Question 1

MLCCのリプル電流 (1): コンデンサの許容リプル電流とは何ですか。

Accepted Answer

A. コンデンサに電圧の変動を加えると、それに応じて充放電電流がコンデンサに出入りします。このコンデンサに出入りする電流をリプル電流と呼びます。原理的にこの電流は直流ではないので、一般的に実効値で表記されます。コンデンサはリプル電流で発熱してしまうため、上限を定める必要があり、その上限値を許容リプル電流と呼びます。

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Question 2

温度特性ガイド (5): X7RおよびC0Gが同一の温度範囲だとすると、必要なコンデンサをどのように選択すればよいのですか。

Accepted Answer

A. 種類1のコンデンサはRFマッチングおよび共振回路への使用に適しており、また、幅広い温度範囲および作動電圧において精密な動作を必要とする場合にも使用されます。
種類2のコンデンサの誘電率は非常に高いため、同じ形状の種類1のコンデンサと比較して、非常に高い静電容量を持ちます。そのため、平滑、デカップリング等に適しています。

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Question 3

コンデンサ(積層型リード付きコンデンサ)の許容リプル電流はどのように測定するのですか。

Accepted Answer

A. 許容リプル電流の測定方法に業界標準があるわけではありません。TDKでは、コンデンサ(樹脂表面）の温度上昇が20℃以下になるように許容リプル電流を規定しています。実際には、コンデンサのESRと熱抵抗値を測定することで間接的に温度上昇を見積もっています。リプル電流が流れる限り、ジュール熱がコンデンサを暖め続けますが、その一方でコンデンサ表面やリード線からは放熱が続きます。温度上昇値はこの発熱と放熱のバランスで決まります。電力損失による発熱でコンデンサの温度は上昇していきますが、放熱量も増えるのでどこかのポイントで温度上昇が止まるわけです。
単位時間あたりの発熱量とこの温度上昇値の比を熱抵抗と呼び、コンデンサのボディサイズが同じであれば同一の値を持つことが確かめられています。したがって、ESRがわかれば単位時間あたりの電力損失量を計算することができ、それに熱抵抗をかけあわせることで温度上昇値を求めることができるというわけです。この方法を使って、温度上昇20℃となるリプル電流を算出し、許容リプル電流としています。

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Question 4

コンデンサ(積層型リード付きコンデンサ)の電流が許容リプル電流値を超える場合、どのようなリスクが考えられますか。

Accepted Answer

A. 自己発熱が20℃を超えることを意味します。このような大きなリプル電流が生じるケースとして電源回路での使用が想定されます。通常、周囲には電源IC, トランスなどさらに発熱の多い部品が搭載されています。したがって、自己発熱とあいまってコンデンサの温度が、使用温度上限を超えてしまう危険性があります。使用温度上限を超えたコンデンサの継続的使用は、静電容量の低下だけではなく、コンデンサの寿命劣化を加速し、最悪の場合ショート故障につながります。許容リプル電流値以下でコンデンサをご使用ください。

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Question 5

極性はコンデンサ(積層型リード付きコンデンサ)の許容リプル電流に影響しますか。

Accepted Answer

A. 積層型リード付きコンデンサには極性がないので、電解系のコンデンサとは異なり許容リプル電流値に変化はありません。

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Question 6

全体温度（周囲温度と自己発熱の合計温度）がコンデンサ(積層型リード付きコンデンサ)の最大定格温度を超えた場合、どうしたらよいですか。

Accepted Answer

A. 回路が高温で動作し、大きなリップル電流が発生している場合、外部温度と内部温度の一方または両方を下げる必要があります。設計エンジニアは、回路の温度を下げる対策をすべて調べる必要があります。外部温度を下げるには、ヒートシンクや冷却ファンの増設など、簡単な対処で済みます。電気的には、リップル電流を減らす必要があります。たとえば、平滑回路を増設してリップル電流レベルを下げることです。そのほか、複数のコンデンサを並列に増設して電流を分配するという対策もあります。

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Question 7

コンデンサ(積層型リード付きコンデンサ)は温度によって静電容量が変化するのですか。

Accepted Answer

A. コンデンサの温度特性は、誘電体の素材となるセラミックの種類に基づくものです。主に使われているセラミックの種類は、種類1（低誘電率系）および種類2（高誘電率系）です。
種類1のセラミックは、二酸化チタン（TiO₂）を基材とする非強誘電性のセラミックで、その多くはチタン酸ストロンチウム（SrTiO₃）およびチタン酸カルシウム（CaTiO₃）を添加物として含有します。種類1のセラミックは常誘電性（非強誘電性）のため、非常に温度安定性に優れています。また、DCバイアス下における静電容量の変化がなく、エージングによる静電容量の変化もありません。
種類2のセラミックは強誘電性で、通常はチタン酸バリウム（BaTiO₃）を基材とします。これは種類1のセラミックと比較して非常に高い誘電率を持ちます。しかし、温度、印加電圧、エージングにより誘電率は大きく変動します。セラミックの結晶構造が温度により相転移するため、誘電率は温度により大きく変化します。また、直流電圧（DCバイアス）を加えることやエージングによっても静電容量が低下します。

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Question 8

コンデンサ(積層型リード付きコンデンサ)は、どのように温度特性の規格を定めているのですか。

Accepted Answer

A. 主に電子工業会（EIA）および日本工業規格（JIS）の2つがコンデンサに対する規格を定めています。JISは主に日本において、EIAはそれ以外のほとんどの地域において規格として使用されています。

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Question 9

TDKのコンデンサ(積層型リード付きコンデンサ)カタログには、Y5Vがありませんが供給していないのですか。

Accepted Answer

A. TDKでは、温度特性がY5Vのコンデンサの供給はしていません。
X5RはY5Vに比べ容量変化率が小さくDCバイアス特性が優れています。そのためTDKではX5Rを推奨させて頂いております。また、Y5Vに比べX7Rも容量変化率が小さくDCバイアス特性が優れており、使用温度範囲も広いため、X7Rも推奨できます。

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Question 10

コンデンサ(積層型リード付きコンデンサ)の温度の変化により、どの程度の静電容量の変化が予想されますか。

Accepted Answer

A. C0GおよびNP0の種類1のセラミックの温度特性においては、温度の変化に対する静電容量の著しい変化はみられません。一般的に、種類2のMLCCの静電容量は温度により変化します。これはセラミックの結晶構造が変化し、誘電率も変化するためです。可逆的な変化であり、劣化現象ではありません。
EIA規格およびJIS規格では、使用温度範囲において、静電容量の変化は規定された許容差を超えないことが記載されています。どの程度変化するかは表2をご参照ください。
実際の容量変化カーブについては、メーカーや品番により異なりますが、TDK製品の具体例については製品サイトに掲載されていますのでご参照ください。
図1のグラフは、数種類のMLCCの温度特性を示しています。このように品種とメーカーによっても違いがあります。

図1. 3種類の10nF、50V、EIA0603コンデンサの温度特性グラフ

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