高分子コンデンサとハイブリッドコンデンサの知識
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近年の導電性ポリマーの進歩は、導電性ポリマーのみで電解質全体を形成したコンデンサと、導電性ポリマーと電解液を用いたハイブリッドコンデンサという、2種類の新しいコンデンサの開発をもたらしました。ポリマーベースのコンデンサはいずれも、電気特性・安定性・長寿命・信頼性・安全性・ライフサイクルコストに関して、従来の電解コンデンサやセラミックコンデンサよりも優れています。
SP-Caps
積層高分子アルミコンデンサは、導電性ポリマーを電解質として採用しアルミ陽極を備えています。電圧範囲は2～35Vで、10～560μFの静電容量を実現しています。このコンデンサの特徴的な電気特性は、業界で最も低い、3mΩという超低ESRです。これらのデバイスは、小型表面実装デバイスとしてパッケージ化されており、薄型で、さまざまな小型電子機器での使用に適しています。
OS-CON
巻回型高分子アルミコンデンサは巻回型箔構造を備えています。電圧は2～100Vに拡張されており、静電容量範囲は3.3～2700μFです。巻回型タイプは、積層高分子コンデンサと同様、5mΩ未満という非常に低いESR値を誇っています。また、このタイプのデバイスは積層タイプほど小型ではありませんが、表面実装が可能です。
POSCAP
高分子タンタルコンデンサは、導電性ポリマーを電解質として採用しタンタル陽極を備えています。電圧範囲は2～35V、静電容量範囲は2.7～1500μFで、最低5mΩの低ESR値を実現しています。成形樹脂ケースにパッケージされており、市場で最小サイズを誇っています。
HYBRID
高分子ハイブリッドアルミコンデンサは、名前の通り電解液と導電性ポリマーの複合電解質を採用し陽極にアルミを用いています。この技術的アプローチは、ポリマーが高い導電性を提供するということと、相応の低ESRという2つの点で最適であると考えられます。電解質の液体部分は、高電圧耐性が高い一方で、その広い有効表面範囲により高い静電容量定格を実現します。ハイブリッドコンデンサの電圧範囲は25～80V、静電容量範囲は10～330μFです。ESR値は他のタイプの高分子コンデンサよりも高く、20～120mΩですが、高電力用途に対応していることを考慮すると非常に低いと言えます。
高分子コンデンサのメリット
高分子コンデンサは、以下の望ましい電気特性をすべて備えています。
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優れた周波数特性：
高分子コンデンサはESR値が非常に低いため、その共振点付近で低インピーダンスを示します。またインピーダンスが低いことで、電力回路でACリップルが低減されます。テストでは従来の低ESRタンタルコンデンサと比較した場合、ピークツーピーク電圧の変化において5倍程度の低減が見られました。 -
安定した静電容量：
セラミックコンデンサでは、温度の変化やDCバイアスに反応して静電容量が変化します。高分子コンデンサには同様の問題はなく、時間が経過しても安定が保たれます。こうした安定性は、動作温度の変動が起こりやすい産業・車載用途において特に重要です。 -
強化された安全性：
従来の電解コンデンサは、短絡や故障を引き起こす可能性がありました。高分子コンデンサは、このよう状況に陥る可能性を排除する自己修復機能を備えています。ハイブリッドコンデンサでは、電解液が欠陥の近くで電流フローを引き起こしてアルミを酸化させさらなる自己修復が生じます。この機能には、重要な設計とコスト的な意味合いが含まれています。従来のタンタルコンデンサでは、動作の安全性を確保するため、出力電圧の2-3倍の定格をもつコンデンサが使用されていました。その結果コンデンサが大型化やコスト増大が発生していました。これに対し、パナソニックはその高分子コンデンサについて定格電圧の100%での動作を保証しています。
ハイブリッドコンデンサの性能上のメリット
ハイブリッドコンデンサは、高周波数における安定した電気特性で知られています。この堅牢なコンデンサは、コンピュータサーバー・バックアップ装置・ネットワーキングギアに加え、業務用モータ・車載エンジン制御ユニット・セキュリティカメラ・LED照明といった用途で大きな差をもたらす、以下のような強力なメリットを備えています。
- 小型サイズ:
表面実装ハイブリッドコンデンサは、わずか6.3 x 5.8mmというサイズで、35Vを制御し、47μFの静電容量を実現する性能を備えています。このサイズが、基板の省スペース化に大きく貢献しています。新しい48V電源装置でハイブリッドコンデンサが占めた基板スペースは、アルミ電解コンデンサが必要とするスペースのわずか13%でした。 - 信頼性:
コンデンサは単に小さいだけではなく、過酷な電気・環境条件に耐えるものでなくてはなりません。ほぼすべての面で、ハイブリッドコンデンサは、同等のアルミ電解コンデンサや高分子コンデンサを軽く上回っています。いくつかの例を取っても、ハイブリッドコンデンサは、同等の電解コンデンサ、高分子コンデンサのいずれよりも、耐久性と耐湿性に大幅に優れています。また、高リップル電流、突入電流、高温に対しても大幅に高い耐性を備えています。
ハイブリッドコンデンサを使用すると先行投資に費用がかかりますが、こうしたサイズと信頼性のメリットにより、システム維持に必要なコストを削減することが可能です。高リップル電流の仕様だけで、コンデンサの長寿命化により20%のコスト削減につながります。先に挙げた48V電源の例では、ハイブリッドコンデンサを使用することで、基板コスト・保証コストの削減、高リップル電流に対する耐性により、同等のアルミ電解コンデンサと比較して、総コストを50%低く抑えることができます。