Erfüllung der anspruchsvollen Anforderungen für Y1-Sicherheitskondensatoren

Weichen Sie bei der Auswahl von Sicherheitskondensatoren für Hochspannungsleitungen gegen Erde nicht von den Regeln ab. Die internationale Norm ist komplex und streng in Bezug auf die Prüfung und Zertifizierung der Sicherheitsleistung von Sicherheitskondensatoren des Typs Y1 und anderen Festkondensatoren, die hauptsächlich in netzgekoppelten Wechselstromkreisen verwendet werden.

Die Norm IEC 60384-14 wird weltweit weitgehend übernommen oder in nationale Vorschriften übernommen. Sie spezifiziert die Anforderungen für Kondensatoren, die für Leitung-zu-Leitung (Klasse X) und Leitung-zu-Masse (Klasse Y) verwendet werden. Jede Kategorie hat zusätzliche Unterklassen, und Y1 ist spezifisch für die Benutzersicherheit und die Unterdrückung elektromagnetischer Störungen (EMI).

Sicherheit ist das oberste Gebot der Y1-Norm, und Kondensatoren müssen so konstruiert sein, dass sie sicher ausfallen, um katastrophale Ausfälle zu vermeiden. Sie finden breite Anwendung in der Unterhaltungselektronik, z. B. in Großgeräten, intelligenten Haushaltsgeräten, HLK-Systemen, medizinischen Geräten und industriellen Steuerungssystemen.

Kondensatoren des Typs Y1 müssen Impulsspannungen bis zu 8 kV standhalten, wie sie am häufigsten in Schaltnetzteilen und anderen Anwendungen vorkommen, die eine Erdisolierung erfordern.

Deshalb ist es von entscheidender Bedeutung, die richtigen vorzertifizierten Sicherheitskondensatoren auf der Grundlage von Spannungswerten, Kapazitätswerten, Umweltfaktoren und anwendungsspezifischen Anforderungen auszuwählen. Darüber hinaus kann die Platzierung von Y1-Kondensatoren auf einer Leiterplatte die Performance und die EMI-Unterdrückungsmöglichkeiten erheblich beeinflussen. Es wird dringend empfohlen, bewährten Methoden zu befolgen, um eine optimale Platzierung der Kondensatoren für maximale Wirksamkeit zu gewährleisten.

Strenge Testanforderungen

Durch die Verwendung von vorzertifizierten Kondensatoren des Typs Y1 wird sichergestellt, dass sie die erforderlichen strengen Testverfahren durchlaufen haben und Überspannungen standhalten, zuverlässig arbeiten und sicher ausfallen können. Sie sind außerdem so konzipiert, dass sie rauen Umgebungsbedingungen wie Vibrationen und extremen Temperaturen standhalten.

Die Kondensatoren werden auf Durchschlagfestigkeit, Kapazität und Energieverlust, Kriechstrom, Temperaturstabilität, Feuchtigkeitsbeständigkeit und Temperaturschock getestet. Außerdem sind sie Langzeitspannungen, Hochspannungstransienten, Flammen, Vibrationen und Stößen ausgesetzt.

Die Prüfungen werden von unabhängigen Organisationen wie den Underwriters Laboratories in den USA und ähnlichen Einrichtungen in anderen Regionen überwacht und zertifiziert. Die Hersteller sind verpflichtet, bei Audits durch Zertifizierungsorganisationen eine vollständige Dokumentation der Prüfergebnisse, Materialspezifikationen und Produktionsaufzeichnungen vorzulegen. Nach der Zertifizierung können sie von Marktaufsichtsbehörden wie der U.S. Consumer Product Safety Commission überwacht werden.

Die Nichteinhaltung von Normen und Zertifizierungsvorschriften kann zum Entzug des Zertifizierungszeichens, zu Geldstrafen, Produktrückrufen und sogar zu Marktverboten führen.

Auswahl des Y1-Dielektrikums

Y1-Sicherheitskondensatoren verwenden entweder Keramik- oder Polymerfilmmaterialien zur dielektrischen Isolierung und Energiespeicherung. Die Art des Materials beeinflusst die Performance, einschließlich der Kapazität und der thermischen Stabilität.

Kondensatoren auf Keramikbasis bieten in der Regel eine geringere Kapazität im Bereich von Pikofarad (pF) bis zu niedrigen Nanofarad (nF), bieten eine Hochfrequenz-EMI-Unterdrückung, wo eine geringere Kapazität akzeptabel ist, und sind im Allgemeinen in kompakteren Größen erhältlich. Dadurch eignen sie sich für Anwendungen wie Schaltnetzteile, Automobilschaltungen, LED-Treiber und eine wachsende Zahl von Verbrauchergeräten.

Folienkondensatoren bieten einen größeren Kapazitätsbereich von nF bis zu einem Mikrofarad (µF) oder mehr und werden häufig für Anwendungen eingesetzt, die eine höhere Energiespeicherung oder Filterung bei niedrigeren Frequenzen erfordern. Da sie größer und sperriger sind, werden sie in der Regel dort eingesetzt, wo die Größe ein weniger kritischer Faktor ist, z. B. in der Industrie und bei Hochleistungsanwendungen.

Keramikserie DK1 von Murata Electronics

Da Hersteller immer kleinere Geräte auf den Markt bringen, müssen auch die Kondensatoren weiterentwickelt werden, um eine hohe Performance bei kleinerem Footprint zu gewährleisten. Murata Electronics bietet eine Reihe von Y1-Keramik-Sicherheitskondensatoren für die Oberflächenmontage an, die für kompakte AC/DC-Schaltnetzteilanwendungen mit geringer Bauhöhe entwickelt wurden.

Mit Abmessungen von 11,4 mm x 6 mm und einer Höhe von nur 2,5 mm bietet Muratas DK1-Serie keramischer Y1-Kondensatoren Entwicklern die Möglichkeit, einen Beitrag zu flachen Stromversorgungsanwendungen zu leisten (Abbildung 1). Trotz der kompakten Bauweise dieser Komponenten bieten sie Kapazitätswerte von 10 pF bis 1500 pF, mit verfügbaren Spannungen von 250 V_AC(eff) bis 500 V_AC(eff).

Abbildung 1: Die Y1-Kondensatoren der DK1-Serie von Murata bieten Entwicklern eine kompakte, oberflächenmontierbare Option mit geringer Bauhöhe (L = 11,4 mm, B = 6 mm und T = 2,5 mm). (Bildquelle: Murata Electronics)

Die Komponenten der DK1-Serie sind auf langfristige Zuverlässigkeit unter hohen Belastungen getestet. Sie bieten eine hervorragende Widerstandsfähigkeit gegen Hitze, Feuchtigkeit und elektrische Belastungen. Die Betriebstemperatur liegt zwischen -40 °C bis +125 °C. Ihr hoher Isolationswiderstand von mehr als 6000 Megaohm (MΩ) gewährleistet Stabilität und Sicherheit in Stromversorgungen, industriellen Steuerungen und medizinischen Geräten.

Die Y-Kondensatoren der DK1-Serie können auch als Klasse-X-Kondensatoren verwendet werden, um eine zusätzliche Sicherheitsmarge zu bieten, die einen höheren Überspannungsfaktor als die bis zu 4 kV der X1- und bis zu 2,5 kV der X2-Kondensatoren bietet. Ein Kondensator, der für Y1 und X1/X2 zertifiziert ist, kann die Herausforderungen beim Design und der Bestandsverwaltung auf globalen Märkten erleichtern. Kosten, Kapazitätsanforderungen und Zertifizierungen sollten jedoch geprüft werden, um sicherzustellen, dass doppelt zertifizierte Sicherheitskondensatoren die richtige Wahl für die Anwendung sind.

Die DK1-Serie von Murata bietet eine breite Palette von Optionen, die vielseitige Einsatzmöglichkeiten in der Unterhaltungselektronik, bei Industrieanlagen und anderen platzbeschränkten Designs bieten, die robuste Sicherheitsfunktionen erfordern. Die folgenden Kondensatoren demonstrieren diesen Bereich:

• Der DK1B3EA101K86HAH01 (Abbildung 2) zeichnet sich durch eine niedrige Kapazität von 100 pF bei einer Nennspannung von 300 V_AC aus, was ihn zu einer guten Option für die Filterung hochfrequenter EMI macht, ohne die Performance von Schaltkreisen in Anwendungen wie Signalverarbeitungsschaltungen und schnellen Daten- und Kommunikationsgeräten zu beeinträchtigen.
• Der DK1E3EA102M86HAH01 bietet eine Kapazität von 1000 pF und eine Nennspannung von 400 V_AC. Er eignet sich am besten für Anwendungen, die eine mäßige bis hohe EMI-Unterdrückung, eine breite Frequenzfilterung und eine hohe Widerstandsfähigkeit in Hochspannungs- oder Industrieumgebungen erfordern.
• Der DK1B3EA471K86RAH01 bietet mit einer Kapazität von 470 pF ein ausgewogenes Verhältnis von höherer Rauschunterdrückung und Sicherheit. Er eignet sich für Anwendungen, die sowohl Rauschfilterung als auch Spannungsstabilität erfordern, wie z. B. AC/DC-Stromversorgungen für Industrieanlagen und Verbrauchergeräte mit Motoren. Außerdem ist er für 300 V_AC ausgelegt.

Abbildung 2: Die niedrige Kapazität des DK1B3EA101K86HAH01 von Murata bietet EMI-Filterung ohne Performanceeinbußen. (Bildquelle: Murata Electronics)

Fazit

Y1-Sicherheitskondensatoren sind für Hochspannungsanwendungen von entscheidender Bedeutung und werden strengen Tests unterzogen, um sicherzustellen, dass sie Impulsspannungen standhalten, zuverlässig arbeiten und in verschiedenen Anwendungen mit rauen Umgebungsbedingungen sicher ausfallen können. Die keramischen Y1-Kondensatoren der DK1-Serie von Murata Electronics bieten Entwicklern eine kompakte und flache Lösung mit einer vielseitigen Auswahl an Kapazitätswerten und Spannungswerten.