インバータ回路の電解コンデンサ置換え (動画) | セラミックコンデンサ(キャパシタ)

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インバータ回路の電解コンデンサ置換え (動画)

ブラシレスモータを駆动するインバータ入力部の电解コンデンサをセラミックコンデンサに置换えたときに性能がどう変化するかをデモでご覧いただけます。
容量が小さくなるのに、なぜ置换えが可能なのか、その理由も详しく解説します。

(09:55)

概要

インバータ回路とは直流电力から交流电力に逆変换する电源回路、またはその回路を持つ电力変换装置のことです。
制御装置と组み合わせることなどにより、省エネルギー効果をもたらすことが可能なため、近年利用分野が拡大しています。
ご绍介するデモは、ブラシレスモータ駆动用の评価ボードに搭载されているアルミ电解コンデンサを积层セラミックコンデンサに置换えた时の、コンデンサ电极间の电圧波形を比较します。
积层セラミックコンデンサへ置换えることにより、実装面积の削减だけでなく、电圧変动の抑制も期待できます。

デモの説明

评価に使用した评価ボードを図1に示します。
Texas Instruments社製のMotor Control Reference Design Kitを使用しました。

図2に回路図を示します。
図の黄色く涂った部分のインバータ入力部のコンデンサにアルミ电解コンデンサが使用されていますが、これを积层セラミックコンデンサに置换えます。

使用したコンデンサを図3に示します。
左侧がオリジナルのアルミ电解コンデンサ、右侧が置换えた后の积层セラミックコンデンサです。

置換前: φ16mm×16.5mm/470µF/63Vのアルミ電解コンデンサ
置換後: 3225サイズ/10µF/50Vの積層セラミックコンデンサ (GCM32EC71H106KA01L) 3個

図1 Texas Instruments社製: Motor Control Reference Design Kit

図2 回路図

図3 オリジナルのアルミ電解コンデンサと置換えた積層セラミックコンデンサ

评価结果

実际にブラシレスモーターを駆动した状态でコンデンサ両电极间の电圧を测定した结果を図4に示します。
电圧変动幅が144尘痴低减されます。

図4 コンデンサ電極間の電圧測定結果

なぜ电圧変动幅が小さくなるか?

なぜ电圧変动幅が小さくなるかを考察するにあたり、电源ラインに重畳しているノイズ成分を调べたところ、以下のノイズ成分が重畳していることが分かりました。

20办贬锄のリップルノイズ
150kHzのスパイクノイズ (DC-DCコンバータのスイッチングノイズ)
2惭贬锄の20办贬锄间隔で発生するリンギングノイズ

ここで、各コンデンサのインピーダンス特性を図5に示します。
周波数によってインピーダンスが异なり、20办贬锄では积层セラミックコンデンサの方が高いですが、2惭贬锄では低いことが分かります。
このことは、积层セラミックコンデンサは20办贬锄のノイズは落としきれませんが、2惭贬锄のノイズは有効に落とせることを意味し、トータルの电圧変动としては积层セラミックコンデンサの方が小さくなり、电圧変动抑制効果が大きかったと言えます。

図5 各コンデンサのインピーダンス特性

まとめ

以上のように、积层セラミックコンデンサは必ずしも同じ容量で置换える必要はなく、ノイズを落とさなければならない周波数によっては小さい容量でも置换えが可能です。
たとえ、性能が同等であったとしても、小型化のメリットや信頼性が高くなるメリットは、车载用のブラシレスモーター駆动用途などではその効果は大きいと言えます。