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産業オートメーション(FA)向けセラミックコンデンサのご紹介

Factory Automation

産業オートメーション(FA*1)では、Smart factory化に伴う機器の小型化や、信頼性の向上および高耐熱の必要性が高まってきています。一方で、セラミックコンデンサは、静電容量の拡大や耐電圧スペックの高耐圧化などに対応した商品化が進み、セラミックコンデンサを選択できる領域が拡大してきています。

ここでは、実際に使用される回路例から、FAに使われる電源や、インバータ用のコンデンサの紹介と、電解コンデンサやフィルムコンデンサから積層セラミックコンデンサへの置き換えポイントや例を紹介します。
 
*1 FA:Factory Automation

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Murata Icon X 産業オートメーションブロック図

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Fig.1産業オートメーションブロック図


上記は、FAの一般的なブロック図を示したものです。

FAは、PLC, インバータドライバ、ACサーボモータ、各種電源などから構成されています。

AC/DC,DC/DCコンバータの使用回路例と、インバータ-使用回路例をご紹介します。

Murata Icon X 使用回路例(AC/DCコンバータ、DC/DCコンバータ)

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Fig.2 AC/DC DC/DC Converter ブロック図


上記は、AC/DCコンバータ、DC/DCコンバータの一般的な回路例です。


①ACラインフィルタ(C1,C2)や一次二次結合のカップリングコンデンサ(C3)には、安全規格認定取得したコンデンサが必要となります。
タイプ クラス対応 シリーズ詳細
SMD X1/X2/Y2
GA3シリーズ 一般用 安全規格認定 チップ積層セラミックコンデンサ 
リード
X1/Y1
DE1シリーズ 一般用 安全規格認定(X1,Y1) リードタイプセラミックコンデンサ
X1/Y2
DE2シリーズ 一般用 安全規格認定(X1,Y2) リードタイプセラミックコンデンサ

②スナバ用コンデンサ(C5,C6)には、高周波のスイッチングがかかるため低損失なコンデンサが求められます。

よって温度補償系(Class1)のコンデンサをおすすめします。
一方で、C7については、高周波のノイズ成分除去が求められることから高容量が必要になります。高誘電率系(Class2)のコンデンサをおすすめします。
用途に合わせて最適な温度特性のアイテムを選定することをおすすめします。

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Fig.3 温度特性別、DCバイアス例

タイプ シリーズ詳細
SMD
GRMシリーズ 一般用 チップ積層セラミックコンデンサ 
GR3シリーズ 一般用 高実効容量・高リップル耐性 チップ積層セラミックコンデンサ
リード
RDEシリーズ 一般用 リードタイプ積層セラミックコンデンサ

③平滑用コンデンサ(C4,C8)には、低周波のノイズを除去するため比較的大容量のコンデンサが求められます。

タイプ シリーズ詳細
SMD
KRMシリーズ 一般用 金属端子タイプ 積層セラミックコンデンサ
KR3シリーズ 一般用 高実効容量・高リップル耐性 金属端子タイプ 積層セラミックコンデンサ
リード
RDEシリーズ 一般用 リードタイプ積層セラミックコンデンサ


Murata Icon X 使用回路例(インバータ回路)

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Fig.4 インバータ回路


上記は、インバータの一般的な回路例です。


スナバコンデンサ(C1)には、高周波のノイズ成分除去が求められます。
タイプ シリーズ詳細
SMD
KRMシリーズ 金属端子付き 大容量 積層セラミックコンデンサ
KR3シリーズ 一般用 高実効容量・高リップル耐性 金属端子タイプ 積層セラミックコンデンサ
リード
RDEシリーズ 一般用 リードタイプ積層セラミックコンデンサ

Murata Icon X フィルムコンデンサ、電解コンデンサからの置き換えについて

積層セラミックコンデンサへ置き換えが進む理由

近年では、特に電力変換機器を中心にスイッチング素子の高周波化や高温駆動化などによる高効率化の実用化が進められており、小型化や高温対応が可能な部品の要求が高まっています。積層セラミックコンデンサは高周波でのインピーダンス特性が良く、高温対応も可能という点を生かして、従来であれば電解コンデンサやフィルムコンデンサが使われていた領域でも、積層セラミックコンデンサへの置き換えが進んでいます。
以下の置き換えのポイントやメリット、実例などをご紹介します。

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Fig.5  定格電圧と静電容量範囲


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Fig.6  インピーダンス周波数特性 10μF

フィルムコンや電解コンから置換の場合、必ず容量を合わさなければならないというわけではなく、MLCCは高周波でのインピーダンス特性が非常に優れているため100kHz位を境目に、高周波側であればフィルムコンデンサや電解コンデンサより低い容量でも使用することができます。


積層セラミックコンデンサへ置き換えのポイント
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積層セラミックコンデンサの最高使用温度は125℃となっており、高温対応に優れています。
電力変換機器を中心に高効率化が求められるアプリケーションでは、高周波化、高温駆動化などが進められている一方で、積層セラミックコンデンサは、高温環境に耐性が高く、高温環境でも使用できること、また発熱源により近い位置に実装することも可能なため、基板の小型化や設計の自由度をサポートすることができます。また、最近では、実装コストの削減のため、部品のオールSMD化というトレンドからも、積層セラミックコンデンサへの置き換えが注目されています。
たとえば、Fig.7のように、発熱源が高温の場合、フィルムコンは高温環境に耐えるために、発熱源から距離をとる必要がありましたが、積層セラミックコンデンサに置き換えることで、発熱源により近い位置に実装することが可能になります。

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Fig.7  置き換えイメージ図


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積層セラミックコンデンサへの置き換えのポイント

Case 1: スナバコンデンサのフィルムコンから積層セラミックコンデンサへの置き換え

様々な電力変換機器で置き換え実績が増えてきています。

Case1

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Case 2: 平滑コンの電解コンデンサから積層セラミックコンデンサへの置き換え

容量域として置換えの難易度は高いですが、一部のアプリケーションでは置き換えが始まっています。

Case2

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