• Unter dem Dachmotto „Accelerating transformation for a sustainable future“ präsentiert TDK vom  
  6. bis 8. Mai 2025 auf der NürnbergMesse ihre Highlight-Lösungen für den grünen und digitalen Wandel 

• Auf der PCIM können Messebesucher am Stand 350 in Halle 9 die aktuellsten Lösungen bei passiven Bauelementen und Sensoren für Wind- und Solarenergie, ESS, Wasserstoff, Wärmepumpen, Elektromobilität (xEV), das Laden von Elektrofahrzeugen und KI erleben 

• Auf der SENSOR+TEST können sich Messebesucher am Stand 204 in Halle 1 über die jeweils neuesten Sensortechnologien von TDK informieren, mit denen sich die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit industrieller und automobiler Lösungen optimieren lassen 

Die TDK Corporation präsentiert ihre jüngsten Innovationen bei Passiven Bauelementen und Sensoren auf der diesjährigen PCIM sowie der SENSOR+TEST, die vom 6. bis 8. Mai 2025 parallel auf der NürnbergMesse stattfinden. „Accellerating transformation for a sustainable future“ ist die gemeinsame Botschaft für beide Auftritte, in deren Rahmen Messebesucher die Lösungen von TDK für den grünen und digitalen Wandel in den Anwendungsbereichen Automobil, Industrie, Hausgeräte und künstliche Intelligenz erleben können. Auf der PCIM in Halle 9, Stand 350, präsentiert TDK passive Bauelemente und Sensorlösungen für Anwendungen wie Energie- und Leistungsumwandlung, Wärmepumpen, Ladung von Elektrofahrzeugen, Mobilität (xEV) und KI. Nur einen Katzensprung entfernt, in Halle 1, Stand 204, können interessierte Besucher auf der SENSOR+TEST das gesamte Spektrum der Sensortechnologien verschiedener Unternehmen der TDK Gruppe kennenlernen. 

Wichtige Highlight-Lösungen auf der PCIM, Halle 9, Stand 350:

• Elektromobilität (xEV): 
  TDK präsentiert eine Sammelschiene mit dem modularen xEVCap als DC-Link-Kondensator sowie ein bidirektionales 22-kW-Bordladegerät. Innovative induktive Bauelemente wie Transformatoren mit integrierter Drossel minimieren Verluste und sparen wertvollen Platz in Onboard-Ladegeräten. Durch Mehrschichtsubstrate aus Aluminiumnitrid (AlN) und 3D-gedruckte AlN-Flüssigkeitskühler lässt sich ein 400-kW-Traktionsumrichter auf gerade einmal zwei Spielkartenstapeln schrumpfen.

• Energie- und Leistungsumwandlung (Wind, Solar, ESS, Wasserstoff usw.): 
  Zu sehen ist eine modulare Umrichterlösung auf Basis der CeraLink-Technologie als Flying Capacitors sowie ein 250-kW-Umrichter für Nutz- und Agrarfahrzeuge. Premiere feiert die nächste Generation des preisgekrönten ModCap; der ModCap High Performance kann bei erhöhten Temperaturen von +105 °C ohne Derating betrieben werden. Standbesucher können eine 60 kg schweren Wind Power Stack bewundern, der mit 15 Kondensatoren der Serie MKP DC HF im Zwischenkreis ausgerüstet ist. Der Ansteuerübertrager EP9 ist gerade einmal so groß wie ein Stück Würfelzucker und verfügt über eine Betriebsspannung von 500 V für das Ansteuern von IGBTs und MOSFETs auf der High-Side einer Halbbrücke. 

• Ladung von Elektrofahrzeugen:
  TDK präsentiert verschiedene Referenzdesigns wie einen bidirektionalen Onboard-Lader mit 22 kW sowie einen modularen Hybrid-Inverter für 10 + 15 kW. Neu sind auch mehrere Gleichspannungskondensatoren und Sicherheits-EMI-Kondensatoren sowie Hochspannungsschütze wie der HVC50 für Ströme bis zu 750 A bei 1500 V, die für Megawatt-Ladestationen gedacht sind.

• Sensorlösungen: Um die Kosten für Wärmepumpen deutlich zu senken, präsentiert TDK integrierte Druck- und Temperatursensoren. Und anhand eines realen Elektromotors veranschaulichen wir unser umfassendes Portfolio an Sensorlösungen, um den Motor maximal auszureizen, ohne ihn zu überlasten. 

Präsentationen

• Niklas Edkvist, TDK Europe: Podiumsdiskussion „Powering AI: What Market and Technology Trends in Powertrain?“, 6. Mai um 11:20 Uhr auf der Technology Stage in Halle 4, Stand 435

• David Olalla, TDK Electronics: „Practical Use of xEVCap: The Modular and Standard DC-Link Capacitor for the Main Powertrain Inverter“, 8. Mai, 10:10 Uhr, Raum Mailand 

Wichtige Highlight-Lösungen auf der Sensor+Test, Halle 1, Stand 204:

• Hall-Effekt-Sensoren für die Automobilindustrie: 
  Standbesucher können mehr über die neuen gegen Streufelder resistenten 2D-Hall-Effekt-Sensoren HAL/R 35xy für Automobilanwendungen erfahren, beispielsweise für die Erfassung von Lenkradwinkeln, Brems- und Gaspedalen, Ventilpositionen und Fahrzeugchassis. Diese sind in den Single-Die- (HAL 3550) und Dual-Die-Versionen (HAR 3550) mit analogen und digitalen Ausgängen erhältlich. 

• Eingebettete Motorsteuerungslösungen: 
  TDK präsentiert auch das neue, kosteneffiziente programmierbare Gate-Treiber-SoC HVC 5481G für Aktuatoren, Lüfter und Pumpen in Automobilen. Es kann eine externe Leistungsbrücke aus sechs N-Kanal-FETs mit sensorbasierten und sensorlosen Algorithmen von der BEMF-Kommutierung bis zur Einzel-Shunt-FOC antreiben

• Analoge und digitale MEMS-Mikrofone:
  Messebesucher können Lösungen für Audioerfassung und Erkennung von akustischen Aktivitäten und Sprachbefehlen näher kennenlernen. 

• WeWALK Smart Cane 2: 
  Erleben Sie den vielfach prämierten smarten Blindenstock, der mit Mikrofonen sowie Ultraschall- und Bewegungssensoren von TDK ausgestattet ist. Damit verbessert er die Barrierefreiheit für Menschen mit Sehbehinderungen, ohne Abstriche beim ergonomischen Design zu machen.

• Ultraschallsensoren: 
  Mit dieser Lösung von TDK können autonome mobile Roboter (AMR) oder fahrerlose Transportsysteme (AGV) Objekte erkennen und Entfernungen in anspruchsvollen Umgebungen ermitteln, z. B. bei direkter Sonneneinstrahlung, transparenten Zielobjekten und bei Vibrationen. 

• Drucksensoren: 
  Am Stand können Besucher mehr über kombinierte Druck- und Temperatursensoren für das Wärmemanagement sowie über Drucksensoren zur Erkennung von undichten Stellen an Treibstofftanks und für industrielle Anwendungen erfahren.

• Temperatursensoren: 
  Zu sehen sind auch Oberflächen-Temperatursensoren für die Industrie sowie Lösungen für die Automobilbranche. Darunter fallen ein Sensor für die Sammelschiene von Elektromotoren, kleinformatige Lösungen für Elektromotoren, Clip-on-Bauelemente für Wärmepumpen und ein Sensor für hohe Spannungen. 

Auch der Standort Hongqi in China hat jetzt eine eigene Photovoltaik-Anlage in Betrieb genommen. Auf den Dächern mehrerer Gebäude sind auf einer Fläche von 4.580 Quadratmetern mehr als 1.750 Solarmodule installiert. Sie erzeugen 1.120 Megawattstunden Strom im Jahr, das entspricht 3,4 Prozent des jährlichen Strombedarfs des Werks. Die CO_₂-Emissionen des Standorts werden um 715 Tonnen pro Jahr reduziert.

Neben den Dächern der Bürogebäude, Werkshallen und Wohnheimgebäude werden auch die Überdachungen der Parkplätze für die Solarmodule genutzt. Zudem wurden Ladeeinrichtungen in Betrieb genommen, die Mitarbeiter und Besucher nutzen können, um ihre Fahrzeuge aufzuladen. Standort-CEO Tomas Novak betont die Relevanz des Projekts: „Die Umstellung auf grüne Energie senkt nicht nur unsere Betriebskosten, sondern erhöht auch den Nutzen für die Umwelt und ebnet den Weg für eine nachhaltigere und effizientere Zukunft.“

Eigene Anlagen haben bereits die Standorte Deutschlandsberg, Heidenheim, Zhuhai FTZ, Johorhru, Kalyani, Kutina, Málaga, Nashik, Šumperk, Szombathely und Xiamen. In Batam steht die Inbetriebnahme einer Anlage kurz bevor, Erweiterungen bestehender Anlagen sind an verschiedenen Standorten geplant. Insgesamt stieg die an TEG Standorten (und für diese) weltweit erzeugte Solarenergie in den vergangenen Jahren kontinuierlich auf etwa 24.700 Megawattstunden im Geschäftsjahr T129 an. Für das neue Geschäftsjahr T130 ist ein weiterer Anstieg auf rund 44.000 Megawattstunden geplant.

Die TDK Corporation kündigt den HVC50 an, einen Hochspannungs-Gleichstrom-Schütz, der für das Verbinden oder Trennen von Lithium-Ionen-Batterien mit bis zu 1500 V in Traktionsanwendungen, Energiespeichersystemen (ESS) und Megawatt-Ladesystemen entwickelt wurde. Mit diesem Bauelement unterstützt TDK seine Kunden dabei, den grünen Wandel hin zu einer vollelektrischen Gesellschaft voranzutreiben und damit den CO₂-Fußabdruck zu reduzieren.

Einmalig kann der HVC50 Gleichspannungen von bis zu 1500 V und Gleichströme von bis zu 1000 A in weniger als 30 ms trennen. Kontinuierlich kann er bis zu 750 A führen. Mit einem Gewicht von 1,7 kg und Abmessungen von 97,8 x 140 x 94,2 mm³ ist dieses Bauelement für die anspruchsvollen Anforderungen von Industrie-Anwendungen und Nutzfahrzeugen ausgelegt und vereint Zuverlässigkeit, Sicherheit und einfache Integration.

Der HVC50 verfügt über eine gasgefüllte keramische Lichtbogenkammer, die auch unter extremen Bedingungen dafür sorgt, dass der Strom schnell und sicher unterbrochen wird. Der integrierte Spiegelkontakt, welcher der Norm IEC 60947-4-1 entspricht, erhöht die Betriebssicherheit, indem er die Schaltvorgänge präzise zurückmeldet. Dank der Bidirektionalität des Schützes können Ströme problemlos in beide Richtungen fließen, was ihn äußerst vielseitig macht. Ein Doppelspulen-Design für Nennspannungen von 12 oder 24 V sorgt für einen energieeffizienten Betrieb. Die Einschaltleistung beträgt 50 W, während die stationäre Leistung nur 6 W beträgt, da nach etwa 200 ms eine der beiden Spulen abgeschaltet werden kann.

Zertifiziert nach CE- und UKCA-Normen sowie UL-Standards entspricht der Schütz HVC50 globalen Sicherheits- und Leistungsstandards und kann in verschiedenen Regionen eingesetzt werden, darunter Europa, USA und Asien. Indem er die steigende Nachfrage nach effizienter und zuverlässiger Stromversorgung in ESS und Megawatt-Ladesystemen bedient, trägt der HVC50 dazu bei, den Ausbau nachhaltiger Energielösungen und Lade-Infrastrukturen mit hoher Leistung weltweit zu beschleunigen.
 

• Foto-spintronisches Wandlerelement, das auf Licht mit einer Wellenlänge von 800 nm innerhalb von 20 ps reagieren kann – zehnmal schneller als herkömmliche halbleiterbasierte Fotodetektoren 

• Konzipiert und entwickelt von TDK, kann das magnetische Bauelement sowohl Licht im nahen Infrarotbereich als auch sichtbares Licht detektieren 

• Zusammen mit der japanischen Nihon University (bekannt für ihre Grundlagenforschung im Bereich Physik) wurde die Betriebsfähigkeit nachgewiesen 

• Die Technologie eignet sich für die fotoelektronische Umwandlung, um die Datenverarbeitung zu beschleunigen und gleichzeitig die Stromaufnahme zu senken – beides entscheidende Faktoren für die Weiterentwicklung von Künstlicher Intelligenz (KI). 

Die TDK Corporation stellt den weltweit ersten* „Spin-Fotodetektor“ vor, ein foto-spintronisches Wandlerelement, das optische, elektronische und magnetische Eigenschaften vereint und mit einer extrem hohen Geschwindigkeit von 20 Pikosekunden (20 × 10⁻¹² s) auf Licht mit einer Wellenlänge von 800 nm [1] reagieren kann – mehr als zehnmal schneller als herkömmliche halbleiterbasierte Fotodetektoren. Dieses neue Bauelement könnte sich als entscheidender Faktor bei der Implementierung der fotoelektronischen Umwandlungstechnologie erweisen, denn es kann sowohl die Geschwindigkeit der Datenübertragung und -verarbeitung, insbesondere bei KI-Anwendungen, erhöhen und Energie sparen. 

Da sich die Künstliche Intelligenz ständig weiterentwickelt, müssen immer größere Datenmengen mit höherer Geschwindigkeit und geringerem Stromverbrauch bewegt werden. Derzeit dienen elektrische Signale dazu, Daten zwischen CPU/GPU-Chips sowie vom und zum Speicher zu übertragen, um sie zu verarbeiten und auszuwerten. Da die optische Kommunikation und Verbindungen höhere Übertragungsgeschwindigkeiten bieten und nicht mit der Leitungslänge abnehmen, dürften diese immer wichtiger werden. Gleichzeitig gewinnt die fotoelektronische Umwandlungstechnologie als äußerst kompakte Verschmelzung optischer und elektronischer Funktionselemente weltweit an Bedeutung. 

Als Antwort auf diese Herausforderungen hat TDK seine Magnetische Tunnelkontakt-Technologie (Magnetic Tunnel Junction, MTJ), die heute milliardenfach in Magnetköpfen von Computer-Festplatten zum Einsatz kommt, für die Photonik weiterentwickelt. Zu den größten Vorteilen dieser Technologie zählt, dass keine Kristalle auf einem monokristallinen Substrat gezüchtet werden müssen und sich das Bauelement somit auf einem beliebigen Substratmaterial fertigen lässt. Herkömmliche halbleiterbasierte Fotodetektoren stoßen bei kürzeren Wellenlängen an ihre physikalischen Grenzen. Im Gegensatz dazu nutzt der Spin-Fotodetektor das Phänomen der Elektronenerwärmung, weswegen er auch mit kürzeren Wellenlängen und sehr hoher Geschwindigkeit arbeiten kann [1]. Darüber hinaus ist der nutzbare Wellenlängenbereich breit, und er funktioniert nachweislich auch mit sichtbarem Licht bis hin zu Licht im nahen Infrarotbereich. TDK hat die Funktion des Spin-Fotodetektors gemeinsam mit der japanischen Nihon University nachgewiesen, einem Pionier der Forschung zur Messung ultraschneller Phänomene in magnetischen Materialien. 

Da der Spin-Fotodetektor sichtbares Licht auch bei hohen Geschwindigkeiten erfassen kann, könnte er zudem für zukünftig stark wachsende Anwendungen nützlich sein, z. B. für AR/VR-Brillen ([2], [3]) und schnelle Bildsensoren. Im Gegensatz zu herkömmlichen halbleiterbasierten Fotosensoren sind MTJ-Elemente auch sehr robust gegen kosmische Strahlung und könnten daher als Lichtdetektoren in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt werden. Auf Grundlage dieser Ergebnisse wird TDK in Zukunft die Leistungsfähigkeit des schnellen Lichtdetektors verbessern, um dessen Einsatzmöglichkeiten weiter auszubauen. 

*Stand: April 2025, laut einer Untersuchung von TDK 

• Neues 100-V-Produkt für Automobilanwendungen mit 10 µF in 3225-Gehäusegröße (hohe Kapazität)
• Reduziert die Anzahl der erforderlichen Bauelemente und verkleinert die Baugruppen
• Qualifiziert nach AEC-Q200

Die TDK Corporation hat ihre CGA-Serie an Vielschicht-Keramikkondensatoren (MLCCs) für den Automobilbereich auf 10 µF bei 100 V in der Baugröße 3225 (3,2 x 2,5 x 2,5 mm³; L x B x H) mit X7R-Temperaturcharakteristik (Klasse-II-Dielektrikum) erweitert. Damit handelt es sich um die branchenweit höchste Kapazität* für ein Produkt mit Nennspannung 100 V in der Größe 3225 und dieser Temperaturcharakteristik. Die Massenproduktion der Serie begann im April 2025.

In den vergangenen Jahren ist einerseits die Stromaufnahme gestiegen, und es kommen immer mehr hochkomplexe Steuergeräte mit hohen Strömen zum Einsatz. Andererseits nimmt auch die Nachfrage nach leichteren Fahrzeugen (mit leichteren Kabelbäumen) und damit der Einsatz von 48-V-Batteriesystemen zu. Dadurch steigt auch die Nachfrage nach 100-V-Produkten mit hoher Kapazität, wie z. B. Glättungs- und Entkopplungskondensatoren für die Versorgungsleitungen.

Dank optimierter Materialauswahl und Konstruktion erreichen die 100-V-Produkte der CGA-Serie die doppelte Kapazität herkömmlicher Produkte der gleichen Größe. Dadurch halbiert sich die Anzahl der benötigten MLCCs und die Montagefläche, was die Miniaturisierung von Baugruppen erleichtert. TDK wird sein Sortiment weiter ausbauen, um den Kundenanforderungen gerecht zu werden.

*Quelle: TDK, Stand: April 2025
 

Auch der Standort Zhuhai FTZ hat jetzt eine eigene Photovoltaik-Anlage in Betrieb genommen. Auf den Dächern mehrerer Gebäude sind auf einer Fläche von rund 12.000 Quadratmetern mehr als 3.500 Solarmodule installiert. Sie erzeugen 2.100 Megawattstunden Strom im Jahr, das entspricht 2 Prozent des jährlichen Strombedarfs des Werks. Die CO₂-Emissionen des Standorts werden um 2.240 Tonnen pro Jahr reduziert.

Die Photovoltaik-Anlage ging Ende März nach rund vier Monaten Bauzeit in Betrieb. Sogar die Überdachungen der Parkplätze werden für die Stromerzeugung genutzt. Projekt-Manager Louis Lee betonte die Bedeutung der neuen Anlage und ihren Beitrag zur nachhaltigen Entwicklung: „Dieses Projekt ist ein wichtiger Meilenstein für unseren Standort im Bereich der erneuerbaren Energien und unterstützt unser Ziel einer grünen Zukunft.“

Eigene Anlagen haben bereits die Standorte Deutschlandsberg, Heidenheim, Hongqi, Johor Bahru, Kalyani, Kutina, Málaga, Nashik, Šumperk, Szombathely und Xiamen. In Batam steht die Inbetriebnahme einer Anlage kurz bevor, Erweiterungen bestehender Anlagen sind an verschiedenen Standorten geplant. Insgesamt stieg die an und für TEG Standorte weltweit erzeugte Solarenergie in den vergangenen Jahren kontinuierlich auf etwa 24.700 Megawattstunden im Geschäftsjahr T129 an. Für das neue Geschäftsjahr T130 ist ein weiterer Anstieg auf rund 44.000 Megawattstunden geplant.

Abbildung 1:

Das Team am Standort Zhuhai FTZ.

Für kontinuierliche Verbesserungen in der Fertigung hat der Kondensatoren-Standort Xiamen in China den Excellence Award des Japan Instituts of Plant Maintenance (JIPM) erhalten. Die Auszeichnung würdigt Maßnahmen im Rahmen von Total Productive Maintenance (TPM), die zu einer effizienten Produktion führen. Der Standort hatte TPM 2019 eingeführt.

TPM zielt darauf ab, die Effektivität der Anlagen und des gesamten Betriebs durch Tools und strukturierte Prozesse zu maximieren. Alle Mitarbeiter sollen sich an Initiativen zur kontinuierlichen Verbesserung beteiligen und so zu einem nachhaltigen Wachstum in allen Bereichen nach der SQDCM-Methode (Safety, Quality, Delivery, Cost, Morale) beitragen.

Mehr Umsatz, effizientere Produktion

Seit der Einführung von TPM im November 2019 erzielte der Standort deutliche Verbesserungen bei verschiedenen Kennzahlen. Der Umsatz hat sich verdoppelt und der Absatz neuer Produkte verfünffacht. Die Effizienz der Produktion stieg um 46 Prozent, während die Fehlerraten bei Maschinen um 85 Prozent sanken. Darüber hinaus gibt es jetzt dreimal mehr Verbesserungsprojekte und die Anzahl der Vorschläge von Mitarbeitern hat sich fast verzehnfacht. Mitarbeiter wurden geschult und weitergebildet und es wird eine Kultur der kontinuierlichen Verbesserung und Innovation gefördert.

Neben der Weiterentwicklung der eigenen Transformation arbeitet Xiamen auch mit anderen TDK Standorten zusammen, um TPM-Methoden und -Konzepte zu fördern. Ziel ist, Standorte bei der Transformation zu unterstützen und das Konzept von TDK United weiter zu stärken.

„Diese Auszeichnung ist ein Beweis für die Arbeit und das Engagement jedes einzelnen Teammitglieds sowie für die Unterstützung durch das Management“, sagt Standort-CEO Eric Liu. „Wir stehen an einem neuen Ausgangspunkt und müssen Systemwerkzeuge weiter in die Verhaltenskultur integrieren und den Transformationsprozess in Richtung operativer Exzellenz fortsetzen. Dies wird unser Team in die Lage versetzen, nachhaltig zu wachsen und einen noch größeren Mehrwert für unsere Kunden, für die Gesellschaft und das Unternehmen zu schaffen.“

Abbildung 1:

Bei der TPM Kick-off-Veranstaltung im November 2019, zusammen mit Dr. Werner Lohwasser (TEG CEO und COO und ECBC COO).

Die TDK Corporation bringt mit dem B58101A0851A000 den ersten einer neuen Reihe von Eintauch-Temperatursensoren (Immersion Temperature Sensor, ITS) speziell für Kühlaufgaben im Antriebsstrang von Elektrofahrzeugen auf den Markt. Dieser reaktionsschnelle, vollständig gekapselte NTC-Thermistor wurde für eine schnelle und präzise Temperaturregelung entwickelt, z. B. für ölgekühlte Systeme. Im Antriebsstrang von Elektrofahrzeugen dürfte sich die Ölkühlung für das Temperaturmanagement durchsetzen. Basierend auf der Expertise von TDK bei der Entwicklung maßgeschneiderter Lösungen von Temperatursensoren bietet dieses Bauelement ein flexibles, anpassbares Design, das sich an verschiedene Einbaupositionen, Kühlmedien und Montagekonfigurationen adaptieren lässt.

Der Temperatursensor ist leicht (<11 g), hat eine Ansprechzeit von weniger als 4 s (τ_63%) und eine Genauigkeit von unter ±1 K über den gesamten Temperaturbereich von -40 °C bis +150 °C. Dies kann die Effektivität des Wärmemanagements verbessern. Der Sensor ist sehr widerstandsfähig gegenüber dem Getriebeöl ZF EcoFluid E für elektrische Antriebssysteme, die Widerstands-Temperatur-Kurve (RT) lässt sich individuell anpassen und der Sensor ist in verschiedenen Montagekonfigurationen erhältlich.

Mit diesem Temperatursensor für den Ölkreislauf stellt TDK eine weitere präzisionsgefertigte, anpassbare thermische Lösung bereit, um die Mobilitätswende und sich stetig weiterentwickelnde Anwendungen im Bereich der E-Mobilität zu unterstützen.
 

• Ausgelegt für hohe Ströme von bis zu 1600 mA
• Hohe Impedanz über einen breiten Frequenzbereich
• Einsetzbar in Umgebungen mit hohen Temperaturen; unterstützt einen breiten Arbeitsbereich von -55 °C bis +155 °C

Die TDK Corporation hat die ADL3225VF-Serie (3,2 x 2,5 x 2,3 mm³; L x B x T) von drahtgewickelten Induktivitäten für Power-over-Coax (PoC) im Automobilbereich erweitert. Die Massenproduktion dieser neuen Bauelemente begann im März 2025.

Moderne Fahrerassistenzsysteme (ADAS) verbessern die Verkehrssicherheit durch den Einsatz von Kameras und Sensoren, die das Fahrumfeld überwachen. In der Regel erfassen mehrere Kameras, die an der Front, am Heck und an den Seiten des Fahrzeugs angebracht sind, die Umgebung in Echtzeit und sorgen so für ein sicheres, unfallfreies Fahrerlebnis. Normalerweise benötigen diese Kameras zwei separate Leitungen: eine für die Stromversorgung, die an die Fahrzeugbatterie angeschlossen ist, und eine für die Datenübertragung, die mit dem Steuergerät (ECU) verbunden ist. Mit der PoC-Technologie kann ein einziges Koaxialkabel jedoch gleichzeitig sowohl Energie als auch Daten übertragen, was die Verkabelung vereinfachen und reduzieren kann. Dadurch lässt sich das Fahrzeuggewicht verringern, was wiederum die Kraftstoffeffizienz verbessern und die CO₂-Emissionen senken kann.

Die neue ADL3225VF-Serie von TDK ist für einen Nennstrom von 1,6 A spezifiziert, was dem der Baureihe ADL4532VK (vorgestellt am 13. Februar 2025) entspricht, wobei die Montagefläche um etwa 45% reduziert werden konnte. Das PoC-System benötigt einen Filter mit mehreren Induktivitäten, um den Strom vom Datensignal zu trennen, bevor sich die Daten effektiv verarbeiten lassen. Im Vergleich zu herkömmlichen Produkten, wie der ADL3225VM-2R2M, liegt der Bemessungsstrom bei der ADL3225VF-Serie um etwa 20% höher, weil proprietäre Materialien und innovative Aufbautechniken zum Einsatz kommen. Gleichzeitig bietet die ADL3225VF-Serie eine hohe Impedanz über einen breiten Frequenzbereich von mehreren zehn Megahertz (MHz) bis zu mehreren hundert Megahertz. Dadurch wird die Anzahl der verwendeten Induktivitäten reduziert und Platz gespart. Darüber hinaus ist das Bauelement mit einer oberen Betriebstemperaturgrenze von +155 °C äußerst zuverlässig.

Auch zukünftig wird TDK induktive Bauelemente für PoC-Anwendungen im Automobilbereich entwickeln. Um den Marktanforderungen gerecht zu werden, wird das Unternehmen optimierte Designs durch die Verfeinerung von Vielschicht-, Drahtwickel- und Dünnschichttechnologien verfolgen. TDK wird seine Produktpalette erweitern, um die Qualität der PoC-Signalübertragung zu verbessern.
 

Der Standort Nashik in Indien bezieht zusätzlichen Solarstrom von einem weiteren Photovoltaik-Feld. Auf einer Fläche von 113.000 Quadratmetern erzeugt die externe Anlage 13.400 Megawattstunden pro Jahr, das entspricht 35 Prozent des Strombedarfs des Werks. Zusammen mit dem Strom, den der Standort seit vier Jahren von einem anderen Photovoltaik-Feld bezieht, und dem Strom aus der eigenen Photovoltaik-Anlage auf dem Dach der Kondensatoren-Fertigung kann das Werk nun 75 Prozent seines Energiebedarfs mit grünem Strom decken.

Das neue Photovoltaik-Feld liegt rund 550 Kilometer östlich von Nashik im Landesinneren. TDK Indien hat eine Partnerschaft mit einem externen Energie-Erzeuger geschlossen, der die Anlage errichtet hat, und 26 Prozent des Grundkapitals investiert.

Den erzeugten Solarstrom nutzt der Standort Nashik exklusiv. Dadurch kann das Werk seine CO₂-Emissionen um fast 11.000 Tonnen jährlich reduzieren und Stromkosten senken.

Die Geschäftsführung von TDK India zeigte sich zufrieden über das Erreichen eines weiteren Meilensteins bei der Nutzung alternativer Energien: „TDK Nashik hat mit der Inbetriebnahme der zweiten externen Solaranlage einen weiteren bedeutenden Meilenstein in der Umstellung auf grüne Energie erreicht“, sagt Prabal Ray, Chairman and Managing Director TDK India. „Wir sind stolz darauf, beim Übergang zu einer sauberen Energie der Zukunft mit gutem Beispiel voranzugehen. Wir werden weiterhin nach solchen Möglichkeiten suchen und setzen uns dafür ein, eine grünere Welt zu schaffen.“

Rund 3.000 Panels auf fast 11.000 Quadratmetern Fläche: Die Photovoltaik-Anlage auf dem Dach der Kondensatoren-Fertigung in Nashik ging 2019 in Betrieb und erzeugt rund 1.300 Megawattstunden Solarstrom im Jahr.

Die TDK Corporation freut sich, mit TDK SensEI edgeRX ein Produkt auf den Markt zu bringen, das einen bedeutenden Fortschritt in der Instandhaltung von Industrieanlagen darstellt und wegweisende Innovationen in das Zentrum der Zustandsüberwachung von Maschinen rückt.

edgeRX ist eine moderne Plattform, die den Zustand von Maschinen überwacht und dafür die Leistungsfähigkeit von künstlicher Intelligenz (KI) auf Sensoren am Netzwerk-Rand (Edge) nutzt. Mithilfe von KI-Algorithmen, Edge-Computing und leistungsstarken Sensoren kann edgeRX den Zustand von Maschinen in Echtzeit kontrollieren, Einblicke für die vorausschauende Wartung liefern und direkt an den Maschinen umsetzbare Warnmeldungen ausgeben.

edgeRX ist eine umfassende, sofort einsatzbereite Lösung, bei der keine umfangreiche Einrichtung oder spezielle Integration erforderlich ist. So können Betriebs- und Instandhaltungstechniker sowie Werksleiter die Funktionen zur Maschinenüberwachung schnell bereitstellen und nutzen. Da edgeRX potenzielle Probleme erkennt, bevor sie akut werden, maximiert diese Lösung die Verfügbarkeit, senkt die Wartungskosten und verbessert die Betriebseffizienz insgesamt. Damit ist sie ein unverzichtbares Werkzeug in modernen Fertigungsumgebungen.

Dank seiner langjährigen Erfahrung im Bereich Sensoren und Bauelemente ist TDK hervorragend positioniert, um die edgeRX-Plattform zu entwickeln und zu verbessern und so eine herausragende Performance und Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Mit jahrzehntelanger Innovationskraft und Expertise ist der TDK Konzern ein weltweit führender Anbieter von elektronischen Bauelementen, Sensoren, Batterien und Materialtechnologie. Die zahlreichen bahnbrechenden Fortschritte der Unternehmensgruppe in diesen Bereichen bilden eine solide Grundlage für die Entwicklung innovativer Lösungen wie edgeRX.

Hauptmerkmale von edgeRX sind:

• Umfassende Plattform: Hochentwickelte Sensoren, Gateway, Dashboard und KI sind enthalten
• Einfache Datenerfassung: Ein hochgradig anpassungsfähiges System, das Daten automatisch erfasst
• Intelligente Erkennung: Automatische Erkennung und Kennzeichnung über mehrere Betriebsklassen hinweg
• Präzise Überwachung: Ausgereifte Methoden, die Störungen im Betrieb erkennen und klassifizieren
• Anpassbare Warnmeldungen: Empfindlichkeitsparameter wie die Häufigkeit der Erkennung von Anomalien lassen sich einstellen
• Schnelle Reaktion: Schnelle und effiziente Methoden, um bei Bedarf unverzüglich Maßnahmen zu ergreifen
• Kontinuierliche Überwachung: Echtzeit-Tracking identifiziert, prognostiziert und verhindert Leistungsabfall bzw. Ausfall
• Reibungslose Integration: Nahtlose Datenerfassung, Entwicklung und Bereitstellung von Modellen 

Gegenwärtig entwickelt sich die Überwachung von Maschinenzuständen rasant von der herkömmlichen CbM (Condition Based Monitoring) zur PdM (Predictive Maintenance) weiter. PdM nutzt fortschrittliche Technologien wie KI, IoT und Fusion von Sensordaten, um Anlagen in Echtzeit zu überwachen und Vorhersagen zu treffen, um Ausfallzeiten zu reduzieren und die Produktivität zu steigern. Jüngsten Berichten zufolge wächst der Markt für PdM rasant und dürfte im Jahr 2025 eine Größe von über 13 Milliarden US-Dollar erreichen, wobei in den nächsten fünf Jahren eine durchschnittliche jährliche Wachstumsrate (Compound Annual Growth Rate, CAGR) von 35% prognostiziert wird. Befeuert wird dieses Wachstum durch technologische Fortschritte, die Einführung von KI und den beschleunigten Einsatz von Industrie 4.0.

„Als wir uns Mitte 2024 entschlossen, TDK SensEI zu gründen, hatten wir genau solch ein innovatives Produkt im Sinn, das unser Team jetzt auf den Markt bringt. Wir sind überzeugt, dass diese Lösung einen entscheidenden Moment in der verarbeitenden Industrie markiert, da sie das perfekte Produkt ist, um alltägliche Wartungsprobleme mit einfach zu implementierender KI zu lösen“, so Noboru Saito, President und CEO der TDK Corporation.

„Um die Wartungskosten niedrig und die Produktivität hochzuhalten, ist es in der industriellen Fertigung unerlässlich, dass die Maschinen immer voll funktionsfähig sind. KI ist ein entscheidender Faktor, um dies zu erreichen, aber das produzierende Gewerbe hatte bislang Schwierigkeiten, KI zu implementieren“, so Sandeep Pandya, CEO von TDK SensEI, einem Unternehmen der TDK Gruppe. “Die edgeRX-Plattform bietet eine sofort einsatzbereite Lösung für Herausforderungen im Bereich KI und versetzt Hersteller in die Lage, die volle Maschinenleistung schneller zu erreichen. Deshalb freuen wir uns sehr, edgeRX der Industrie vorzustellen.“

Snubber-Kondensatoren oder einen Teil der Zwischenkreiskapazität in das Leistungsmodul für Wechselrichter zu integrieren, zielt darauf ab, einerseits die Effizienz und Leistung des Wechselrichters insgesamt zu verbessern und andererseits die Systemkosten zu senken. Aufgrund der hohen Belastungen in einem Leistungsmodul kommen hierfür nur Keramikkondensatoren in Frage. CeraLink, ein Hochspannungs-Keramikkondensator, den TDK speziell für Anwendungen in der Leistungselektronik entwickelt hat, bietet gegenüber Standard-Mehrschicht-Keramikkondensatoren (MLCCs) erhebliche Vorteile, insbesondere bei schnell schaltenden Power-Modul-Anwendungen mit Siliziumkarbid (SiC) oder Galliumnitrid (GaN).

Wechselrichter sind zentrale Komponenten in Elektrofahrzeugen (xEVs), weil sie den Gleichstrom aus der Autobatterie in Wechselstrom umsetzen, um damit den Motor anzutreiben. Ein hoher Wirkungsgrad und eine hohe Zuverlässigkeit sind unerlässlich, um die Reichweite, Leistungsfähigkeit und Lebensdauer des Fahrzeugs zu maximieren. Immer mehr xEVs arbeiten mit hohen Spannungen (in der Regel etwa 800 bis 900 V), um den Wirkungsgrad zu verbessern und die Ladezeiten zu verkürzen. Der Wechselrichter muss diese hohen Spannungen sicher und zuverlässig verarbeiten können. Durch den Einsatz fortschrittlicher Leistungshalbleiter wie Siliziumkarbid- (SiC) oder Galliumnitrid-Transistoren (GaN) lässt sich die Verlustleistung senken und der Wirkungsgrad erhöhen.

Dessen ungeachtet sind effektive Kühllösungen erforderlich, weil trotzdem Verluste in Form von Wärme entstehen. Innovative Designs wie doppelseitige Kühlstrukturen tragen dazu bei, die Kühlleistung zu optimieren und die Gesamtgröße und das Gewicht des Wechselrichters zu reduzieren, was wiederum wichtig ist, um die Reichweite und das Fahrverhalten des Wagens zu verbessern.

Neben Effizienz und Performance spielen auch die Systemkosten eine wichtige Rolle, da die Entwicklung und Fertigung von leistungsstarken Wechselrichtern kostspielig sind. Einer der wesentlichen Kostentreiber im Leistungsmodul sind die SiC-Chips. Entsprechend kann jede Möglichkeit, diese Komponenten effizienter zu betreiben oder die Anzahl der erforderlichen Chips zu reduzieren, erheblich Kosten einsparen.

Abbildung 1a: Blockschaltbildeiner Standard-Wechselrichtertopologie mit der HV-Versorgung (z. B. Batterie), dem Wechselrichtermodul und der konventionellen Lösung eines DC-Zwischenkreiskondensators.

 

 

Abbildung 1b: Blockschaltbild einer Standard-Wechselrichtertopologie mit der HV-Versorgung (z. B. Batterie), dem Wechselrichtermodul und einer Lösung mit verteiltem DC-Zwischenkreiskondensator, bei der ein Teil der Kapazität in die Nähe des Leistungsmoduls verlagert ist.

 

Abbildung 1c: Blockschaltbild einer Standard-Wechselrichtertopologie mit der HV-Versorgung (z. B. Batterie), dem Wechselrichtermodul und einem im Power-Modul integrierten Snubber.

Je nach Topologie benötigen moderne Wechselrichter für e-Fahrzeuge in der Regel eine Zwischenkreiskapazität (DC-Link) von mehreren hundert Mikrofarad. Diese wird in der Regel durch metallisierte Folienkondensatoren aus Polypropylen realisiert (Abbildung 1(a)). Allerdings sind diese Bauelemente sperrig und können daher nicht ohne Weiteres nahe bei den Leistungsschaltern platziert werden. Daher bildet sich zwischen dem Zwischenkreiskondensator und den SiC-MOSFETs eine signifikante parasitäre Induktivität aus. Auch bei einer sorgfältig ausgelegten Sammelschiene (Busbar) kann die Spannung bei steilen Schaltflanken (hohes di/dt) stark überschwingen. Solche Spannungsspitzen gefährden nicht nur die Leistungsschalter, sondern erhöhen auch die EMV des Gesamtsystems, sodass möglicherweise größere und teurere Filter erforderlich werden.

Hybride Systeme, wie in Abbildung 1(b) und (c) dargestellt, teilen die Zwischenkreiskapazität auf. Ein kleiner Teil wird so nah wie möglich an das Power-Modul (oder sogar ins Modul) verlagert. Dieser kleine Anteil lässt sich in der Regel durch kompakte, niederinduktive Bauelemente, z. B. Keramikkondensatoren, realisieren. Da diese Bauelemente direkt neben den Schaltelementen sitzen, können sie dazu beitragen, Spannungsüberhöhungen zu reduzieren, die andernfalls die Leistungsschalter beschädigen könnten. Diese Bauelemente werden allgemein als Snubber oder Entkopplungskondensatoren bezeichnet und nehmen überschüssige Energie aus der parasitären Induktivität auf, wenn der Transistor ausgeschaltet wird. Das Gleiche gilt für das Einschalten, wenn die parasitären Kapazitäten des Transistors sofort geladen werden müssen. Ein Keramikkondensator, der parallel zum Haupt-Zwischenkreiskondensator neben dem Leistungsschalter platziert wird, kann diesen Strom liefern. Andernfalls müsste dieser Strom vom Haupt-Zwischenkreiskondensator kommen. Aber in diesem Fall wäre die parasitäre Induktivität höher, da der Kondensator weiter vom Schalttransistor entfernt ist.

In solchen hybriden Systemen können die parasitären Induktivitäten (z. B. Sammelschiene und Gleichstromzwischenkreis) im Zusammenspiel mit der Snubber-Kapazität unerwünschte Resonanzen verursachen, auch als Antiresonanz-Effekt bezeichnet. Dadurch können hohe Blindströme auftreten, die wesentlich höher sind als der eigentliche Snubber-Strom, wodurch sich der Snubber-Kondensator unerwartet stark erhitzt, und die Effizienz sinkt. Dieser Effekt wird noch gravierender, wenn die Antiresonanz-Frequenz in der Nähe der Schaltfrequenz oder relevanter Oberwellen liegt. Bei einem nicht optimierten Design kann diese Antiresonanz-Frequenz leicht im Bereich von 200 bis 400 kHz liegen, was bereits mit den Oberwellen typischer Schaltfrequenzen zusammenfallen kann, sodass starke Schwingungen auftreten können. Um diesen Effekt möglichst gering zu halten, muss die Antiresonanz zu höheren Frequenzen verschoben werden. Dies kann durch Minimierung der Induktivität der Sammelschiene (z. B. durch eine möglichst kurze Sammelschiene) und Reduzierung der Snubber-Kapazität auf das niedrigste akzeptable Niveau geschehen. Darüber hinaus könnten Dämpfungselemente erforderlich sein, vorzugsweise frequenzabhängig (z. B. durch Nutzung des Skin-Effekts. Für weitere Details siehe [1].)

Abbildung 2: Einfluss der Schleifeninduktivität auf Überspannungen am Halbleiter. Je größer die Schleifeninduktivität, bedingt durch den Abstand des Kondensators zu den Schaltern, desto größer die Überspannungen und umgekehrt. Dank einer maximalen Betriebstemperatur von +150 °C kann CeraLink sehr nah an den Halbleitern platziert werden, was die Schleifeninduktivität minimiert.

Der nächste logische Schritt besteht darin, den Snubber-Kondensator direkt in das Power-Modul zu integrieren, wie in Abbildung 1(c) dargestellt. In diesem Fall lassen sich die Snubber so nah wie möglich an den Schaltelementen platzieren, wodurch die Schleifeninduktivität insgesamt erheblich minimiert wird, wie in Abbildung 2 dargestellt. Daher arbeiten sie sehr effizient, was das Filtern von Spannungsspitzen angeht. Da die induzierte Überspannung proportional zur parasitären Induktivität ist, könnte am Ende weniger Kapazität erforderlich sein.

Bei all den Vorteilen ergeben sich durch die Integration der Kondensatoren in das Power-Modul jedoch auch einige Herausforderungen. Nur Keramik-Vielschichtkondensatoren (MLCCs) können die Anforderungen an Energiedichte, Strombelastbarkeit, Temperaturbereich und Kompaktheit erfüllen. Je nach verwendetem Keramikmaterial sind unterschiedliche MLCC-Klassen verfügbar, die jeweils ihre Vor- und Nachteile haben. Im Folgenden betrachten wir drei verschiedene Materialien, nämlich die bekannten Klasse-I- und Klasse-II-Dielektrika sowie ein anti-ferroelektrisches Dielektrikum, das im CeraLink von TDK verwendet wird und speziell für die Leistungselektronik der Zukunft entwickelt wurde.

Fallstrick DC-Bias-Effekt, Strombelastbarkeit und Temperaturbereich

Die Kapazität von MLCCs mit Klasse-II-Dielektrikum (z. B. Temperaturklasse X7R) nimmt mit der angelegten Gleichspannung ab – bekannt als DC-Bias-Effekt und in Abbildung 3(a) dargestellt. Exemplarisch liefert ein MLCC mit einem solchen Dielektrikum (X7R), der eine Nennspannung von 630 V und eine Nennkapazität von 1 µF aufweist, bei einer Betriebsspannung von 400 V nur einen Bruchteil der Nennkapazität, d. h. die Kapazität sinkt aufgrund des DC-Bias-Effekts um fast 80% des Nennwerts. Außerdem sinkt die Kapazität auch mit der Temperatur, wie in Abbildung 3(b) dargestellt. Allerdings ist dieser Effekt in der Regel weniger ausgeprägt als der DC-Bias-Effekt, insbesondere bei höheren Spannungen. Wenn jedoch sowohl der DC-Bias- als auch der Temperatureffekt berücksichtigt werden, reduziert sich die Kapazität von 1 µF am Arbeitspunkt auf nur etwa 0,2 µF. Diese Tatsache ist für viele Designs ausschlaggebend, da die Kapazität in der Anwendung dann erheblich vom erwarteten Wert abweicht.

Abbildung 3: Kapazitätsverlauf über (a) die DC-Bias-Spannung und (b) der Temperatur für MLCCs mit Klasse-I- (C0G) und Klasse-II-Dielektrikum (X7R und X7T) sowie CeraLink.

Ein weiterer Schwachpunkt bei MLCCs mit Klasse-II-Dielektrikum ist ihre begrenzte Stromtragfähigkeit, zusammen mit ihrer Neigung zu thermischem Durchgehen, sobald mehrere Kondensatoren parallelgeschaltet werden. Das bedeutet, dass der bereits heißeste Kondensator in dieser Verschaltung noch heißer wird, sodass das System thermisch und/oder elektrisch instabil wird.

Schließlich sind MLCCs mit Klasse-II-Dielektrikum in der Regel auf eine maximale Bauelementtemperatur von +125 °C begrenzt. Dies könnte für bestimmte Anwendungen mit Power-Modulen knapp bemessen sein, da die Sperrschichttemperatur von SiC-MOSFETs leicht auf +175 °C ansteigen kann. Für die Lebensdauer macht es einen großen Unterschied, ob der Kondensator bereits nahe seiner oberen spezifizierten Temperatur (z. B. +125 °C) läuft oder ob er für +150 °C ausgelegt ist, aber nur bei +125 °C arbeiten muss. Als Faustregel gilt, dass sich die Lebensdauer mit jedem Temperaturabfall um 10 K verdoppelt. Außerdem können schwierige Fertigungsbedingungen bei der Modulfertigung (z. B. hohe Temperaturen beim Reflow-Löten) für einige Standardkondensatoren inakzeptabel sein.

Andererseits variiert die Kapazität von MLCCs mit Klasse-I-Dielektrikum (z. B. Temperaturklasse C0G) kaum mit dem DC-Bias oder der Temperatur. Außerdem verkraften sie hohe Umgebungstemperaturen und hohe Betriebsströme problemlos. Allerdings ist ihre Kapazitätsdichte in der Regel gering, sodass mehrere Bauelemente erforderlich sind, um eine ausreichende Kapazität zu erreichen. Dies verbraucht viel Platz auf der Leiterplatte und kann zu Platzproblemen führen sowie die gesamte Schleifeninduktivität erhöhen. Eine solche Lösung steht im Widerspruch zur ursprünglichen Idee, die Schaltung möglichst niederinduktiv zu gestalten.

Warum CeraLink anders ist

Anders als MLCCs mit Klasse-I- oder Klasse-II-Dielektrikum basieren CeraLink-Kondensatoren auf Blei-Lanthan-Zirkonat-Titanat-Keramik (PLZT). Dadurch nimmt die Kapazität mit dem DC-Bias zu, wie in Abbildung 3(a) dargestellt. Zudem steigt die Kapazität mit der Temperatur bis zu einem gewissen Maximum an und nimmt dann wieder ab (siehe Abbildung 4). Dies eliminiert wirksam das Risiko, dass der Kondensator thermisch durchgeht.

Abbildung 4: Kapazitätsverlauf von CeraLink über der Temperatur für verschiedene DC-Bias-Spannungen. Diese Charakteristik verhindert ein thermisches Durchgehen, wozu es bei MLCCs mit Klasse-II-Dielektrikum kommen kann.

Abbildung 5: Verlauf des ESR beim CeraLink über der Frequenz. Dadurch kann CeraLink bei höheren Temperaturen höhere Brummströme verarbeiten.

 

Abbildung 6: Verlauf des ESR beim CeraLink über die Temperatur für verschiedene DC-Bias-Spannungen. CeraLink arbeitet bei hohen Temperaturen also noch effizienter.

Des Weiteren arbeitet CeraLink auch bei hohen Temperaturen sehr effizient, sodass er nicht zusätzlich gekühlt werden muss. Zu verdanken ist dies zum einen der Tatsache, dass die ESR sowohl mit der Frequenz als auch mit der Temperatur abnimmt (siehe Abbildungen 5 und 6), sodass bei Anwendungen in heißen Umgebungen, wie z. B. Power-Modulen, deutlich höhere Ströme fließen können. Zweitens kann CeraLink aufgrund seiner maximalen Temperatur von +150 °C sehr nah an den Halbleitern platziert werden, was dazu beiträgt, den Einfluss parasitärer Induktivitäten zu reduzieren (siehe Abbildung 2). Dies kann den Bedarf an einem zusätzlichen Wärmemanagement eliminieren, was wiederum die Systemkosten senkt und sowohl die Größe als auch das Gewicht des Systems reduziert. Durch all diese Eigenschaften kann CeraLink sehr gut für schnell schaltende leistungselektronische Anwendungen mit Wide-Bandgap-Technologie eingesetzt werden.

Vorteil bei den Systemkosten

Zum besseren Vergleich beschränken wir uns in diesem Abschnitt auf gängige Gehäuseformen für MLCCs wie EIA 2220 mit Soft-Terminierung und AEC-Q200-Qualifizierung (Automotive) und betrachten nur nicht gestapelte MLCCs bzw. MLCCs ohne Leadframe. In der Regel werden für Wechselrichteranwendungen in Leistungsmodulen für die Automobilindustrie größere Kapazitäten im Bereich von mehreren hundert Nanofarad bis zu einigen Mikrofarad benötigt. CeraLink kann diese Anforderung mit den Serien LP (Low Profile) und FA (Flex-Assembly) erfüllen.
 

Um aufzuzeigen, welchen Vorteil CeraLink gegenüber MLCCs mit Klasse-II-Dielektrikum in Bezug auf die Gesamtbetriebskosten bietet, sei eine Snubber-Anwendung betrachtet, die etwa 50 nF bei 800 V erfordert. Eine vergleichende Analyse zwischen dem CeraLink B58043E9563M052 (56 nF/900 V) und zwei MLCCs (beide 1000 V) verschiedener Hersteller zeigt erhebliche Unterschiede (Tabelle 1). Aufgrund des DC-Bias-Effekts erreichen diese MLCCs bei einer Betriebsspannung von 800 V nur 12,6 nF bzw. 25,9 nF, sodass drei oder vier Bauelemente parallelgeschaltet werden müssen, während ein einzelner CeraLink der Baugröße 2220 ausreicht.

Obwohl der Preis pro 1000 Stück für CeraLink bei den großen Online-Händlern angeboten wird, etwa doppelt so hoch ist wie für die meisten MLCCs, ist die Snubber-Lösung mit CeraLink an diesem Betriebspunkt kosteneffizienter für diese Anwendung. Rechnet man die Kosten für die Leiterplattenfläche und die Montage hinzu, wird dieser Kostenvorteil sogar noch größer. Unterm Strich lassen sich mit CeraLink in dem genannten Beispiel bis zu 60% der Kosten einsparen. Die Kosteneinsparungen können sogar noch höher ausfallen, wenn man berücksichtigt, dass eine geringere Gesamtinduktivität schnellere und härtere Schaltvorgänge ermöglicht (z. B. Kühlkonzept, geringere elektromagnetische Abstrahlung und günstigere Filter).

Zusammenfassung

Anders als herkömmliche MLCCs mit Klasse-II-Dielektrikum steigt die Kapazität von CeraLink mit der DC-Bias-Spannung und der Temperatur bis zu ihrem Arbeitspunkt. Dadurch lassen sie sich in verschiedenen Anwendungen der Leistungselektronik vielseitig einsetzen. Sie eignen sich hervorragend dafür, Spannungsspitzen zu dämpfen, und dank ihrer niedrigen äquivalenten Serieninduktivität (ESL) passen sie bestens zu schnell schaltenden Wide-Bandgap-Halbleitern. Da sie aufgrund ihres niedrigen äquivalenten Serienwiderstands (ESR) bei hohen Frequenzen und Temperaturen hohe Brummströme bewältigen können, sind sie besonders vielseitig. Da sie außerdem bei hohen Temperaturen arbeiten können, lassen sie sich sehr nah an Hochleistungsschaltern platzieren, wo sie Spannungsspitzen bei schnellen Schaltvorgängen effektiv dämpfen (Tabelle 2).
 

Zusätzlich zu ihren technischen Vorteilen können CeraLink-Kondensatoren Kosten einsparen, indem sie den Bedarf an Wärmemanagement oder Filterung minimieren oder sogar eliminieren. Durch die niedrigeren Systemkosten lassen sich auch Größe und Gewicht des Endprodukts reduzieren. CeraLink ist in verschiedenen Spannungs- und Kapazitätsbereichen erhältlich, um unterschiedliche Kundenanforderungen abzudecken.

Nächste Schritte bei der Modulintegration

Der nächste Entwicklungsschritt beim Design von Power-Modulen könnte der Einsatz von mehrschichtigen Keramiksubstraten wie Aluminiumnitrid (AlN) sein. Dieses neue Trägermaterial von TDK bietet zahlreiche technische Vorteile und katapultiert das Power-Modul auf die nächste Stufe.

Power-Module arbeiten in der Regel am effizientesten, wenn sie nahe an ihren thermischen Grenzen betrieben werden. Um an diesen Grenzen zu arbeiten und zu verhindern, dass die Halbleiter in den Power-Modulen überhitzen, muss die Temperatur präzise und genau gesteuert werden. Um die Herausforderung an die Temperaturgenauigkeit zu meistern, hat TDK bleifreie und RoHS-kompatible SMD-NTC-Thermistoren entwickelt, die die entsprechenden R/T-Kennlinien der auf dem Markt erhältlichen, nicht vollständig RoHS-kompatiblen Technologien aufweisen und so einen unkomplizierten Umstieg ermöglichen.

Quellenangaben

[1] Neudecker, M. and Chatterjee, P., Mitigating DC Link Anti-Resonance for WBG-Based Designs; Bodo’s Power Systems; 10/2024, pp. 42-46

Kontakt

• Die internationale SBTi bestätigt die Reduktionsziele von TDK für Treibhausgase als wissenschaftlich fundiert
• Sowohl für direkte Emissionen als auch für die aus der gesamten Wertschöpfungskette gelten Zielvorgaben
• Langfristige Ziele unterstützen das Anliegen, bis 2050 keine Netto-Emissionen mehr zu verursachen

Die TDK Corporation meldet, dass ihre Netto-Null-Ziele für Treibhausgas-Emissionen von der Science Based Targets initiative (SBTi) verifiziert wurden. Damit erkennt diese Organisation an, dass die langfristigen Ziele von TDK mit denen des Pariser Abkommens übereinstimmen, den globalen Temperaturanstieg auf 1,5 °C über dem vorindustriellen Niveau zu begrenzen (Datum der Verifizierung durch die SBTi: 3. Februar 2025).

Die folgenden langfristigen Netto-Null-Ziele von TDK wurden bestätigt:

• Ziel 1: Verringerung der absoluten Treibhausgas-Emissionen der Bereiche 1 und 2 um 90% bis zum Geschäftsjahr 2050 gegenüber dem Referenzjahr 2021
• Ziel 2: Verringerung der absoluten Treibhausgas-Emissionen des Bereichs 3 um 90% bis zum Geschäftsjahr 2050 gegenüber dem Referenzjahr 2021

Damit verifizierte die SBTi die langfristigen Netto-Null-Ziele von TDK, nachdem die Organisation die kurzfristigen Ziele bereits im Juni 2024 bestätigt hatte. TDK hat im Rahmen seiner Bemühungen, das Netto-Null-Ziel zu erreichen, den Einsatz erneuerbarer Energiequellen an seinen Produktionsstandorten vorangetrieben.

Seit Juli 2023 nutzen alle Fertigungsstätten in Japan zu 100% Strom aus erneuerbaren Energiequellen. Das Ziel, konzernweit bis zum Geschäftsjahr 2025 mindestens die Hälfte des Stroms aus erneuerbaren Energiequellen zu beziehen, hatte TDK bereits im Geschäftsjahr 2023 erreicht – zwei Jahre früher als geplant. Das Unternehmen setzt sich weiterhin zum Ziel, bis zum Geschäftsjahr 2050 konzernweit 100% Ökostrom einzusetzen.

Ausgehend von der SBT-Zertifizierung wird TDK die Emission von Treibhausgasen weiter reduzieren und seine Lieferanten dazu ermutigen, sich Ziele zu setzen, um ihren eigenen Ausstoß zu senken. Dadurch sollen die in der gesamten Lieferkette von TDK anfallenden Klimagas-Emissionen reduziert und ein Beitrag zu einer nachhaltigen Zukunft geleistet werden.

Die TDK Corporation präsentiert mit der EPCOS Serie EP9 (Bestellnummer: B82804E) Übertrager für die Oberflächenmontage, die noch kompakter sind als die bestehende Serie E10EM. Ausgelegt wurden die neuen Bauelemente speziell für IGBT- und FET-Gate-Treiber-Schaltungen in anspruchsvollen Elektromobilitäts- und Industrie-Anwendungen mit einer Systemspannung von 500 V. Die Übertrager überzeugen durch eine hervorragende Isolierung, minimale Koppelkapazität und hohe thermische Belastbarkeit. Mit dieser neuen Serie ebnet TDK den Weg in eine zunehmend elektrifizierte und nachhaltige Zukunft und treibt so die grüne Transformation voran.

Grundlage der EP9 Serie ist ein MnZn-Ferritkern mit SMD-L-Pin-Konstruktion, der eine Höhe von nur 11 mm und eine Grundfläche von 13 x 11 mm² aufweist. Die Übertrager arbeiten in einem breiten Temperaturbereich von -40 °C bis +150 °C und gewährleisten eine lange Lebensdauer unter widrigen Bedingungen. Mit einer Koppelkapazität von nur 2 pF, die dem Standard AEC-Q200 Rev. E entspricht, und einer Kriech- und Luftstrecke von mindestens 5 mm werden diese oberflächenmontierbaren Bauelemente in der Regel in Automobil-Anwendungen und anderen anspruchsvollen Umgebungen eingesetzt.

Die Übertrager unterstützen mit optimierten Übersetzungsverhältnissen sowohl Halbbrücken- als auch Gegentaktwandler (Push-Pull) mit einer typischen Schaltfrequenz von 100 bis 400 kHz. Diese Bauelemente sind auf Rollen erhältlich, um eine einfache Montage in Produktionsumgebungen mit hohen Stückzahlen zu gewährleisten.

Unter der Bestellnummer B82804X1 ist ein Musterkit ist erhältlich, das sechs Übertrager jeder Version enthält.