Kondensatoren: Missverständnisse und Auswahlhilfe

Ein Kondensator, auch als „Kapazität“ bezeichnet, bezieht sich auf die Menge an elektrischer Ladung, die bei einer bestimmten Potenzialdifferenz gespeichert wird, bezeichnet als C , wobei die internationale Einheit Farad (F) ist.
Ladungen bewegen sich im Allgemeinen unter der Kraft eines elektrischen Feldes. Ein Dielektrikum zwischen Leitern verhindert die Ladungsbewegung und führt zu einer Ladungsansammlung auf den Leitern. Die gespeicherte Ladungsmenge wird als Kapazität bezeichnet.

Welche Missverständnisse gibt es bei der Verwendung von Kondensatoren? Und wie sollten sie ausgewählt werden?

Vier Missverständnisse über Kondensatoren

1. Je größer die Kapazität, desto besser

Viele Anwender bevorzugen den Austausch von Kondensatoren mit höherer Kapazität. Zwar ermöglicht eine höhere Kapazität eine stärkere Stromkompensation für ICs, doch gibt es auch Nachteile: größere Abmessungen, höhere Kosten und eine beeinträchtigte Luftzirkulation und Wärmeableitung.

Noch wichtiger ist, dass Kondensatoren eine parasitäre Induktivität aufweisen. Die Entladeschleife eines Kondensators schwingt bei einer bestimmten Frequenz. Am Resonanzpunkt ist die Impedanz des Kondensators niedrig und seine Stromlieferfähigkeit optimal. Sobald die Frequenz jedoch den Resonanzpunkt überschreitet, steigt die Impedanz und die Stromlieferkapazität nimmt ab.

Je größer der Kapazitätswert, desto niedriger die Resonanzfrequenz, was den effektiven Frequenzbereich für die Stromkompensation reduziert. Daher ist die Vorstellung, dass „größer immer besser ist“, falsch. Das Schaltungsdesign folgt in der Regel bestimmten Referenzwerten.

2. Je mehr kleine Kondensatoren parallel geschaltet sind, desto besser

Zu den wichtigsten Kondensatorparametern gehören Nennspannung, Temperaturbeständigkeit, Kapazität und ESR (Äquivalenter Serienwiderstand). Beim ESR sind niedrigere Werte im Allgemeinen besser. Der ESR wird von Kapazität, Frequenz, Spannung und Temperatur beeinflusst. Bei einer festen Spannung bedeutet eine höhere Kapazität in der Regel einen niedrigeren ESR.

Beim PCB-Design werden häufig aus Platzgründen mehrere kleine Kondensatoren parallel geschaltet. Manche gehen davon aus, dass mehr parallel geschaltete Kondensatoren den ESR immer senken und die Leistung verbessern. Theoretisch mag das stimmen, in der Praxis muss jedoch die Impedanz von Lötstellen und Leitungen berücksichtigt werden. Das parallele Hinzufügen vieler kleiner Kondensatoren führt nicht immer zu deutlich besseren Ergebnissen.

3. Je niedriger der ESR, desto besser

Bei der Entwicklung von Stromversorgungen variieren die Anforderungen an Eingangs- und Ausgangskondensatoren.

• Bei Eingangskondensatoren wird häufig eine höhere Kapazität bevorzugt, während die ESR-Anforderungen etwas gemildert werden können. Die Hauptfunktionen bestehen darin, Spannungen standzuhalten und MOSFET-Schaltimpulse zu absorbieren.

• Bei Ausgangskondensatoren können die Spannungs- und Kapazitätsanforderungen niedriger sein, die ESR-Anforderungen sind jedoch strenger, um einen ausreichenden Stromfluss sicherzustellen.

Allerdings ist der ESR nicht immer besser, je niedriger er ist. Kondensatoren mit sehr niedrigem ESR können Schaltkreisschwingungen verursachen, die Dämpfungsschaltungen erfordern, was die Komplexität und die Kosten erhöht. Daher wird beim Platinendesign ein geeigneter ESR-Referenzwert verwendet, um Stabilität und Kosten in Einklang zu bringen.

4. Gute Kondensatoren sind gleichbedeutend mit hochwertigen Produkten

Die sogenannte „Nur-Kondensator-Theorie“ war einst populär und wurde von einigen Herstellern und Medien als wichtiges Verkaufsargument angepriesen. Tatsächlich ist die Fähigkeit zum Schaltungsdesign der Schlüssel. So wie manche Unternehmen mit zweiphasigen Stromkreisen eine höhere Stabilität erreichen als andere mit vierphasigen, garantiert der Einsatz teurer Kondensatoren allein kein besseres Produkt.

Bei der Bewertung eines Produkts ist es wichtig, einen ganzheitlichen Ansatz zu verfolgen und die Rolle der Kondensatoren nicht zu überbewerten.

So wählen Sie Kondensatoren aus

• Niederfrequenzanwendungen : Es kann eine größere Auswahl an Kondensatoren verwendet werden, auch solche mit schwächeren Hochfrequenzeigenschaften.

• Hochfrequenzschaltungen : Die Auswahl ist viel strenger. Eine falsche Auswahl kann die Gesamtleistung der Schaltung beeinträchtigen.

Im Allgemeinen:

• In Stromversorgungen werden üblicherweise Elektrolytkondensatoren und Keramikkondensatoren verwendet.

• Für Hochfrequenzschaltungen werden Materialien wie Glimmerkondensatoren (die allerdings teurer sind) benötigt.

• Polyesterkondensatoren und Elektrolytkondensatoren sind für den Hochfrequenzeinsatz ungeeignet, da sie sich induktiv verhalten und die Schaltungsgenauigkeit beeinträchtigen.