コンデンサは幅広い用途があるため、電気回路に不可欠な受動部品です。また、コンデンサはその構造や成分によって種類が分かれているため、回路に適したコンデンサを選択する必要があります。フィルムコンデンサは、保存寿命が長く、自己インダクタンスが低く、損傷することなく回路内の電力サージを吸収できるコンデンサの種類の 1 つです。
概要：
フィルムコンデンサとは
フィルムコンデンサの構造と働き
フィルムコンデンサの種類
フィルムコンデンサの自己修復機能
スナバ回路
パワーフィルター
EMIフィルター
結論
フィルムコンデンサとは
フィルムコンデンサは、極板間にプラスチックフィルムを誘電体として使用したコンデンサで、安価であり、長期間にわたって特性が一定に保たれます。このプラスチックフィルムは厚さが1マイクロメートルと非常に薄いです。このコンデンサは無極性コンデンサのカテゴリに分類され、AC 回路で非常に役立ちます。フィルムコンデンサは、定格電圧容量の 2 倍の過電圧に耐えることができます。
フィルムコンデンサの構造と働き
フィルムコンデンサに使用されるプラスチックフィルムにはさまざまな特性があり、たとえばポリプロピレンフィルムは絶縁抵抗が高く、大電流の回路に適しています。また、硫化ポリプロピレンは耐熱性が高く、熱特性も良好ですが、高価です。フィルムコンデンサの誘電体として使用されるフィルムの種類とその特徴は次のとおりです。
フィルムコンデンサの種類
フィルムコンデンサの誘電体フィルムの材料に基づいて、その特性は大きく異なります。ここでは、さまざまな種類の絶縁材料に基づいたフィルムコンデンサの特性を示す表を示します。
コンデンサの構造をさらに詳しく説明すると、フィルム コンデンサには 2 種類あり、1 つは箔フィルム コンデンサ、もう 1 つは金属コンデンサまたは蒸着コンデンサです。
箔フィルムコンデンサ
このタイプのコンデンサには、金属箔で作られた電極があり、誘電体のプラスチック箔の間に挟まれています。これらは、誘導性または非誘導性の巻線型フィルム コンデンサであり、この 2 つの違いは、対象となる誘導性箔フィルム コンデンサは巻線前に端子が電極に直接接続されていることです。一方、無誘導箔フィルムコンデンサは端面に端子が接続されています。
無誘導型箔電極フィルムコンデンサは、誘導型に比べてインダクタンスが低く、高周波特性を持っています。誘導性フォイルフィルムコンデンサでは、金属フォイルは 2 枚のプラスチックフィルムの間に配置され、直接接続されていません。
一方、無誘導箔フィルムコンデンサでは、各箔が誘電体のプラスチックフィルムからある程度離れるように金属箔が配置されます。
メタライズドフィルムコンデンサ
別のタイプのフィルム コンデンサは金属化フィルム コンデンサで、誘電体プラスチック フィルムの片面に薄い金属層がスプレーされています。プラスチックフィルム上のこの金属の蒸着層は非常に薄いコンデンサの電極を形成するため、電極タイプのフィルムコンデンサよりもはるかに小さくなります。これらのコンデンサは無誘導タイプのみですが、巻線タイプまたは積層タイプのいずれかにすることができます。
フィルムコンデンサは一般的なコンデンサと同じように機能します。つまり、電源が接続されると、2つの電極間の電位が上昇し始めます。両方のプレートの電荷がその容量まで蓄積されると、コンデンサが完全に充電されたことを意味します。さらに、これらのフィルムコンデンサには自己修復機能が備わっており、保存寿命が長くなります。
フィルムコンデンサの自己修復機能
高電流、高温、または過電圧により絶縁体が金属除去されるたびに、フィルムコンデンサは周囲の堆積膜を酸化します。これにより、残りの容量領域が障害のある領域から分離され、正常に機能し続けます。
ただし、このように障害領域をコンデンサの残りの部分から分離すると、時間の経過とともにコンデンサの静電容量が減少する可能性もあります。さらに、酸化による時間の経過に伴うコンデンサ容量の劣化を示す表が以下にあります。
上の表の青いグラフは、劣化が非常に大きくなり大規模な故障につながる可能性があるため、自己修復を行わない静電容量を示しています。フィルムコンデンサの構成においてヒューズ付き電極を使用した場合の劣化曲線は緑色になります。
ヒューズが一次電池に不適切に接続されている場合、コンデンサの故障が発生し、静電容量が急速に低下する可能性があります。茶色の曲線は、純粋なオイルの含浸により密度がかなり高くなった、適切にセグメント化された電極を備えた高出力フィルム コンデンサのものです。
これらのタイプのフィルム コンデンサは、定格電圧と電流値を維持しながら、元の静電容量の 2% を超えて失われないように設計されています。このため、これらのフィルム コンデンサは他のタイプのコンデンサよりも寿命が長い傾向があり、AC 回路で広く使用されています。
スナバ回路のフィルムコンデンサ
電源回路は通常、電圧の変化率が高いために電流と電圧のスパイクに直面するため、そのような問題に対処するためにスナバ回路が使用されます。主にスナバ回路にはフィルムコンデンサが使用されており、電磁障害や半導体ストレスを軽減します。フィルムコンデンサは、より大きな電流が流れる可能性があるより高い電圧変化に耐えることができます。したがって、コンデンサ内のポリプロピレンの誘電体プラスチックフィルムは、等価直列抵抗とインダクタンスが低いため、電圧と電流のスパイクに耐える能力を備えているため、適しています。
MOSFETがオフ状態の場合、コンデンサは抵抗Rを介して充電されます。 1 MOSFET がオン状態になると、コンデンサは抵抗とグランドを通じて放電します。
パワーフィルターとしてのフィルムコンデンサー
インバーターやモーターの信号をフィルターで除去するために、出力のコンデンサーは高リップル電流を流し、電圧の変化率のレベルを下げます。これにより、最終的にシステム内の応力と電磁ストレスが軽減されます。フィルムコンデンサをパワーフィルタとして実際に実装した回路を以下に示します。
AC 電源が接続されている場合、アルミニウム電解コンデンサの使用を除き、コンデンサは無極性である必要があります。
EMIフィルターとしてのフィルムコンデンサ
回路の電磁干渉をフィルタリングするには、開回路故障モードと高電圧に対応できる金属化フィルム コンデンサが使用されます。電源回路に接続されるコンデンサは、用途に応じて 2 つのカテゴリに分かれます。 X ラベルが付いているものは、線と線に接続されているコンデンサで、多くの場合、線と中性点のコンデンサと呼ばれ、差動 EMI フィルタリングに使用されます。
一方、グランドにライン接続されているコンデンサは Y に分類され、ライン バイパス コンデンサと呼ばれることがよくあります。これらのコンデンサはワイヤをグランドにバイパスします。これは、共通 EMI フィルタリング モードと呼ばれます。これらのコンデンサは故障する可能性があるため、故障の場合には特別なモードがあります。つまり、X コンデンサが故障すると短絡が発生し、回路ブレーカーが作動します。さらに、Y コンデンサが故障すると開回路が形成され、感電の危険が最小限に抑えられます。
さらに、X コンデンサの故障の場合はシステムのシャットダウンが発生し、Y コンデンサの故障の場合はシステムは動作し続けますが、EMI フィルタリングは低下します。以下の表は、回路接続に基づいたコンデンサの安全定格を示しています。
ここで、EMI フィルタリングのためのフィルム コンデンサの使用をさらに説明するために、コンデンサを EMI フィルタとして使用する電力線の単純な AC 回路を示します。
フィルムコンデンサの低い自己インダクタンスは、コンデンサの共振を高く保つための利点をもたらします。ここで、X コンデンサはラインと中性点の間に接続され、Y コンデンサはラインとグランドの間に接続されます。
結論
フィルムコンデンサは、その異なる特性と自己修復特性により、電源回路において非常に重要です。この特性により、コンデンサの保存寿命が長くなり、システムの故障も防止されます。
また、このフィルムコンデンサは箔電極と金属化フィルムコンデンサに分類されます。同様に、フィルムコンデンサも、誘電体の組成がフィルムコンデンサの動作特性に影響するため、誘電体の絶縁材料の種類によっても異なります。リップル電流定格と自己修復機能により、フィルム コンデンサがアルミ電解コンデンサよりも好まれます。