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USB PD車載向け設計の課題解決!コンデンサ・インダクタの選定ポイント

1.USB PD 車載実装における課題

近年、自動車へのUSB PD搭載が進んでいます。普及すれば、移動中のPC充電、渋滞中の動画鑑賞などが、機器の電源残量を気にすることなく、非常に便利になります。しかし民生用とは異なり、小型化、熱対策、高い信頼性が求められるなど、車載特有の設計課題があります。これらの課題の解決策として、パナソニックのコンデンサとインダクタを紹介していきます。

 

2.コンデンサ選定のポイント

車載USB PD電源設計に使用されるコンデンサの種類には、アルミ電解コンデンサ、セラミックコンデンサ、ハイブリッドコンデンサ、が挙げられます。その中でも、パナソニックはハイブリッドコンデンサをオススメしています。

パナソニックのハイブリッドコンデンサは、電解液+導電性高分子のハイブリッド電解質の開発・適用しています。ハイブリッドコンデンサは低温から高温で、安定した低ESRかつ印加電圧に影響されない大容量を両立しています。そのため、最少員数で設計ができ、実装面積の小型化が可能です。更に105℃、125℃、145℃、150℃の高温度に対応した、長寿命特性を有しており、機器の高信頼化に貢献します。また、振動要求の厳しい箇所での使用にはΦ6.3、Φ8、Φ10サイズ品で耐震振座板品も提供しており、30Gの振動に対応しています。

このように、パナソニックのハイブリッドコンデンサは車載USB PDの要求を満たす特性を提供しています。

 

■アルミ電解コンデンサと比較したハイブリッドコンデンサの特徴

  • 同サイズ品で、リプル電流4倍!※典型値
  • 温度が変化してもESRは安定!


セラミックコンデンサ(MLCC)と比較したハイブリッドコンデンサの特徴

  • 印加電圧によって容量減少しない!
  • 使用温度による容量変化少ない!
  • オープンモード故障で安全設計!直列使いの必要なく、員数削減、小型化設計!

 

3.インダクタ選定のポイント

パワー系インダクタは主に、フェライトタイプとメタルコンポジットタイプがあります。パナソニックではメタルコンポジットタイプをオススメしています。

パナソニックのメタルコンポジットインダクタは、電流に対するインダクタンス安定性が高く、フェライトインダクタと比べ大電流を流してもインダクタが大きく低下しません。そのため、バッテリの不安定な入力変動にも対応し、5Aという大電流でも小型・高効率を保つことができます。しかもインダクタンスの温度依存性がほぼありません。耐震性についても、フェライトインダクタと異なり、一体成型・低重心のため非常に強く、独自の端子引き出し構造により更に信頼性を高めています。このように、パナソニックのメタルコンポジットインダクタは車載USB PDの要求を満たすインダクタを提供しています。

 

■フェライトタイプと比較したメタルコンポジットタイプインダクタの特徴

  • 使用温度による変化が少ない!
  • 電流重畳によるインダクタンス値が低下しにくい!
  • 高信頼を実現するパナソニックの独自構造

 

4.まとめ|パナソニックコンデンサ・インダクタ効果イメージ

先述のポイントによりパナソニックのハイブリッドキャパシタおよびメタルコンポジットインダクタを使用すると、次のイメージのように車載USB PDは信頼性を犠牲にすることなく小型サイズでの設計が可能です。実際に沢山の車載機器設計エンドユーザー様よりご好評を頂いておりますので、車載USB PD設計の皆様は、是非ご検討を宜しくお願い致します。

省スペース配置図※小型化効果の程度は各設計要件・許容度により異なります。

 

5.ICメーカーのリファレンスボード採用事例

パナソニックのハイブリッドコンデンサとメタルコンポジットタイプのインダクタが、車載実装用USB PDに最適である証明となる一例をご紹介いたします。技術力の高い電源ICメーカーとして知られるオンセミ様設計のリファレンスボードにも同コンデンサ・インダクタを採用頂いております。

対象ソリューション:オンセミ社様製 車載USB PD電源設計ソリューション「STR-USBC-2PORT-100W-EVK 
USB PDの最大電力規定である100Wをサポート。→ご購入はこちら

On Semiconductor社製リファレンスボード採用コンデンサ: パナソニック製 ハイブリッドコンデンサ
EEHZA1H101P (50V, 100uF, 28mΩ, φ10xH10.2㎜) →ご購入はこちら

採用インダクタ:パナソニック製 メタルコンポジットインダクタ
ETQP6M3R3YLC (3.3uH, 6mΩ, Isat 26.3A,10.9x10xH6mm) →ご購入はこちら

ハイブリッドキャパシタインダクタ

➡この記事の内容をもっと詳しく「回路設計の最適解」

■関連リンク
オンセミ 車載USB PD 100W x 2ポート
パナソニック パワーインダクタ
パナソニック ハイブリッドコンデンサ

Panasonic Industry Company contributes towards a new future and a richer society by providing various high quality and reliable industrial products. On DesignSpark we will introduce new products and provide technical information. パナソニック インダストリー社は、新しい未来と豊かな社会に貢献する会社を目指し、高い性能、信頼性を実現した商品を多数扱っております。DesignSparkでは弊社商品や技術記事についてご紹介いたします。
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