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コンデンサ選びのポイントと計算方法
2023/10/20 07:22
- コンデンサの選び方とは？バイパスコンデンサ（パスコン）をするために必要な容量を計算する方法や、最適なコンデンサの種類について解説します。
- コンデンサ選びのポイントと計算方法を解説します。電源の電圧や電流の値から最低限の容量を計算する方法を紹介します。
- パスコンに最適なコンデンサの種類や容量の選び方について解説します。バイパスコンデンサの役割と選び方について詳しく説明します。
コンデンサの選び方について
2020/01/27 17:49
バイパスコンデンサ（パスコン）をするために、コンデンサを使いたいのですが、容量がいくらのコンデンサを選んでよいのかわかりません。
電源の電圧や電流の値から最低限の容量を計算することはできませんか？
また、パスコンに最適なコンデンサの種類があれば教えていただけませんか？
回答 （6件中 1～5件目)
＞電源の電圧や電流の値から最低限の容量を計算することはできませんか？
むりです
コンデンサの純粋なインピーダンスZは、静電容量値がCであればZ＝－1/jωC
実際のコンデンサCは、キャパシタンスCに対して等価直列抵抗（ESR）と等価直列インダクタンス（ESL）が存在ｓ，これらは、周波数、印加電圧などのパラメータによって変化する、またコンデンサーの種類によっても純粋な容量に対して、コンデンサを形成する材質、構造によって発生する抵抗分がESR、インダクタンス分がESLとして。ESRは抵抗と同じくΩを単位としており、jωCとESRとのtanが誘電正接（tanδ）として定義されている。
また求めるリップル電圧によってその容量は変わるので単に入力電圧、電流だけで決めることは不可能ですし、各コンデンサーによりインピーダンス特性が異なる（同じ型式でも容量によっては違う場合もある）のでコンデンサーのデーターシートを見ながら選定を行い、また製品のばらつき、経年変化（電解コンデンサー（化学反応を利用した部品なので経年変化がある）を考慮して十分なマージンを取る必要があり、最低位と言うも求め方は適正ではないと思いますし、単一種類のコンデンサーだけでというのも無理というか、現実的ではありません、例えば0.1μFが容量及び周波数特性的には良いですが100μFや1000μF分搭載するとなると1000本、10000本搭載する必要がありますが、100μFの電解と0.1μFのセラミックという組み合わせのほうが合理的でかつ同等の特性を得られます。
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マイコンやICなどのパスコンでしたら、普通は0.1uF(104)か0.01uF(103)をICの電源ピン近くに配置します。
回路全体の電源安定用コンデンサでしたら、電源を受電するコネクタの近くに配置します。
電流消費の少ない回路の場合100uF前後で良いかと思います。
ACアダプターや電源配線の能力が少し弱いと思われるときは、もっと大きな470uFや1000uFとかで安定させる場合もあります。
オシロスコープなどで電源の波形を確認して、安定を確認できればさらに良いと思います。
ACアダプターの接続場所にコンデンサを直付け程度で考えていたということですが
これがそう簡単にできる訳ではない。
どんなノイズが出るからバイパスコンデンサを入れるのか、最近では少ないですがトランス式のアダプターなのか、インバーター式のアダプターなのかインバーター式であれば内部の発信周波数がいくつなのかわからないと決まらない。
インバーター式の場合大きいコンデンサーをつけると動かなくなりますから、通常の設計ではコンデンサーでなくてコイルを使うのが普通です。
電源の電圧や電流の値から最低限の容量を計算することはせずに、
基板1枚に対して、100μFの電解コンデンサ1個と、0.1μFの積層セラミックコンデンサ数個を分散して設けるなど経験値に基づいて容量と個数を決めることが一般的と思います。
もちろん、回路中に大電流をスイッチングする部分があれば、スイッチング電流の振幅に基づく電源電圧の変化を一定値以内に収めるためにコンデンサの容量を決めたり、コンデンサの電流容量を考慮して並列接続するコンデンサの数量を決定する場合もあります。また、そのような場合は、電源回路を切り分けることが一般的です。
しかし、回路中に大電流をスイッチングする部分がなければ、前に記載したように、相当の安全率をもつ経験的な容量と個数を選択することが一般的なように思います。
もちろん、回路動作によって発生する電源電流のスペクトルと、電源の高周波インピーダンス、回路の電源電圧に対するイミュニティー、などを総合的に考慮して、理論的に必要とするコンデンサの容量、個数、配置などを決定することも可能とは思いますが、答えの組み合わせは多数あって、単純に「最低限の容量」を決めることは現実的ではないと思います。
パスコンに最適なコンデンサの種類：
広い周波数領域において、低インピーダンスの特性を実現するために、大容量のコンデンサと、高周波特性の優れる小容量のコンデンサを並列に用いることが多いと思います。
お礼
2020/01/28 13:12
ご丁寧な回答ありがとうございます。
生半可な知識でしたので、電源部分に単純に電解コンデンサーをえいやーと直付することしか考えておりませんでした。
試すときはトライアンドエラーの気持ちで、アドバイス通りコンデンサを複合して試してみます。
お礼
2020/01/28 18:57
情報ありがとうございます。
まさにスイッチングアダプターのスイッチングノイズによる電圧の低下をなくし、トランス式のように変化させる方法を調べていて、バイパス方法にたどり着いたのですが、コイルを使うのが普通なんですね。少し調べてみようと思います。
一般的にドーナツ状のコイル（名称がわかりません）を使うんですね。