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セラミックコンデンサ(キャパシタ)问题解决事例
スイッチング電源の電解コンデンサ置換え (動画)

スイッチング电源に使用される大容量电解コンデンサを积层セラミックコンデンサに置换える际のテクニックや注意点などをプレゼンテーション形式で分かり易く解説します。

(15:58)

概要

スイッチング電源は、高性能な電源を小型?安価に提供できることにより、あらゆるセットで使用されています。大きく分けると絶縁型と非絶縁型があり、その中にも数々のタイプの電源が存在し、所要の用途に応じて使い分けます。当社はこれら数々のタイプの電源でお使いいただける电子部品や技術サポートを行っております。
本項では一例として、比較的回路が簡素な降圧型のスイッチング電源を例にあげ、電解コンデンサを積層セラミックコンデンサ (以下MLCC) に置換える際のテクニックや注意点、当社のサポート内容をご紹介します。

降圧型スイッチング电源の基本构成

降圧型スイッチング电源の基本构成を図1に示します。
図の赤线で囲んだ出力コンデンサを电解コンデンサから惭尝颁颁に置换えます。

図1 降圧型スイッチング电源の基本构成 図1 降圧型スイッチング电源の基本构成

出力コンデンサの种类と周波数特性

出力コンデンサとしては色々なタイプのコンデンサが使用されていますが、大きくわけると3種類のコンデンサに大別できます (図2参照) 。
まず一つ目は、一般电解コンデンサで大容量品が安価に贩売されていますが、信頼性や周波数特性に优れません。
二つ目は机能性高分子コンデンサで大容量かつ周波数特性のよいコンデンサが贩売されていますが、比较的高価になります。
叁つ目はセラミックコンデンサで比较的安価でありながら、周波数特性や信頼性に优れるコンデンサですが、大容量の商品が少ない事や温度特性や电圧特性が存在するため、それらを考虑して使用する必要があります。

図2 出力コンデンサの種類 図2 出力コンデンサの種類

図3にこれら3种类のコンデンサの周波数特性の一例を示します。
緑が一般电解330&尘颈肠谤辞;贵、青が机能性高分子330&尘颈肠谤辞;贵、赤がセラミックコンデンサ100&尘颈肠谤辞;贵です。
低周波では容量の大きな电解コンデンサや高分子コンデンサのインピーダンスが小さくなりますが、周波数が高くなるにつれセラミックコンデンサのインピーダンスが小さくなります。
このカーブを例にとりますと、スイッチング电源のスイッチング周波数が100办贬锄より高くなればセラミックコンデンサを出力コンデンサに使用するとリップル电圧が小さくなり、メリットが生じます。

図3 周波数特性グラフ 図3 周波数特性グラフ

出力コンデンサの违いによるリップル特性

図4は図1の回路において、出力コンデンサを変えた场合のリップル特性のシミュレーションデータです。
緑が一般电解コンデンサ、青が高分子コンデンサ、赤がセラミックコンデンサを使った场合で、リップルは一般电解コンデンサ、高分子コンデンサ、セラミックコンデンサの顺で小さくなっています。
使用したスイッチング电源はスイッチング周波数が300办贬锄であり、図3のピンク色のラインで示したインピーダンスを见ると、一般电解コンデンサ、高分子コンデンサ、セラミックコンデンサの顺で小さくなっており、インピーダンスとリップルの実测値とは非常に良い相関があると言えます。
スイッチング电源の场合、スイッチング周波数に応じて最适なコンデンサを选定する事で、小さな静电容量で出力电圧を安定させる事ができます。

図4 リップル特性グラフ 図4 リップル特性グラフ

出力コンデンサ変更时の注意

このように、出力コンデンサを惭尝颁颁に変更すると、电源のスイッチング周波数によっては小さな静电容量で出力电圧を安定させる事ができますが、电源全体の特性が変化し、出力电圧が安定しない场合があります。
この现象を発振と呼び、帰还回路の调整が必要になります。
せっかくスイッチング周波数でよりインピーダンスの低いコンデンサを选定しても、帰还回路を再设计しないとコンデンサのパフォーマンスに応じた结果が得られないため注意が必要です。
帰還回路の調整はノウハウを必要とすることが多く、当社ではお客様に変わってリップル、スパイク電圧の測定から、過渡応答特性、帰還回路の安定度 (Bode線図) などのデータ取得、評価を行うサポートを実施しております。

図5 コンデンサをMLCCに変更した場合には帰還回路の調整が必要 図5 コンデンサをMLCCに変更した場合には帰還回路の調整が必要

出力コンデンサ変更时の注意

スイッチング电源の电解コンデンサを惭尝颁颁に置换える设计に対して、「ノウハウがない」、「安定动作するのか不安」、「検讨时间がない」、「どんな惭尝颁颁を选定して良いのか分からない」など、多くの疑问や心配があると思います。
当社ではそのような问题についてのサポートを実施しておりますので、こちらからお问い合わせください。

図5 コンデンサをMLCCに変更した場合には帰還回路の調整が必要 図6 スイッチング電源に対するムラタソリューション

実回路下での部品特性のモデルを提供します

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