 kHz der Kapazität der PPS-Folienkondensatoren ist mit ± 0,5% sehr gering im Vergleich zu anderen Folienkondensatoren. Der Verlustfaktor von PPS-Filmkondensatoren ist recht klein und die Temperatur- und Frequenzabhängigkeit des Verlustfaktors über einen weiten Bereich ist sehr stabil. Erst bei Temperaturen über 100 °C steigt der Verlustfaktor auf größere Werte an. Die dielektrische Absorptionsleistung ist ausgezeichnet, hinter den dielektrischen Kondensatoren aus PTFE und PS.

Polyphenylensulfid-Filmkondensatoren eignen sich gut für Anwendungen in frequenzbestimmenden Schaltungen und für Hochtemperaturanwendungen. Aufgrund ihrer guten elektrischen Eigenschaften sind PPS-Folienkondensatoren ein idealer Ersatz für Polycarbonat-Folienkondensatoren, deren Produktion seit 2000 weitgehend eingestellt wurde.

Neben ihren hervorragenden elektrischen Eigenschaften halten PPS-Folienkondensatoren Temperaturen bis 270 °C stand, ohne die Folienqualität zu beeinträchtigen, sodass PPS-Folienkondensatoren für SMD-Bauteile (SMD) geeignet sind und die erhöhten Reflow-Löttemperaturen für Blei vertragen -freies Löten gemäß der Richtlinie RoHS 2002/95/EG .

Die Kosten eines PPS-Folienkondensators sind normalerweise höher als die eines PP-Folienkondensators.

Folienkondensatoren aus Polytetrafluorethylen (PTFE)

Folienkondensatoren aus Polytetrafluorethylen bestehen aus einem Dielektrikum aus dem synthetischen Fluorpolymer Polytetrafluorethylen (PTFE), einem hydrophoben festen Fluorkohlenstoff. Sie werden sowohl metallisiert als auch als Film/Folie-Typen hergestellt, obwohl eine schlechte Haftung auf dem Film die Metallisierung erschwert. PTFE ist oft unter dem DuPont- Warenzeichen Teflon bekannt .

Polytetrafluorethylen-Folienkondensatoren zeichnen sich durch eine sehr hohe Temperaturbeständigkeit bis 200 °C und noch weiter bis 260 °C mit Spannungs-Derating aus. Der Verlustfaktor 2 • 10 ⁻⁴ ist recht klein. Die Kapazitätsänderung über den gesamten Temperaturbereich von +1% bis -3% ist etwas höher als bei Polypropylen-Folienkondensatoren. Da jedoch die kleinste verfügbare Foliendicke für PTFE-Folien 5,5 µm beträgt, etwa das Doppelte der Dicke von Polypropylenfolien, sind die PTFE-Folienkondensatoren physikalisch voluminöser als PP-Folienkondensatoren. Es fügte hinzu, dass die Filmdicke auf der Oberfläche nicht konstant ist, so dass Teflonfilme schwierig herzustellen sind. Daher ist die Zahl der Hersteller von PTFE-Folienkondensatoren begrenzt.

PTFE-Folienkondensatoren sind mit Nennspannungen von 100 V bis 630 V DC erhältlich. Sie werden in militärischen Geräten, in der Luft- und Raumfahrt, in geologischen Sonden, in Burn-In-Schaltungen und in hochwertigen Audio-Schaltungen eingesetzt. Hauptproduzenten von PTFE-Folienkondensatoren befinden sich in den USA.

Folienkondensatoren aus Polystyrol (PS)

Polystyrol -Folienkondensatoren, manchmal auch als "Styroflex-Kondensatoren" bekannt, waren viele Jahre lang als kostengünstige Folienkondensatoren für allgemeine Anwendungen bekannt, bei denen eine hohe Kapazitätsstabilität, ein niedriger Verlustfaktor und niedrige Leckströme erforderlich waren. Da die Foliendicke jedoch nicht dünner als 10 µm gemacht werden konnte und die maximalen Temperaturwerte nur 85 °C erreichten, wurden die PS-Folienkondensatoren ab 2012 größtenteils durch Polyesterfolien-Kondensatoren ersetzt. Einige Hersteller bieten jedoch möglicherweise noch PS-Folie an Kondensatoren in ihrem Produktionsprogramm, unterstützt durch große Mengen an Polystyrolfolie in ihrem Lager. Polystyrol-Kondensatoren haben einen wichtigen Vorteil - sie haben einen Temperaturkoeffizienten nahe Null und sind daher in Schwingkreisen nützlich, bei denen eine Temperaturdrift vermieden werden muss.

Folienkondensatoren aus Polycarbonat (PC)

Polycarbonat -Folienkondensatoren sind Folienkondensatoren mit einem Dielektrikum aus den polymerisierten Estern von Kohlensäure und zweiwertigen Alkoholen Polycarbonat (PC), manchmal auch unter dem Markennamen Makrofol. Sie werden als gewickelte metallisierte sowie als Film-/Folie-Typen hergestellt.

Diese Kondensatoren haben einen geringen Verlustfaktor und aufgrund ihrer relativ temperaturunabhängigen elektrischen Eigenschaften von ca. ±80 ppm über den gesamten Temperaturbereich viele Anwendungen für verlustarme und temperaturstabile Anwendungen wie Zeitschaltkreise, präzise und Signalfilter in Anwendungen mit rauen Umgebungsbedingungen. PC-Folienkondensatoren wurden seit Mitte der 1950er Jahre hergestellt, doch der Hauptlieferant von Polycarbonatfolien für Kondensatoren hatte die Produktion dieses Polymers in Folienform ab dem Jahr 2000 eingestellt. Dies führte dazu, dass die meisten Hersteller von Polycarbonat-Folienkondensatoren weltweit musste die Produktion von PC-Folienkondensatoren einstellen und wechselte stattdessen auf Polypropylen-Folienkondensatoren. Die meisten der früheren PC-Kondensatoranwendungen haben zufriedenstellende Ersatzstoffe durch PP-Filmkondensatoren gefunden.

Es gibt jedoch Ausnahmen. Der Hersteller Electronic Concepts Inc, (New Jersey, USA) behauptet, ein eigener Hersteller seiner eigenen Polycarbonatfolie zu sein und produziert weiterhin PC-Folienkondensatoren. Neben diesem Hersteller von Polycarbonat-Folienkondensatoren gibt es weitere, meist in den USA ansässige Spezialhersteller.

Papier-(Film-)Kondensatoren (MP) und Mischfilm-Kondensatoren

• Leistungsfolienkondensatoren mit metallisiertem Papier als Träger der Elektroden, ihre unterschiedlichen Konfigurationen und ihre üblichen Kurzbezeichnungen
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  MP-Kondensator, einseitig metallisiertes Papier (zusätzliche Papierlage zur Abdeckung von Pinhole-Fehlern), Wicklungen mit Isolieröl imprägniert

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  MKP Leistungskondensator, einseitig metallisiertes Papier und Polypropylenfolie, (Mischdielektrikum), Wicklungen mit Isolieröl imprägniert

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  MKV-Leistungskondensator, beidseitig metallisiertes Papier (feldfreier mechanischer Träger der Elektroden), Polypropylenfolie (Dielektrikum), Wicklungen mit Isolieröl imprägniert

Historisch gesehen waren die ersten Kondensatoren vom "Film"-Typ Papierkondensatoren mit Film/Folien-Konfiguration. Sie waren ziemlich sperrig und nicht besonders zuverlässig. Ab 2012 wird Papier in Form von metallisiertem Papier für MP-Kondensatoren mit selbstheilenden Eigenschaften zur EMI-Unterdrückung verwendet. Papier wird auch als isolierender mechanischer Träger von metallisierten Schichtelektroden verwendet und mit Polypropylen-Dielektrikum kombiniert, hauptsächlich in Leistungskondensatoren, die für Hochstrom-AC- und Hochspannungs-DC-Anwendungen ausgelegt sind.

Papier als Träger der Elektroden hat die Vorteile geringerer Kosten und einer etwas besseren Haftung der Metallisierung auf Papier als auf Polymerfolien. Doch Papier allein als Dielektrikum in Kondensatoren ist den wachsenden Qualitätsanforderungen moderner Anwendungen nicht zuverlässig genug. Die Kombination von Papier mit Polypropylenfoliendielektrikum ist eine kostengünstige Möglichkeit zur Verbesserung von Qualität und Leistung. Die bessere Haftung der Metallisierung auf Papier ist insbesondere bei hohen Stromimpulsbelastungen von Vorteil und das Dielektrikum aus Polypropylenfolie erhöht die Belastbarkeit.

Die Rauheit einer metallisierten Papieroberfläche kann jedoch viele kleine luftgefüllte Blasen zwischen dem Dielektrikum und der Metallisierung verursachen, wodurch die Durchbruchspannung des Kondensators verringert wird. Aus diesem Grund werden größere Folienkondensatoren oder Leistungskondensatoren mit Papier als Träger der Elektroden üblicherweise mit einem isolierenden Öl oder Gas gefüllt, um die Luftblasen für eine höhere Durchbruchspannung zu verdrängen.

Da jedoch fast jeder große Hersteller eigene Folienkondensatoren mit Mischfolienmaterialien anbietet, ist es schwierig, einen allgemeingültigen und allgemeinen Überblick über die spezifischen Eigenschaften von Mischfolienkondensatoren zu geben.

Andere Plastikfolienkondensatoren

Neben den oben beschriebenen Folien ((Polypropylen (PP), Polyethylenterephthalat Polyester PET), Polyphenylene Sulfide (PPS), Polyethylen Naphthalat (PEN), Polycarbonat (PP), Polystyrol (PS) und Polytetrafluorethylen (PTFE))) einige andere Kunststoffe Materialien können als Dielektrikum in Filmkondensatoren verwendet werden. Thermoplastische Polymere wie Polyimid (PI), Polyamid (PA, besser bekannt als Nylon oder Perlon), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Siloxan , Polysulfon (PEx) und aromatisches Polyester (FPE) werden in der Fachliteratur als mögliche dielektrische Filme für Kondensatoren. Der Hauptgrund für die Erwägung neuer Folienmaterialien für Kondensatoren ist die relativ niedrige Dielektrizitätskonstante der üblicherweise verwendeten Materialien. Mit einer höheren Permittivität könnten Folienkondensatoren noch kleiner gemacht werden, ein Vorteil auf dem Markt für kompaktere tragbare elektronische Geräte.

1984 , um eine neue Filmkondensator - Technologie , die Marken im Vakuum abgeschiedenen elektronenstrahl vernetzten Acrylat - Materialien als Dielektrikum in Kondensatoren Film wurde als ein Patent in der Presse bekannt gegeben. Aber ab 2012 vermarktet nur ein Hersteller einen bestimmten Acrylat-SMD-Folienkondensator als X7R MLCC-Ersatz.

Polyimid (PI), ein thermoplastisches Polymer aus Imidmonomeren , wird für Folienkondensatoren vorgeschlagen, die als Polyimid-, PI- oder Kapton-Kondensatoren bezeichnet werden. Kapton ist der Handelsname von Polyimid von DuPont . Dieses Material ist wegen seiner hohen Temperaturbeständigkeit bis 400 °C interessant. Aber ab dem Jahr 2012 keine spezifischen PI - Kondensator - Serie Film haben Kondensatoren angekündigt. Der von "dhgate" angekündigte Folienkondensator Kapton CapacitorCL11 ist ein "Typ: Polypropylene Film Capacitor". Ein weiterer sehr seltsamer Kapton-Kondensator ist bei YEC, einem chinesischen Hersteller von Kondensatoren, zu finden. Hier sind die angekündigten "Kapton-Kondensatoren" in Wirklichkeit Superkondensatoren , eine ganz andere Technologie Vielleicht dient die Kapton-Folie bei diesen Superkondensatoren als Separator zwischen den Elektroden dieses Doppelschichtkondensators . Kaptonfolien werden häufig als Klebefolie für die Außenisolierung von Kondensatorgehäusen angeboten.

Polyvinylidenfluorid (PVDF) hat eine sehr hohe Permittivität von 18 bis 20, wodurch große Energiemengen auf kleinem Raum gespeichert werden können ( volumetrische Effizienz ). Allerdings hat es eine Curie-Temperatur von nur 60 °C, was seine Verwendbarkeit einschränkt. Folienkondensatoren mit PVDF werden für eine ganz spezielle Anwendung in tragbaren Defibrillatoren beschrieben .

Für alle anderen zuvor genannten Kunststoffmaterialien wie PA, PVDF, Siloxan, PEx oder FPE sind ab 2012 keine speziellen Serien von Folienkondensatoren mit diesen Kunststofffolien in kommerziellen Stückzahlen bekannt.

Standardisierung von Folienkondensatoren

Die Standardisierung aller elektrischen , elektronischen Komponenten und verwandter Technologien folgt den Regeln der International Electrotechnical Commission (IEC), einer gemeinnützigen , nichtstaatlichen internationalen Normungsorganisation . Die IEC-Normen sind mit den europäischen Normen EN harmonisiert.

Die Definition der Merkmale und das Verfahren der Prüfverfahren für Kondensatoren zur Verwendung in elektronischen Geräten sind in der generischen Spezifikation festgelegt:

• IEC/EN 60384-1, Festkondensatoren zur Verwendung in elektronischen Geräten – Teil 1: Fachgrundspezifikation

Die Prüfungen und Anforderungen an Folienkondensatoren für den Einsatz in elektronischen Geräten zur Zulassung als genormte Bauarten sind in folgenden Abschnittsspezifikationen festgelegt:

Normenübersicht für Folienkondensatoren

Standardnummer	Kurzname des Films	Kondensatoraufbau	Anschlüsse	Stromspannung	Standardbeschreibung
IEC/EN 60384-2	HAUSTIER	metallisiert	geführt	DC	Feste dielektrische DC-Kondensatoren mit metallisierter Polyethylen-Terephthalat-Folie
IEC/EN 60384-11	HAUSTIER	Film/Folie	geführt	DC	DC-Kondensatoren aus fester Polyethylen-Terephthalat-Folie mit dielektrischer Metallfolie
IEC/EN 60384-13	PP	Film/Folie	geführt	DC	Feste dielektrische Metallfolien-DC-Kondensatoren aus Polypropylenfolie
IEC/EN 60384-16	PP	metallisiert	geführt	DC	Feste dielektrische DC-Kondensatoren aus metallisiertem Polypropylenfilm
IEC/EN 60384-17	PP	metallisiert	geführt	AC	Festes Dielektrikum aus metallisiertem Polypropylenfilm Wechselstrom und Impuls
IEC/EN 60384-19	HAUSTIER	metallisiert	SMD	DC	Feste metallisierte Polyethylen-Terephthalat-Filmdielektrikums-Gleichstromkondensatoren zur Oberflächenmontage
IEC/EN 60384-20	PPS	metallisiert	SMD	DC	Feste metallisierte Polyphenylensulfid-Filmdielektrikums-Gleichstromkondensatoren zur Oberflächenmontage
IEC/EN 60384-23	STIFT	metallisiert	SMD	DC	Feste metallisierte Polyethylen-Naphthalat-Film-Dielektrikum-DC-Kondensatoren

Die Normung von Leistungskondensatoren orientiert sich stark an den Vorschriften zur Sicherheit von Personen und Geräten, die von der örtlichen Regulierungsbehörde vorgegeben werden. Die Konzepte und Definitionen zur Gewährleistung einer sicheren Anwendung von Leistungskondensatoren sind in folgenden Normen veröffentlicht:

• IEC/EN 61071 ; Kondensatoren für Leistungselektronik
• IEC/EN 60252-1 ; Kondensatoren für Wechselstrommotoren. Allgemein. Leistung, Prüfung und Bewertung. Sicherheitsanforderungen. Anleitung für Installation und Betrieb
• IEC/EN 60110-1 ; Leistungskondensatoren für Induktionserwärmungsanlagen - Allgemein
• IEC/EN 60567 ; Ölgefüllte elektrische Betriebsmittel - Probenahme von Gasen und von Öl zur Analyse von freien und gelösten Gasen – Leitfaden
• IEC/EN 60143-1 ; Reihenkondensatoren für Stromversorgungssysteme. Allgemein
• IEC/EN 60143-2 ; Reihenkondensatoren für Stromversorgungssysteme. Schutzausrüstung für Reihenkondensatorbänke
• IEC/EN 60143-3; Reihenkondensatoren für Stromversorgungssysteme - Interne Sicherungen
• IEC/EN 60252-2 ; Kondensatoren für Wechselstrommotoren. Motorstartkondensatoren
• IEC/EN 60831-1 ; Shunt-Leistungskondensatoren vom selbstheilenden Typ für Wechselstromsysteme mit einer Nennspannung bis einschließlich 1kV. Allgemein. Leistung, Prüfung und Bewertung. Sicherheitsanforderungen. Anleitung für Installation und Betrieb
• IEC/EN 60831-2 ; Shunt-Leistungskondensatoren vom selbstheilenden Typ für Wechselstromsysteme mit einer Nennspannung bis einschließlich 1000 V. Alterungstest, Selbstheilungstest und Zerstörungstest
• IEC/EN 60871-1 ; Shunt-Kondensatoren für Wechselstromsysteme mit einer Nennspannung über 1000 V. Allgemeines
• IEC/EN 60931-1 ; Shunt-Leistungskondensatoren des nicht selbstheilenden Typs für Wechselstromsysteme mit einer Nennspannung bis einschließlich 1 kV - Allgemeines - Leistung, Prüfung und Bemessung - Sicherheitsanforderungen - Leitfaden für Installation und Betrieb
• IEC/EN 60931-2 ; Shunt-Leistungskondensatoren vom nicht selbstheilenden Typ für Wechselstromsysteme mit einer Nennspannung bis einschließlich 1000 V. Alterungstest und Zerstörungstest
• IEC 60143-4 ; Reihenkondensatoren für Stromversorgungssysteme. Thyristorgesteuerte Serienkondensatoren
• IEC/EN 61921 ; Leistungskondensatoren. Niederspannungs-Leistungsfaktor-Korrekturbänke
• IEC/EN 60931-3 ; Shunt-Leistungskondensatoren vom nicht selbstheilenden Typ für Wechselstromsysteme mit einer Nennspannung bis einschließlich 1000 V. Interne Sicherungen
• IEC/EN 61881-1 ; Bahnanwendungen. Rollmaterialausrüstung. Kondensatoren für die Leistungselektronik. Kondensatoren aus Papier/Kunststofffolie
• IEC 62146-1 ; Staffelkondensatoren für Hochspannungs-Wechselstrom-Leistungsschalter

Der obige Text ist direkt aus den relevanten IEC-Normen entnommen, die die Abkürzungen "dc" für Direct Current (DC) und "ac" für Alternating Current (AC) verwenden.

Abkürzungen für Folienkondensatoren

Während der frühen Entwicklung von Folienkondensatoren haben einige große Hersteller versucht, die Namen verschiedener Folienmaterialien zu vereinheitlichen. Daraus entstand eine ehemalige deutsche Norm (DIN 41 379), die inzwischen zurückgezogen wurde, in der für jeden Werkstoff und jede Ausführungsart ein Kurzcode vorgeschrieben war. Viele Hersteller verwenden weiterhin diese De-facto-Standardabkürzungen.

Mit der Verlagerung des Massengeschäfts in die passive Bauelementeindustrie, zu der auch Folienkondensatoren gehören, verwenden viele der neuen Hersteller in Fernost jedoch eigene Abkürzungen, die sich von den bisher etablierten Abkürzungen unterscheiden.

Gängige Abkürzungen für Folienkondensatortypen

Dielektrisches Material	Chemische Abkürzung	Abkürzung für Folienkondensatortyp
		Film-/Folienaufbau	Metallisierte Konstruktion
Papier	(P)	–	(MP)
Polyethylenterephthalat, Polyester	HAUSTIER	(F)KT	MKT; MKS
Polyethylennaphthalat	STIFT	(F)KN	MKN
Polyphenylensulfid	PPS	(F)KI	MKI
Polypropylen	PP	(F)KP	MKP
Polytetrafluorethylen	PTFE	–	–
Polystyrol	PS	KS
Polycarbonat	PC	(F)KC	MKC

Elektrische Eigenschaften

Die Hersteller Wima, Vishay und TDK Epcos geben die elektrischen Parameter ihrer Folienkondensatoren in einem allgemeinen technischen Merkblatt an.

Reihenersatzschaltung

Die elektrischen Eigenschaften von Kondensatoren sind durch die internationale generische Spezifikation IEC/EN 60384-1 harmonisiert. In dieser Norm werden die elektrischen Eigenschaften von Kondensatoren durch eine idealisierte Reihenersatzschaltung mit elektrischen Bauteilen beschrieben, die alle ohmschen Verluste, kapazitiven und induktiven Parameter eines Folienkondensators abbilden:

• C , die Kapazität des Kondensators,
• R _isol , der Isolationswiderstand des Dielektrikums,
• R _ESR , der äquivalente Serienwiderstand, der alle ohmschen Verluste des Kondensators zusammenfasst, üblicherweise abgekürzt als "ESR".
• L _ESL , die äquivalente Serieninduktivität, die die effektive Selbstinduktivität des Kondensators ist, normalerweise abgekürzt als "ESL".

Die beiden Blindwiderstände haben folgende Beziehungen zur Kreisfrequenz "ω":

• Kapazität (kapazitive Reaktanz) :${\displaystyle X_{C}=-{\frac {1}{\omega C}}}$
• Induktivität (induktive Reaktanz):${\displaystyle X_{L}=\omega L_{\mathrm {ESL}}}$

Kapazitätsnormwerte und Toleranzen

Die Nennkapazität ist der Wert, für den der Kondensator ausgelegt ist. Die tatsächliche Kapazität von Folienkondensatoren hängt von der Messfrequenz und der Umgebungstemperatur ab. Normierte Bedingungen für Folienkondensatoren sind eine Messfrequenz von 1 kHz und eine Temperatur von 20 °C. Der Prozentsatz der zulässigen Abweichung der Kapazität vom Nennwert wird als Kapazitätstoleranz bezeichnet. Der tatsächliche Kapazitätswert eines Kondensators sollte innerhalb der Toleranzgrenzen liegen oder der Kondensator liegt außerhalb der Spezifikation.

Folienkondensatoren gibt es in verschiedenen Toleranzreihen, deren Werte in den Normen der E-Reihe nach IEC/EN 60063 angegeben sind. Für die Kurzbezeichnung auf engstem Raum ist in der IEC/EN 60062 für jede Toleranz ein Buchstabencode angegeben.

• Nennkapazität, Serie E96 , Toleranz ±1%, Buchstabencode "F"
• Nennkapazität, Serie E48 , Toleranz ±2%, Buchstabencode "G"
• Nennkapazität, E24-Serie , Toleranz ±5%, Buchstabencode "J"
• Nennkapazität, Serie E12 , Toleranz ±10%, Buchstabencode "K"
• Nennkapazität, Serie E6 , Toleranz ±20%, Buchstabencode "M"

Die erforderliche Kapazitätstoleranz wird durch die jeweilige Anwendung bestimmt. Die engen Toleranzen von E24 bis E96 werden für hochwertige Schaltungen wie Präzisionsoszillatoren und Timer genutzt. Für allgemeine Anwendungen wie unkritische Filter- oder Koppelschaltungen hingegen reichen die Toleranzreihen E12 oder E6 aus.

Frequenz- und Temperaturänderungen der Kapazität

Die unterschiedlichen Folienmaterialien weisen temperatur- und frequenzabhängige Unterschiede in ihren Eigenschaften auf. Die folgenden Grafiken zeigen das typische Temperatur- und Frequenzverhalten der Kapazität für verschiedene Folienmaterialien.

Nennspannungen

Gleichspannung

Die Nenngleichspannung V _R ist die maximale Gleichspannung oder der Spitzenwert der Impulsspannung oder die Summe einer angelegten Gleichspannung und dem Scheitelwert einer überlagerten Wechselspannung, die bei jeder Temperatur zwischen Kategorietemperatur und die Nenntemperatur.

Die Durchbruchspannung von Folienkondensatoren nimmt mit steigender Temperatur ab. Bei Verwendung von Folienkondensatoren bei Temperaturen zwischen der oberen Nenntemperatur und der oberen Kategorietemperatur ist nur eine temperaturreduzierte Kategoriespannung V _C zulässig. Die Deratingfaktoren gelten sowohl für Gleich- als auch für Wechselspannungen. Einige Hersteller haben möglicherweise ganz andere Derating-Kurven für ihre Kondensatoren als die allgemeinen Kurven im Bild rechts.

Der zulässige Scheitelwert einer überlagerten Wechselspannung, die sogenannte „Nennwelligkeitsspannung“, ist frequenzabhängig. Die geltenden Normen legen die folgenden Bedingungen unabhängig von der Art des dielektrischen Films fest.

Frequenz der überlagerten Wechselspannung	Prozentsätze der überlagerten Spitzenwechselspannung im Vergleich zur Nennspannung bei den angegebenen Frequenzen
50 Hz	20%
100 Hz	fünfzehn%
1 kHz	3%
10 kHz	1%

Wechselspannung und -strom

Folienkondensatoren sind nicht polarisiert und für den Umgang mit Wechselspannung geeignet. Da die Nennwechselspannung als Effektivwert angegeben ist, muss die Nennwechselspannung kleiner als die Nenngleichspannung sein. Typische Werte für Gleichspannungen und nominell bezogene Wechselspannungen sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:

Bemessungs-Gleichspannungen und Nenn-Wechselspannungen 50/60 Hz

Bemessungs-Gleichspannung	50 V	63 V	100 V	250 V	400 V	630 V	1000 V	1600 V	2000 V
AC-Nennspannung	30 V	40 V	63 V	160 V	220 V	250 V	350 V	550 V	700 V

Eine Wechselspannung verursacht einen Wechselstrom (bei angelegter Gleichspannung wird dies auch "Welligkeitsstrom" genannt), wobei das zyklische Laden und Entladen des Kondensators eine oszillierende Bewegung der elektrischen Dipole im Dielektrikum verursacht. Dies führt zu dielektrischen Verlusten , die die Hauptkomponente des ESR von Folienkondensatoren sind und die Wärme aus dem Wechselstrom erzeugen. Als Nennwechselspannung U _{R AC wird der} maximale Effektivwert der Wechselspannung bei einer bestimmten Frequenz bezeichnet, der dauerhaft (bis zur Nenntemperatur) an einen Kondensator angelegt werden darf . Bemessungswechselspannungen werden in der Regel bei der Netzfrequenz einer Region (50 oder 60 Hz) angegeben.

Die Bemessungswechselspannung wird im Allgemeinen so berechnet, dass eine interne Erwärmung von 8 bis 10 °K die zulässige Grenze für Folienkondensatoren festlegt. Diese Verluste nehmen mit zunehmender Frequenz zu, und Hersteller geben Kurven zum Derating der maximal zulässigen Wechselspannungen bei höheren Frequenzen vor.

Kondensatoren, einschließlich Folientypen, die für den Dauerbetrieb bei niederfrequenter Netzspannung (50 oder 60 Hz) ausgelegt sind, typischerweise zwischen Leitung und Neutralleiter oder Leitung und Erde zur Entstörung, müssen die Standard-Sicherheitsbewertungen erfüllen; zB ist X2 für den Betrieb zwischen Leitung und Neutralleiter bei 200-240 VAC und Y2 zwischen Leitung und Erde ausgelegt. Diese Typen sind auf Zuverlässigkeit ausgelegt und können im Fehlerfall sicher ausfallen (offen statt Kurzschluss). Ein nicht katastrophaler Fehlermodus bei dieser Anwendung ist auf den Koronaeffekt zurückzuführen : Die im Wicklungselement eingeschlossene Luft wird ionisiert und folglich leitfähiger, was Teilentladungen auf der metallisierten Oberfläche der Folie ermöglicht, was zu einer lokalen Verdampfung der Metallisierung führt. Dies tritt wiederholt auf und kann über ein oder zwei Jahre einen erheblichen Kapazitätsverlust (C-Abfall) verursachen. Der internationale Standard IEC60384-14 legt einen Grenzwert von 10 % C-Abfall pro 1.000 Teststunden (41 Tage Dauerverbindung) fest. Einige Kondensatoren sind darauf ausgelegt, diesen Effekt zu minimieren. Ein Verfahren auf Kosten erhöhter Größe und Kosten besteht darin, dass ein Kondensator, der bei 200–240 V Wechselspannung betrieben wird, intern aus zwei Teilen in Reihe besteht, die jeweils eine Spannung von 100–120 V Wechselspannung aufweisen, die nicht ausreicht, um eine Ionisation zu bewirken. Hersteller verwenden auch billigere und kleinere Konstruktionen, um einen Koronaeffekt ohne in Reihe geschaltete Abschnitte zu vermeiden, beispielsweise um eingeschlossene Luft zu minimieren.

Überspannungswerte

Bei Metallfolienkondensatoren ist die maximal mögliche Pulsspannung wegen der begrenzten Strombelastbarkeit zwischen dem Kontakt der Elektroden und den Elektroden selbst begrenzt. Die Nennpulsspannung V _p ist der Spitzenwert der Pulsspannung, die bei Nenntemperatur und bei gegebener Frequenz kontinuierlich an einen Kondensator angelegt werden darf. Die Pulsspannungskapazität wird als Pulsspannungsanstiegszeit dV/dT in V/μs angegeben und impliziert auch die maximale Pulsstromkapazität. Die Werte der Impulsanstiegszeit beziehen sich auf die Nennspannung. Bei niedrigeren Betriebsspannungen können sich die zulässigen Impulsanstiegszeiten verringern. Die zulässige Pulsbelastbarkeit eines Folienkondensators wird im Allgemeinen so bemessen, dass eine interne Temperaturerhöhung von 8 bis 10 °K akzeptabel ist.

Die maximal zulässige Impulsanstiegszeit von Folienkondensatoren, die im Nenntemperaturbereich eingesetzt werden dürfen, ist in den entsprechenden Datenblättern angegeben. Ein Überschreiten der maximal angegebenen Impulsbelastung kann zur Zerstörung des Kondensators führen.

Für jede einzelne Anwendung muss die Impulsbelastung berechnet werden. Eine allgemeine Regel zur Berechnung der Belastbarkeit von Folienkondensatoren ist aufgrund von herstellerbedingten Unterschieden, die sich aus den internen Konstruktionsdetails verschiedener Kondensatoren ergeben, nicht verfügbar. Als Beispiel für die allgemeingültigen Grundsätze wird daher auf das Berechnungsverfahren des Herstellers WIMA verwiesen.

Impedanz, Verlustfaktor und ESR

Impedanz

Die Impedanz ist das komplexe Verhältnis von Spannung zu Strom in einem Wechselstromkreis (AC) bei einer bestimmten Frequenz. ${\displaystyle \ Z=|Z|e^{j\theta}\quad}$

In Datenblättern von Folienkondensatoren wird nur der Betrag der Impedanz |Z| angegeben und einfach als "Z" geschrieben. Als Verlustfaktor wird die Phase der Impedanz angegeben . ${\displaystyle \tan\delta}$

Wenn die serienäquivalenten Werte eines Kondensators und und , sowie die Frequenz bekannt sind, kann mit diesen Werten die Impedanz berechnet werden. Die Impedanz ist dann die Summe der geometrischen (komplexen) Addition von Wirk- und Blindwiderstand. ${\displaystyle R_{\mathrm {ESR}}}$${\displaystyle X_{C}=-{\frac {1}{\omega C}}}$${\displaystyle X_{L}=\omega L_{\mathrm {ESL}}}$${\displaystyle Z}$

${\displaystyle Z={\sqrt {R_{\mathrm {ESR}}^{2}+(X_{\mathrm {C}}+X_{\mathrm {L}})^{2}}}}$

${\displaystyle Z={\sqrt {R_{\mathrm {ESR}}^{2}+(X_{\mathrm {C}}+(-X_{\mathrm {L}}))^{2}}} }$

Im Sonderfall Resonanz , bei dem beide Blindwiderstände und den gleichen Wert haben ( ), wird die Impedanz nur durch bestimmt . ${\displaystyle X_{C}=-{\frac {1}{\omega C}}}$${\displaystyle X_{L}=\omega L_{\mathrm {ESL}}}$${\displaystyle X_{C}=X_{L}}$${\displaystyle R_{\mathrm {ESR}}}$

Die Impedanz ist ein Maß für die Fähigkeit des Kondensators, Wechselströme durchzulassen. Je niedriger die Impedanz, desto leichter können Wechselströme durch den Kondensator geleitet werden. Folienkondensatoren zeichnen sich insbesondere im Vergleich zu Elektrolytkondensatoren durch sehr kleine Impedanzwerte und sehr hohe Resonanzfrequenzen aus .

Verlustfaktor (tan δ) und ESR

Der äquivalente Serienwiderstand (ESR) fasst alle ohmschen Verluste des Kondensators zusammen. Dies sind die Zuleitungswiderstände, der Kontaktwiderstand des Elektrodenkontakts, der Leitungswiderstand der Elektroden und die dielektrischen Verluste im dielektrischen Film. Den größten Anteil an diesen Verlusten haben in der Regel die dissipativen Verluste im Dielektrikum.

Bei Folienkondensatoren wird anstelle des ESR der Verlustfaktor tan  δ in den entsprechenden Datenblättern angegeben. Der Verlustfaktor wird durch den Tangens des Phasenwinkels zwischen der kapazitiven Reaktanz X _C minus der induktiven Reaktanz X _L und dem ESR bestimmt .

Wenn die Induktivität ESL klein ist, kann der Verlustfaktor wie folgt angenähert werden:

${\displaystyle \tan\delta ={\mbox{ESR}}\cdot \omega C}$

Der Grund für die Verwendung des Verlustfaktors anstelle des ESR ist, dass Filmkondensatoren ursprünglich hauptsächlich in frequenzbestimmenden Schwingkreisen verwendet wurden. Der Kehrwert des Verlustfaktors wird als Qualitätsfaktor "Q" definiert . Ein hoher Q-Wert ist bei Schwingkreisen ein Zeichen für die Güte der Resonanz.

Der Verlustfaktor bei Film/Folien-Kondensatoren ist geringer als bei metallisierten Filmkondensatoren aufgrund des geringeren Übergangswiderstands zur Folienelektrode im Vergleich zur metallisierten Filmelektrode.

Der Verlustfaktor von Folienkondensatoren ist frequenz-, temperatur- und zeitabhängig. Während sich die Frequenz- und Temperaturabhängigkeiten direkt aus physikalischen Gesetzen ergeben, hängt die Zeitabhängigkeit mit Alterungs- und Feuchtigkeitsadsorptionsprozessen zusammen.

• Typische Verläufe des Verlustfaktors für verschiedene Folienmaterialien in Abhängigkeit von Frequenz und Temperatur
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  Verlustfaktor verschiedener Folienmaterialien in Abhängigkeit von der Temperatur

• 

  Verlustfaktor verschiedener Folienmaterialien in Abhängigkeit von der Frequenz

Isolationswiderstand

Ein geladener Kondensator entlädt sich mit der Zeit über seinen eigenen inneren Isolationswiderstand R _isol . Die Multiplikation des Isolationswiderstandes mit der Kapazität des Kondensators ergibt eine Zeitkonstante, die als "Selbstentladungszeitkonstante" bezeichnet wird: (τ _isol = R _isol •C). Dieser ist ein Maß für die Qualität des Dielektrikums hinsichtlich seiner isolierenden Eigenschaften und wird sekundenschnell dimensioniert. Übliche Werte für Folienkondensatoren reichen von 1000 s bis 1.000.000 s. Diese Zeitkonstanten sind immer dann relevant, wenn Kondensatoren als zeitbestimmende Elemente (zB Zeitverzögerung) oder zum Speichern eines Spannungswertes wie in Sample-and-Hold- Schaltungen oder Integratoren verwendet werden.

Dielektrische Absorption (Soakage)

Dielektrische Absorption bezeichnet den Effekt, bei dem sich ein lange aufgeladener Kondensator bei kurzzeitiger Entladung nur unvollständig entlädt. Es ist eine Form der Hysterese bei Kondensatorspannungen. Obwohl ein idealer Kondensator nach dem Entladen bei Null Volt bleiben würde, entwickeln reale Kondensatoren eine kleine Restspannung, ein Phänomen, das auch als "Soakage" bezeichnet wird.

Die folgende Tabelle listet typische Werte der dielektrischen Absorption für gängige Folienmaterialien auf

Dielektrisches Filmmaterial	Dielektrische Absorption
Polyester (PET)	0,2 bis 0,5 %
Polypropylen (PP)	0,01 bis 0,1%
Polyethylennaphthalat (PEN)	1,0 bis 1,2 %
Polyphenylensulfid (PPS)	0,05 bis 0,1%

Polypropylenfolienkondensatoren haben die niedrigsten Spannungswerte, die durch dielektrische Absorption erzeugt werden. Daher eignen sie sich ideal für Präzisions-Analogschaltungen oder für Integratoren und Sample-and-Hold- Schaltungen.

Altern

Folienkondensatoren unterliegen bestimmten sehr kleinen, aber messbaren Alterungsprozessen. Der primäre Degradationsprozess ist eine geringe Schrumpfung der Kunststofffolie, die hauptsächlich beim Lötprozess, aber auch beim Betrieb bei hohen Umgebungstemperaturen oder bei hoher Strombelastung auftritt. Außerdem kann unter Betriebsbedingungen in feuchtem Klima eine gewisse Feuchtigkeitsaufnahme in den Wicklungen des Kondensators stattfinden.

Thermischer Stress während des Lötprozesses kann den Kapazitätswert von bedrahteten Folienkondensatoren zum Beispiel um 1 % bis 5 % gegenüber dem Anfangswert ändern. Bei oberflächenmontierten Geräten kann der Lötprozess den Kapazitätswert um bis zu 10 % ändern. Der Verlustfaktor und der Isolationswiderstand von Folienkondensatoren können auch durch die oben beschriebenen äußeren Faktoren verändert werden, insbesondere durch Feuchtigkeitsaufnahme in Klimazonen mit hoher Luftfeuchtigkeit.

Die Hersteller von Folienkondensatoren können den Alterungsprozess durch Feuchtigkeitsaufnahme durch eine bessere Verkapselung verlangsamen. Diese aufwendigere Verarbeitung kann die Tatsache erklären, dass Folienkondensatoren mit dem gleichen Grundkörperdesign in unterschiedlichen Lebensdauer-Stabilitätsbewertungen, den sogenannten Performance-Grades , geliefert werden können . Kondensatoren der Leistungsklasse 1 sind "Longlife", Kondensatoren der Leistungsklasse 2 sind "Allzweck"-Kondensatoren. Die Spezifikationen hinter diesen Güteklassen sind in der entsprechenden Norm IEC/EN 60384-x definiert (siehe Normen).

Die zulässigen Änderungen von Kapazität, Verlustfaktor und Isolationswiderstand variieren je nach Folienmaterial und sind im jeweiligen Datenblatt angegeben. Schwankungen im Zeitverlauf, die die angegebenen Werte überschreiten, gelten als Degradationsfehler.

Ausfallrate und Lebenserwartung

Folienkondensatoren sind im Allgemeinen sehr zuverlässige Komponenten mit sehr geringen Ausfallraten und einer vorhergesagten Lebenserwartung von Jahrzehnten unter normalen Bedingungen. Die Lebenserwartung von Folienkondensatoren wird üblicherweise in Form von angelegter Spannung, Strombelastung und Temperatur angegeben.

Markierungen

Es wurden farbcodierte Folienkondensatoren hergestellt, aber es ist üblich, detailliertere Informationen auf den Körper zu drucken. Gemäß der IEC-Norm 60384.1 sollten Kondensatoren mit Aufdrucken der folgenden Informationen gekennzeichnet werden:

• Nennkapazität
• Nennspannung
• Toleranz
• Kategorie Spannung
• Jahr und Monat (oder Woche) der Herstellung
• Herstellername oder Warenzeichen
• Klimakategorie
• Typenbezeichnung des Herstellers

Netzspannungs-RFI-Entstörkondensatoren müssen auch mit den entsprechenden Zulassungen der Sicherheitsbehörden gekennzeichnet sein.

Kapazität, Toleranz und Herstellungsdatum können mit Kurzcodes gekennzeichnet werden. Die Kapazität wird oft mit dem Submultiple-Indikator angegeben, der einen leicht zu löschenden Dezimalpunkt ersetzt, als: n47 = 0,47 nF, 4n7 = 4,7 nF, 47n = 47 nF

Anwendungen

Im Vergleich zu den beiden anderen Hauptkondensatortechnologien Keramik- und Elektrolytkondensatoren haben Folienkondensatoren Eigenschaften, die sie für viele allgemeine und industrielle Anwendungen in elektronischen Geräten besonders gut geeignet machen.

Zwei Hauptvorteile von Folienkondensatoren sind sehr niedrige ESR- und ESL-Werte. Folienkondensatoren sind physikalisch größer und teurer als Aluminium-Elektrolytkondensatoren (E-Caps), haben jedoch eine viel höhere Stoß- und Impulsbelastungsfähigkeit. Da Folienkondensatoren nicht polarisiert sind, können sie in Wechselspannungsanwendungen ohne DC-Bias verwendet werden und haben viel stabilere elektrische Parameter. Polypropylenfolienkondensatoren haben eine relativ geringe Temperaturabhängigkeit von Kapazität und Verlustfaktor, so dass sie in frequenzstabilen Anwendungen der Klasse 1 eingesetzt werden können und Keramikkondensatoren der Klasse 1 ersetzen.

Elektronische Schaltkreise

• Einige typische Anwendungen von Folienkondensatoren für den Einsatz in elektronischen Geräten
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Polypropylen-Folienkondensatoren erfüllen die Kriterien für Stabilitätskondensatoren der Klasse 1 und haben geringe elektrische Verluste und ein nahezu lineares Verhalten über einen sehr weiten Temperatur- und Frequenzbereich. Sie werden für Oszillatoren und Schwingkreise verwendet ; für elektronische Filteranwendungen mit hohem Gütefaktor (Q) wie Hochpassfilter , Tiefpassfilter und Bandpassfilter sowie für Abstimmkreise; für Audio-Frequenzweichen in Lautsprechern ; in Sample-and-Hold- A/D-Wandlern und in Spitzenspannungsdetektoren. Für Timing-Anwendungen in Signalleuchten oder Pulsweitengeneratoren zur Drehzahlregelung von Motoren sind enge Kapazitätstoleranzen erforderlich, auch PP-Folienkondensatoren sind aufgrund ihres sehr geringen Ableitstroms gut geeignet.

PP-Folienkondensatoren der Klasse 1 sind in der Lage, höhere Ströme zu verarbeiten als Keramikkondensatoren der Stabilitätsklasse 1. Die präzisen negativen Temperatureigenschaften von Polypropylen machen PP-Kondensatoren nützlich, um temperaturbedingte Änderungen in anderen Komponenten zu kompensieren.

Schnelle Impulsanstiegszeit, hohe Spannungsfestigkeit ( Durchschlagsspannung ) und niedriger Verlustfaktor (hoher Q) sind die Gründe für die Verwendung von Polypropylenfolienkondensatoren in Flyback-Tuning- und S-Korrekturanwendungen in älteren CRT-Röhrenfernseh- und Anzeigegeräten . Aus ähnlichen Gründen eignen sich PP-Folienkondensatoren, oft in Ausführungen mit speziellen Anschlüssen für hohe Spitzenströme, gut als Snubber für leistungselektronische Schaltungen. Aufgrund ihrer hohen Impulsstoßfähigkeiten sind PP - Kondensatoren für die Verwendung in Anwendungen geeignet , wo eine hohe Stromimpulse benötigt werden, wie beispielsweise in Zeitbereichsreflektometer (TDR) Kabelfehler Lokatoren, in Schweißmaschinen, Defibrillatoren , in Hochleistungsimpulslasern , oder um energiereiches Licht oder Röntgenblitze zu erzeugen.

Darüber hinaus werden Polypropylen-Folienkondensatoren in vielen Wechselstromanwendungen wie Phasenschieber für PFC in Leuchtstofflampen oder als Motorlaufkondensatoren verwendet.

Für einfaches höherfrequenten Filterschaltungen oder in Spannungsreglern bzw. Spannungsverdopplungsschaltungen, kostengünstige Kondensatoren mit metallisierter Polyesterfolie bereitzustellen , die Langzeitstabilität und können mehr teure ersetzen Tantal - Kondensatoren . Da Kondensatoren AC-Signale durchlassen, aber DC sperren, eignen sich Folienkondensatoren mit ihrem hohen Isolationswiderstand und ihrer geringen Eigeninduktivität gut als Signalkoppelkondensatoren für höhere Frequenzen. Aus ähnlichen Gründen werden Filmkondensatoren häufig als Entkopplungskondensatoren verwendet , um Rauschen oder Transienten zu unterdrücken.

Folienkondensatoren aus kostengünstigeren Kunststoffen werden für unkritische Anwendungen verwendet, die keine ultrastabilen Eigenschaften über einen weiten Temperaturbereich erfordern, wie zum Beispiel zum Glätten oder zur AC-Signalkopplung. Anstelle der weniger erhältlichen Polystyrolkondensatoren (KS) werden heute häufig Polyesterfolienkondensatoren (KT) vom Typ "gestapelt" verwendet.

Metallisierte Filmkondensatoren haben Selbstheilungseigenschaften und kleine Unvollkommenheiten führen nicht zur Zerstörung des Bauteils, wodurch diese Kondensatoren für RFI/EMI-Unterdrückungskondensatoren mit Fehlerschutz gegen elektrischen Schlag und Flammenausbreitung geeignet sind, obwohl wiederholte Koronaentladungen, die sich selbst heilen kann zu einem erheblichen Kapazitätsverlust führen.

PTFE-Folienkondensatoren werden in Anwendungen eingesetzt, die extrem hohen Temperaturen standhalten müssen. B. in militärischen Geräten, in der Luft- und Raumfahrt, in geologischen Sonden oder Burn-In-Schaltungen.

Sicherheits- und EMI/RFI-Unterdrückungsfilmkondensatoren

• RFI/EMI-Unterdrückungskondensatoren
• 

  Funkentstörkondensatoren (MP3) aus metallisiertem Papier mit Sicherheitszeichen für den Sicherheitsstandard „X2“

• 

  Funkentstörkondensator (MKP) aus metallisiertem Polypropylen für den Sicherheitsstandard "X2"

• 

  Kombinierter XY-RFI-Entstörkondensator

Folienkondensatoren zur Unterdrückung elektromagnetischer Störungen (EMI) oder Hochfrequenzstörungen (RFI), auch bekannt als "AC-Netzfilter-Sicherheitskondensatoren" oder "Sicherheitskondensatoren", werden als entscheidende Komponenten verwendet, um elektrisches Rauschen zu reduzieren oder zu unterdrücken, das durch den Betrieb von elektrischen oder elektronische Geräte, bietet aber auch begrenzten Schutz vor elektrischen Schlägen .

Ein Entstörkondensator ist ein wirksames Bauteil zur Störunterdrückung, da seine elektrische Impedanz mit zunehmender Frequenz abnimmt, so dass er bei höheren Frequenzen elektrisches Rauschen und Transienten zwischen den Leitungen oder gegen Masse kurzschließt. Sie verhindern daher, dass Geräte und Maschinen (einschließlich Motoren, Wechselrichter und elektronische Vorschaltgeräte sowie Halbleiterrelais-Snubber und Funkenlöscher) elektromagnetische und hochfrequente Störungen sowie Transienten in Querrichtung (X-Kondensatoren ) und Leiter-Erde-Verbindungen (Y-Kondensatoren). X-Kondensatoren absorbieren effektiv symmetrische, symmetrische oder differentielle Störungen. Andererseits sind Y-Kondensatoren in einem Leitungsbypass zwischen einer Leitungsphase und einem Nullpotentialpunkt geschaltet, um asymmetrische, unsymmetrische oder Gleichtaktstörungen zu absorbieren.

• RFI/EMI-Unterdrückung mit X- und Y-Kondensatoren für Geräte ohne und mit zusätzlicher Sicherheitsisolierung
• 

  Kondensatoranschluss der Geräteklasse I

• 

  Kondensatoranschluss der Geräteklasse II

EMI/RFI-Entstörkondensatoren sind so ausgelegt und installiert, dass verbleibende Störungen oder elektrisches Rauschen die Grenzwerte der EMV-Richtlinie EN 50081 nicht überschreiten Überspannungen und Transienten, die die Kondensatoren beschädigen könnten. Aus diesem Grund müssen Entstörkondensatoren den Sicherheits- und Entflammbarkeitsanforderungen internationaler Sicherheitsnormen wie den folgenden entsprechen:

• Europa: EN 60384-14,
• USA: UL 60384-14, UL 1283
• Kanada: CAN/CSA-E60384-14, CSA C22.2, Nr.8
• China: CQC (GB/T 6346.14-2015 oder IEC 60384-14)

Funkentstörkondensatoren, die alle spezifizierten Anforderungen erfüllen, sind mit dem Prüfzeichen verschiedener nationaler Sicherheitsbehörden versehen. Bei Powerline-Anwendungen werden besondere Anforderungen an die Entflammbarkeit der Beschichtung und der Epoxidharzimprägnierung bzw. -beschichtung des Kondensatorkörpers gestellt. Um Sicherheitszulassungen zu erhalten, werden X- und Y-Powerline-Rating-Kondensatoren zerstörerisch bis zum Ausfall getestet . Auch bei großen Überspannungsstößen müssen diese sicherheitsbewerteten Kondensatoren ausfallsicher ausfallen , ohne dass Personen oder Sachwerte gefährdet werden.

Die meisten EMI/RFI-Unterdrückungsfolienkondensatoren sind Folienkondensatoren aus Polyester (PET) oder metallisiertem Polypropylen (PP). Einige Typen von metallisierten Papierkondensatoren (MP) werden jedoch immer noch für diese Anwendung verwendet, da sie immer noch einige Vorteile in der Flammwidrigkeit aufweisen .

Vorschaltgeräte

Ein Beleuchtungsvorschaltgerät ist ein Gerät, das die elektrischen Start- und Betriebsbedingungen zum Anzünden einer oder mehrerer Leuchtstofflampen gewährleistet und gleichzeitig die Strommenge begrenzt. Ein bekanntes und weit verbreitetes Beispiel ist das traditionelle induktive Vorschaltgerät, das in Leuchtstofflampen verwendet wird, um den Strom durch die Röhre zu begrenzen, der ansonsten aufgrund der negativen Widerstandscharakteristik der Röhre auf zerstörerische Werte ansteigen würde . Ein Nachteil bei der Verwendung einer Induktivität besteht darin, dass der Strom gegenüber der Spannung phasenverschoben ist, was zu einem schlechten Leistungsfaktor führt .

Moderne elektronische Vorschaltgeräte der Regel die Frequenz der von einer Standard - Strom verändern Netzfrequenz von 50 oder 60 Hz bis 40 kHz oder höher, häufig unter Verwendung eines Schaltnetzteils (SMPS) Schaltungstopologie mit PFC. Zuerst wird die AC-Eingangsleistung in DC gleichgerichtet und dann mit einer hohen Frequenz zerhackt, um den Leistungsfaktor zu verbessern. Bei teureren Vorschaltgeräten wird oft ein Folienkondensator mit der Induktivität gepaart, um den Leistungsfaktor zu korrigieren. Im Bild rechts ist das flache grau-rechteckige Bauteil in der Mitte der Ballastschaltung ein Polyesterfolienkondensator für PFC.

Snubber / Dämpfungskondensatoren

• Snubber-Film-Kondensatoren
• 

  RC-Snubber , eine einfache RC-Schaltung mit einem kleinen Widerstand (R) in Reihe mit einem kleinen Filmkondensator (C) in einem gewöhnlichen Gehäuse

• 

  Snubber-Folien-Kondensatoren mit Hochleistungsanschlüssen für elektronische Anwendungen mit höherer Leistung

Snubber-Kondensatoren sind für den Betrieb mit hohem Spitzenstrom ausgelegt, der zum Schutz gegen transiente Spannungen erforderlich ist. Solche Spannungen werden durch die hohe "di/dt" -Stromanstiegsgeschwindigkeit verursacht, die in schaltleistungselektronischen Anwendungen erzeugt wird.

Snubber sind energieabsorbierende Schaltungen verwendet Spannungsspitzen durch die Schaltung zu eliminieren Induktivität , wenn ein Schalter öffnet. Der Zweck des Snubber ist zur Verbesserung der elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) , indem die Spannung transient eliminiert werden, die auftritt , wenn ein Schalter öffnet abrupt oder durch (wie beispielsweise ein Kraft Funken von Schaltkontakten unterdrück Zündspule mit mechanischen Unterbrechern) oder durch die Begrenzungsspannung Anstiegsgeschwindigkeit von Halbleiterschaltern wie Thyristoren , GTO-Thyristoren , IGBTs und Bipolartransistoren . Snubber-Kondensatoren (oder "Dämpfungskondensatoren" mit höherer Leistung) erfordern eine sehr niedrige Eigeninduktivität und eine sehr niedrige ESR-Kondensatorkonstruktion. Von diesen Geräten wird auch eine hohe Zuverlässigkeit erwartet, da bei einem Ausfall der Snubber-RC-Schaltung in den meisten Fällen ein Leistungshalbleiter zerstört wird.

Snubber-Schaltungen enthalten normalerweise Folienkondensatoren, meist Polypropylen-Folienkappen. Die wichtigsten Kriterien für diese Anwendung sind eine geringe Eigeninduktivität, ein geringer ESR und eine sehr hohe Spitzenstrombelastbarkeit. Die sogenannten "Snubber"-Kondensatoren weisen teilweise zusätzliche konstruktive Besonderheiten auf. Die Eigeninduktivität wird durch schlankere Designs mit geringerer Elektrodenbreite reduziert. Durch doppelseitige Metallisierung oder den Film/Folien-Aufbau der Elektroden kann auch der ESR reduziert und damit die Spitzenstrombelastbarkeit erhöht werden. Speziell verbreiterte Anschlüsse, die direkt unter Halbleiter-Packages montiert werden können, können dazu beitragen, die Stromaufnahme zu erhöhen und die Induktivität zu verringern.

Die beliebteste einfache Snubber-Schaltung besteht aus einem Filmkondensator und einem Widerstand in Reihe, die parallel zu einem Halbleiterbauelement geschaltet sind, um unerwünschte Spannungsspitzen zu unterdrücken oder zu dämpfen. Der Kondensator nimmt den induktiven Abschaltspitzenstrom temporär auf, so dass die resultierende Spannungsspitze begrenzt wird. Der Trend in der modernen Halbleitertechnologie geht jedoch zu Anwendungen mit höherer Leistung, was die Spitzenströme und Schaltgeschwindigkeiten erhöht. In diesem Fall verschwimmt die Grenze zwischen einem herkömmlichen elektronischen Folienkondensator und einem Leistungskondensator, so dass größere Snubber-Kondensatoren eher in den Bereich Energiesysteme, Elektroinstallationen und Anlagen gehören.

Die sich überschneidenden Kategorien von Folien- und Leistungskondensatoren werden sichtbar, wenn sie als Snubber-Kondensatoren im wachsenden Markt der Hochleistungselektronik mit IGBTs und Thyristoren eingesetzt werden. Obwohl die Leistungskondensatoren wie die kleineren Snubber-Folienkondensatoren Polypropylenfolie verwenden, gehören sie zur Familie der Leistungskondensatoren und werden als "Dämpfungskondensatoren" bezeichnet.

Leistungsfilmkondensatoren

• Leistungsfolienkondensatoren mit Schraubanschluss für Anwendungen in Netzen, Elektroinstallationen und Anlagen
• 

  Leistungsfolienkondensator für PFC, verpackt in einer zylindrischen Metalldose

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  Leistungsfolienkondensator im rechteckigen Gehäuse

Die relativ einfache Fertigungstechnik des Wickelns gibt Folienkondensatoren die Möglichkeit, auch sehr große Baugrößen für Anwendungen im hohen Leistungsbereich als sogenannte "Leistungskondensatoren" zu erreichen. Obwohl die Materialien und der Aufbau von Leistungskondensatoren den kleineren Folienkondensatoren meist ähnlich sind, werden diese aus historischen Gründen anders spezifiziert und vermarktet.

Die „Filmkondensatoren“ wurden Mitte des 20. Jahrhunderts zusammen mit dem wachsenden Markt der Rundfunk- und elektronischen Gerätetechnik entwickelt. Diese Kondensatoren sind nach den Regeln der IEC/EN 60384-1 "Kondensatoren zur Verwendung in elektronischen Geräten" genormt und verschiedene "Filmmaterialien" haben ihre eigenen Unternormen, die IEC/EN 60384- n- Reihe. Die "Leistungskondensatoren" beginnen bei einer Belastbarkeit von ungefähr 200 Voltampere, beispielsweise für Ballastkondensatoren in Leuchtstofflampen. Die Normung von Leistungskondensatoren folgt den Regeln der IEC/EN 61071 und IEC/EN 60143-1 und hat für verschiedene Anwendungsfälle eigene Unternormen, beispielsweise für Bahnanwendungen.

Leistungskondensatoren sind vielseitig einsetzbar, auch bei extrem nicht sinusförmigen Spannungen und gepulsten Strömen. Es stehen sowohl AC- als auch DC-Kondensatoren zur Verfügung. Wechselspannungskondensatoren dienen in Reihe mit einem Widerstand als Dämpfungs- oder Snubbing-Kondensatoren und sind auch für die Dämpfung unerwünschter Spannungsspitzen, die durch den sogenannten Ladungsträgerspeichereffekt beim Schalten von Leistungshalbleitern verursacht werden, spezifiziert. Außerdem werden Wechselstromkondensatoren in niedrig verstimmten oder eng abgestimmten Filterschaltungen zum Filtern oder Absorbieren von Oberwellen verwendet. Als Impulsentladungskondensatoren sind sie in Anwendungen mit Umkehrspannungen nützlich, wie zum Beispiel in Magnetisierungsgeräten.

Ähnlich vielfältig ist der Anwendungsbereich von DC-Kondensatoren. Glättungskondensatoren werden zur Reduzierung des Wechselanteils schwankender Gleichspannungen (z. B. in Netzteilen für Rundfunk- und Fernsehsender) sowie für Hochspannungsprüfgeräte, Gleichspannungsregler, Mess- und Regeltechnik sowie kaskadierte Schaltungen zur Erzeugung hoher Gleichspannungen eingesetzt. Stützkondensatoren, DC-Filter- oder Pufferkreiskondensatoren werden zur Energiespeicherung in DC-Zwischenkreisen verwendet, beispielsweise in Frequenzumrichtern für mehrphasige Antriebe, Transistor- und Thyristorstromrichtern. Sie müssen in kurzer Zeit sehr hohe Ströme aufnehmen und abgeben können, wobei die Spitzenwerte der Ströme deutlich über den Effektivwerten liegen.

Überspannungs-(Impuls-)Kondensatoren sind auch in der Lage, extrem kurzzeitige Stromstöße zu liefern oder zu absorbieren. Sie werden in der Regel in Entladungsanwendungen mit nicht umkehrenden Spannungen und bei niedrigen Wiederholfrequenzen betrieben, wie in der Lasertechnik und in Lichtgeneratoren.

Leistungskondensatoren können recht große physikalische Abmessungen erreichen. Rechteckige Gehäuse mit intern miteinander verbundenen Einzelkondensatoren können Größen von L×B×H = (350×200×1000) mm und darüber erreichen.

Vorteile

• Polypropylenfolienkondensatoren können sich für Anwendungen der Klasse 1 qualifizieren
• Sehr niedrige Verlustfaktoren (tan δ), hohe Gütefaktoren (Q) und niedrige Induktivitätswerte (ESL)
• Keine Mikrofonie im Vergleich zu Keramikkondensatoren
• Metallisierte Konstruktion hat selbstheilende Eigenschaften
• Hohe Bemessungsspannungen bis in den kV-Bereich möglich
• Viel höherer Ripplestrom im Vergleich zu Elektrolytkondensatoren
• Deutlich geringere Alterung im Vergleich zu Elektrolytkondensatoren ähnlicher Werte
• Hohe und sehr hohe Stoßstromimpulse möglich

Nachteile

• Größere physikalische Größe im Vergleich zu Elektrolytkondensatoren
• Begrenzte Anzahl von Typen in SMT -Gehäusen ( Surface-Mount-Technologie )
• Film-/Folientypen haben keine Selbstheilungsfähigkeit (irreversibler Kurzschluss)
• Unter Überlastung möglicherweise brennbar

Hersteller

Produktmix der großen Hersteller von Folienkondensatoren

Hersteller	Versionen
	SMD- Kondensatoren	PP / PET / PPS / PEN - Film - Kondensatoren	EMI / RFI - Unterdrückung Kondensatoren	Snubber und AC- oder Pulskondensatoren	PTFE PC und spezielle Folienkondensatoren
Aerovox Corp.	–	x	x	x	x
Ansar-Kondensatoren	–	x	x	x	x
American Capacitor Corp.	–	x	–	x	x
ASC-Kondensatoren [American Shizuki Corp.]	–	x	x	x	x
AVX/Kyocera Ltd., Thomson CSF	x	x	x	x	-
Bishop Elektronik	–	x	–	–	-
Kondensatorindustrie	–	-	x	–	–
Cornell-Dubilier	x	x	x	x	–
Kundenspezifische Elektronik, Inc.	–	–	–	x	x
Dearborne	–	x	–	x	x
DEKI Elektronik	–	x	x	x	–
TDK Epcos	–	x	x	x	–
EFC [Elektronische Filmkondensatoren]	–	x	x	x	x
Elektrowürfel	–	x	x	x	x
Elektronische Konzepte Inc.	x	x	–	x	x
Eurofarad	–	x	x	x	x
Hitachi AIC Inc.	x	x	–	x	–
Hitano Enterprise Corp	–	x	x	–	–
ICW [ BorgWarner Inkl. ClartityCap ]	–	x	x	x	x
Illinois Kondensator	–	x	x	x	–
ITW Paktron	x	x	x	x	–
Jensen Kondensatoren	-	x	x	x	x
KEMET Corporation , inkl. Arcotronics, Evox-Rifa	x	x	x	x	–
Meritek Electronics Corp.	–	x	x	–	–
MFD-Kondensatoren	–	x	–	x	x
NIC	x	x	x	-	–
Nichicon	-	x	-	-	–
Nippon Chemi-Con inkl. United Chemi-con ihre amerikanische Tochtergesellschaft	–	x	–	x	–
Panasonic	x	x	x	-	–
Richey Kondensator Inc.	–	x	x	–	–
RFE International, Inc.	–	x	x	x	x
Rubycon	–	x	–	x	–
SAMWHA-Kondensator Co., Ltd.	x	x	x	x	x
Solen Electronique Inc.	–	x	–	x	x
Suntan Technology Company Limited	x	x	x	-	–
Überspannungskomponenten	–	x	x	–	–
Tecate-Gruppe	–	x	x	x	–
TSC	–	x	x	-	x
Vishay Intertechnology Inc. inkl. Röderstein, BC	–	x	x	x	–
WIMA	x	x	x	x	–
Würth Elektronik eiSos GmbH & Co.KG	–	x	x	-	–

Siehe auch

• Keramikkondensatoren
• Entkopplungskondensator
• Elektrolytkondensator
• Ersatzreiheninduktivität (ESL)
• Äquivalenter Serienwiderstand (ESR)
• Liste der Kondensatorhersteller
• Arten von Kondensatoren

Verweise

Dieser Artikel stützt sich stark auf einen entsprechenden Artikel Kunststoff-Folienkondensator in der deutschsprachigen Wikipedia , abgerufen in der Fassung vom 12. März 2012.

Externe Links