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コンデンサ・インダクタ・EMCの
基 礎 知 識for Windows
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コンデンサのコンデンサの““いいろろはは””
実際のコンデンサのインピーダンス特性実際のコンデンサのインピーダンス特性
コンデンサのインピーダンス等価回路はＲＬＣ直列モデルになる
周波数変化 成分変化
周波数によらず一定
インピーダンス
周波数
周波数の増加と共に増加周波数
インピーダンス
周波数の増加と共に減少周波数
インピーダンス
容量：大
インピーダンス
周波数
ESL：小
インピーダンス
周波数
ESR：大
インピーダンス
周波数
コンデンサの各成分
ESR
ESL
容量
直列接続したときのインピーダンスは？？？
実際のコンデンサのインピーダンス特性実際のコンデンサのインピーダンス特性
直列接続のインピーダンス
0.001
0.01
0.1
1
10
100
0.001 0.01 0.1 1 10 100
周波数 [MHz]
インピーダンス
[Ω]
インピーダンス容量で決まる
インピーダンス
ESLで決まる
ESRで決まるインピーダンス
共振点
・共振点では容量、ESLのインピーダンスはない
・共振点の周波数は容量、ESLで決まる
（ESRのインピーダンスのみ）
成分の違いによるインピーダンス
各成分の大きさで特性が変わる
0.001
0.01
0.1
1
10
100
0.001 0.01 0.1 1 10 100
周波数 [MHz]インピーダンス
[Ω]
容量：大
ESR：小
ESL：小共振点
→容量：大、ESL：大
実際のコンデンサのインピーダンス特性実際のコンデンサのインピーダンス特性
コンデンサの種類による周波数特性ESRは周波数によって変化する
0.001
0.01
0.1
1
10
100
1 10 100 1000 10000 100000
周波数 [kHz]
インピーダンス・ES
R
[Ω]
Ta 47μF ESRTa 47μF ZNEO 47μF ESRNEO 47μF ZSPCAP 47μF ESRSPCAP 47μF ZJM432BJ476MM ESRJM432BJ476MM ZSDK47μF ESRSDK47μF Z
Impedance,ESR Freq.-Temperature Characteristic
0.001
0.01
0.1
1
10
100
1000
0.1 1 10 100 1000 10000 100000Frequency[KHz]
Impe
danc
e,ESR
[Ω]
RZ
コンデンサの材料、構造、形状でRLCが異なる
コンデンサの種類によって特性が異なる
特にＥＳＲ
MLCC47μF ESRMLCC47μF Z
RLC直列モデル→ESRが周波数によらず一定
実際は変化する
積層コンデンサの信頼性積層コンデンサの信頼性
１．回路使用条件比較
極性 ディレーティング
リプル電流制限
半田耐熱性
対溶剤性 負荷試験
積層コンデンサ 無し無し
タンタル電解 有り有り ×× ×× ××
アルミ電解 有り有り ×× ×× ××
*ﾚｲｱｳﾄ時の考慮 *定格電圧の
70～50％程度
での使用制限
*対ﾘﾌﾟﾙ制限を
考慮し余分な
容量の設定
*ﾘﾌﾛｰ半田付
の制限と
劣化の促進
*ﾓﾉﾘｼｯｸ形の
積層ｺﾝﾃﾞﾝｻ
以外は必ず
溶液等の進入発生
*ｱﾙﾐ電解電解液の損失等による容量抜け*実装時の管理実用上の問題点
*逆電圧への配慮 *自己発熱による
信頼性の低下
*ﾀﾝﾀﾙ電解Agの拡散、絶縁層の劣化によるｼｮｰﾄ
《リード付》
Da
Ra
CaLa Lx
ハンダ
誘電体（Ta2O５）
タンタル
MnO2
ｸﾞﾗﾌｧｲﾄ
銀ﾍﾟｰｽﾄ
《面実装》
電解コンデンサとは
電解紙
《リード付》
《面実装》
ヨコ型
タテ型
Alfoil
Alfoil
Al foilAl foil電解紙
誘電体（Al2O3 ) 電解液
Da Dk
Ra Rk
Ca Ck LxLa
Ca,Ck;陽極､陰極の静電容量Da,Dk;陽極、陰極の酸化皮膜による整流作用
La,Lk:＋,－リードのインダクタンスR ;電解紙と電解液の抵抗
Ra,Rk;陽極、陰極酸化皮膜の順方向内部抵抗
６
アルミ電解コンデンサ
タンタル電解コンデンサ
0
100
200
300
400
500
正方向 逆方向 212F475 316Ｆ１０６ 212ＢＪ１０５ 316ＢＪ２２５
破壊電圧(V) ｺﾝﾃﾞﾝｻ別 破壊電圧ﾚﾍﾞﾙ比較 定格１０Ｖ品
積層ｺﾝﾃﾞﾝｻ
ﾀﾝﾀﾙｺﾝﾃﾞﾝｻ
１０uF １uF 2.2uF１０uF4.7uF電極：Ni
誘電体：チタン酸バリウム
セラミックコンデンサセラミックコンデンサ
各種コンデンサの特性比較各種コンデンサの特性比較
周波数特性
0.001
0.01
0.1
1
10
100
1 10 100 1000 10000 100000
周波数 [kHz]
インピーダンス・ES
R
[Ω]
Ta 47μF ESRTa 47μF ZNEO 47μF ESRNEO 47μF ZSPCAP 47μF ESRSPCAP 47μF ZJM432BJ476MM ESRJM432BJ476MM ZSDK47μF ESRSDK47μF Z
Al＞Ta＞機能性Ta＞機能性Al＞積層
ESRが種類により大きく異なる
Al＞Ta＞機能性Ta＞機能性Al＞積層
低ESRであるほど高周波のインピーダンスが低くなる
MLCC47μF ESRMLCC47μF Z
積層コンデンサはインピーダンス、ESRの周波数特性が非常に優れている
大きなメリット
各種コンデンサの特性比較各種コンデンサの特性比較
リップル電流特性 各種コンデンサのリップル電流特性
リップル電流対部品温度上昇の比較
0.1
1
10
100
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4リップル電流（Aｒｍｓ）
積層コン４７μF
タンタル４７μF
POSCAP１００μF
Temperature rise characteristic due to ripple current
Tem
pera
ture
rise
(deg
ree)
Ripple current(Arms)
MLCC47uF Tant.Cap47uFPOSCAP100uF
リップル電流対部品温度上昇の比較
0.1
1
10
100
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4リップル電流（Aｒｍｓ）
積層コン４７μF
タンタル４７μF
POSCAP１００μF
Temperature rise characteristic due to ripple current
Tem
pera
ture
rise
(deg
ree)
Ripple current(Arms)
MLCC47uF Tant.Cap47uFPOSCAP100uF
抵抗に電流が流れると熱が発生する
熱
リップル電流
ESR ESL 容量
熱
コンデンサ
コンデンサにリップル電流
（交流電流）が流れると発熱する
（直流電流はほとんど流れない）
同じ発熱量に対して積層コンは低ESRなので多くのリップル電流を流すことが出来る
・積層は発熱10以内での使用（太陽推奨）積層コンは許容リップル電流の規定はない
・電解は発熱5以内での使用（カタログ規定）電解コンの許容リップル電流は各社で規定熱はコンデンサの寿命を縮める
回路に関する知識回路に関する知識
バイパス（デカップリング）コンデンサの働きバイパス（デカップリング）コンデンサの働き
バイパスコンデンサの役割 バイパスコンデンサに必要な特性
電源ラインノイズ電流
ラインのノイズを
グランドに落とす
ノイズ＋負荷電流 負荷電流
IC
インピーダンス（電流の流れにくさ）が低い
電流がよく流れる
ノイズ電流を効率よくグランドに落とすことが出来る
ノイズ低減効果が大きい
バイパスコンの動作原理
・直流電流は流さない（インピーダンス無限大）
直流電流はすべてICに供給
・交流（ノイズ）は流す
交流電流（ノイズ）はグランドへ流れる
ノイズ除去→ICの安定動作
低インピーダンス
ノイズ電流：大
高インピーダンス
ノイズ電流：小
インピーダンス
ノイズ低減効果
小
効果大
大
効果小
バイパス（デカップリング）コンデンサの働きバイパス（デカップリング）コンデンサの働き
コンデンサの選択基準
10kHzから100kHz以上では積層コンのインピーダンスは非常に小さい
積層コンデンサは高周波ノイズの
低減効果がTaコンより優れている
Taコンより小さな容量で積層コンデンサに置換が可能
インピーダンスの比較
0.001
0.01
0.1
1
10
100
10 100 1000 10000 100000
Frequency(kHz
Impe
dance(Ω）
タンタル１０μF
タンタル４７μF
LMK212F475ZG
LMK316F106ZL
LMK212BJ225KG
EMK325BJ106KN
バイパスコンにおけるＴａ置換
品名をMLCC+容量表記
に変更
Impedance,ESR Freq.-Temperature Characteristic
0.001
0.01
0.1
1
10
100
1000
0.1 1 10 100 1000 10000 100000Frequency[KHz]
Impe
danc
e,ESR
[Ω]
RZノイズ除去効果上がる
ノイズ除去効果下がる
ノイズ除去効果最大
除去したいノイズの周波数によって容量を選択
ノイズ電流の周波数は様々
バックアップコンデンサの働きバックアップコンデンサの働き
高速負荷変動
急激にICの速度が変わる（低速→高速）と急激に大きな負荷電流が必要になる
時間
負荷電流 低速動作 高速動作
ICへの負荷電流
ICへの負荷電流は一定ではない
負荷電流：小IC IC負荷電流：大
低速動作時 高速動作時
高速負荷変動時の電源ライン
IC
急激に大きな負荷電流が必要
ライン電圧 IC
電流がすぐに来ない
ライン電圧
ライン電圧が維持できなくなる
IC
電圧がドロップする
ライン電圧
電圧降下
時間
低速動作 高速動作
負荷電流
ライン電圧、 ICの最低
動作電圧
ライン電圧がICの最低動作電圧を下回る
ICの動作が停止する
バックアップコンデンサの働きバックアップコンデンサの働き
バックアップコンデンサの役割 実際のコンデンサの動作（等価回路で考察）（簡略化のためESLは考慮しない）
電流がすぐに来ない
IC
ライン電圧
電圧降下ライン電圧を
維持
IC
不足した電流を補う
ESR
容量
電流が流れて電圧降下が発生
放電により電圧降下が発生
ライン電圧降下
ESRによる降下
ESRによる上昇
充電による上昇放電に
よる降下
ライン電圧
容量とESRで電圧降下量が決まる
時間
低速動作 高速動作
ICの最低
動作電圧
ライン電圧、必要負荷電流、
コンデンサ放電電流
IC最低動作電圧を下回らない 安定動作
・充電時にも電圧変動が起こる
バックアップコンデンサの働きバックアップコンデンサの働き
R＝１Ω
積層コンデンサ４７μF＊７
電源電圧＝５V
負荷抵抗R＝５Ω
評価コンデンサ
2SK2684
パルスジェネレータ１９４５（NF）
オシロスコープへ
電流プローブ
試験回路
スイッチング周波数＝１００ＫＨｚ
ＥＳＲの比較
0.001
0.01
0.1
1
10
0.1 1 10 100 1000 10000 100000
周波数（ＫＨｚ）
ＥＳＲ（Ω）
積層コン２２μＦ
タンタル１００μＦ
ＥＳＲの比較
ＥＳＲと容量の影響
低ESR
高容量ライン変動幅が小さくなる
タンタル１００μFのリップル電圧
１μS／Div
２０ｍ
V／
Div
LMK432BJ226MMのリップル電圧
１μS／Div
２０ｍ
V／
Div
容量による電圧変動
ESR による電圧変動
積層コンのメリット
Taコンデンサよりも小さな容量で
Taコンデンサと同等以上の電圧変動抑制効果
アプリケーション例 － バックアップ３アプリケーション例 － バックアップ３
100uF22uF10uF 47uFLMK325BJ106MN（積層コンデンサ１０μF）
２．５μS／Div
5０ｍ
V／
Div
LMK432BJ226MM(積層コンデンサ２２μF）
２．５μS／Div
５０ｍ
V／
Div
JMK432BJ476MM（積層コンデンサ４７μF）
２．５μS／Div
5０ｍ
V／
Div
JMK550BJ107MM（積層コンデンサ１００μF）
２．５μS／Div
５０ｍ
V／
Div
タンタルコンデンサ１０μF
２．５μS／Div
5０ｍ
V／
Div
タンタルコンデンサ２２μF
２．５μS／Div
５０ｍ
V／
Div
タンタルコンデンサ４７μF
２．５μS／Div
５０ｍ
V／
Div
タンタルコンデンサ１００μF
２．５μS／Div
５０ｍ
V／
Div
OSコン１０μF
２．５μS／Div
５０ｍ
V／
Div
OSコン２２μF
２．５μS／Div
５０ｍ
V／
Div
OSコン４７μF
２．５μS／Div
５０ｍ
V／
Div
OSコン１００μF
２．５μS／Div
５０ｍ
V／
Div
JMK316BJ106ML(10uF) JMK325BJ226MM(22uF) JMK432BJ476MM(47uF) JMK550BJ107MM(100uF)
OS-CON 10uF OS-CON 22uF OS-CON 47uF OS-CON 100uF
MLCCMLCC
タンタルタンタル
OSOS--CONCON
電源回路に関する知識電源回路に関する知識
シリーズレギュレータ（３端子レギュレータ）シリーズレギュレータ（３端子レギュレータ）
負荷電流変動時回路の動作（水のモデル）
入力電圧
出力電圧
負荷電流
制御素子（トランジスタ）
入力電圧
出力電圧
負荷電流
制御素子（トランジスタ）
水位を一定に保つように
水門を制御入力電圧を下げて一定の
出力電圧を出力する
降圧型電源制御素子で負荷電流を制御
出力電圧を一定に保つ
シリーズレギュレータ（３端子レギュレータ）シリーズレギュレータ（３端子レギュレータ）
入力コンの効果回路の構成
レギュレータ
IC
入力コン 出力コン
入力電圧 ＞ 出力電圧
IC、入力コン、出力コンで構成
入力電圧にわざと交流分を加えて
入力コン有無の際の入力電圧を測定
入力コンの挿入により入力電圧安定
-2000
-1000
0
1000
2000
-1 0 1
-2000
-1000
0
1000
2000
-1 0 1
コンデンサあり(MLCC)コンデンサなし
入力電圧
Vin
縦軸：mV、横軸：μsec
IC IC
入力コンの働き
ノイズ電流
ラインのノイズを
グランドに落とす
ノイズ＋負荷電流 負荷電流
IC
バイパスコンと同じ働き
シリーズレギュレータ（３端子レギュレータ）シリーズレギュレータ（３端子レギュレータ）
出力コンの働き
不足した電流を補う
IC ライン
電圧を維持
ICライン電圧
電圧降下
電流をすぐに
供給出来ない
急激な負荷変動に対して電流を
供給して電圧変動を抑える
バックアップコンと同様の働き
負荷電流
Iout
0
50
100
150
200
-10 -5 0 5 10
出力コンの有無で負荷変動時の電圧変動を測定
出力コンの効果
コンデンサあり(MLCC)コンデンサなし
出力変動 Δ
Vou
t-2000
-1000
0
1000
-2 -1 0 1 2-2000
-1000
0
1000
-10 -5 0 5 10
ICIC
出力コンの挿入により出力電圧安定
ステップダウン（降圧型）コンバータステップダウン（降圧型）コンバータ
ONかOFFのどちらかのみスイッチング電源の制御素子は
スイッチ動作
スイッチの開閉動作で出力電圧を制御
回路の動作（水のモデル）
制御素子を制御することで入力電圧を
下げて電圧を出力する
入力電圧
出力電圧
負荷電流
制御素子（トランジスタ）ONする周期 → 一定ONしている時間 → 変化
PWM方式
ONする周期 → 変化
ONしている時間 → 一定PFM方式
スイッチをＯＮする周期 →スイッチング周波数
入力電圧
出力電圧
負荷電流
制御素子（トランジスタ）
制御
ON ON ON
時間PWM
制御
ON ONON
時間
PFM
ステップダウン（降圧型）コンバータステップダウン（降圧型）コンバータ
回路の構成
入力側の電流
入力コン
コントロールIC
出力コン
チョークコイル
FET（２個）
FET1
FET2
FET1
ON
FET1
ON
FET1
ON
入力電流
時間
交流分を含んだ電流（リップル電流）が大きく流れる
入力コンの動作
熱 熱
リップル電流 リップル電流が
入力コンに流れる
ESRにより発熱
入力コンの必要な特性
大きな許容リップル電流
リップル電流：6A
リップル電流：6A
例：部品の許容リップル電流が1A（回路のリップル6A）
例：コンデンサの許容リップル電流が2A
３個
1A 1A1A1A 1A 1A
2A 2A2A
６個
削減
ON ON ON
IC
ステップダウン（降圧型）コンバータステップダウン（降圧型）コンバータ
負荷急変による電圧降下を決める要因 リップル電圧を決める要因
スイッチON、ＯＦＦの繰り返し
出力コンは充放電が繰り返される
電流の出入りにより電圧が変動
リップル電圧
ESR
容量充電
電圧上昇
充電電流
電圧上昇
充電時
ESR
容量放電
電圧降下
放電電流
電圧降下
放電時
繰り返し
負荷急変時の動作
バックアップコンと同じ
負荷急変のコンデンサに必要な特性
・大容量→高い電荷供給の能力
・低ESR→電荷供給時の電圧降下を小さくする
大容量積層セラミックコンデンサ
適している大容量・低ESRがリップル電圧を低減
チャージポンプ（昇圧型）チャージポンプ（昇圧型）
チャージポンプの動作（イメージ）
V V
充電
C1 V VC2
充電
VC2
VC1負荷2V
出力コン（平滑コン）
接続
充電されたコンデンサを接続
入力の２倍の電圧が出力
出力コンで平滑（スイッチング→２倍出力が途切れ途切れ）
チャージポンプの回路構成（例：２倍昇圧）
２つのコンデンサを別々に充電In
IC
Out
入力コン 出力コン
充電用のコンデンサ
コンデンサに求められる特性
充電用と出力コン
充放電による電圧変動を下げる
バックアップコン、
ステップダウンの出力コンと同じ
大容量、低ESRが必要接続するコンデンサの数で出力電圧が決定（整数倍）
まとめ 入力コンとしての各種コンデンサ比較入力コンとしての各種コンデンサ比較
各種コンデンサ周波数特性（1μF)
0 .001
0 .01
0 .1
1
10
100
1000
10000
1 10 100 1000 10000 100000Freq. [kHz]
Z・ES
R
[Ω]
ML R
ML ZTa R
Ta Z
Al RAl Z
入力コンを挿入
積層コンのノイズ吸収性が優れている（低インピーダンス)
積層コンは広範囲にわたってTaより低インピーダンス入力コンには積層セラミックコンデンサが適している
IC入力電圧が安定するため出力変動が小さくなる
1Vrmsの入力変動 → 35Vrmsの出力変動
縦軸 mV、横軸μsec
縦軸 mV、横軸μsec
縦軸 mV、横軸μsec
VsZZ
ZVin21
2+
=Δ （Z1:ラインインピーダンス）
IC入力電圧安定
コンデンサ（Z2)が低インピーダンス→ノイズ除去効果：大
入力ラインに正弦波を加えて入力コンのノイズ吸収性と
そのノイズに対する出力電圧変動を確認
Vs:1Vrms RegulatorICZ2
Z1
Vs ΔVin ΔVout7.5V
使用IC：NJM78L05(JRC)使用コンデンサ： LMK212BJ105KG、Ta１μF、Al１μF
コンデンサ未挿入
-2000
-1000
0
1000
2000
-1 0 1
入力変動 ΔVin
-100
-50
0
50
100
-1 0 1
出力変動 ΔVoutコンデンサ未挿入
-2000
-1000
0
1000
2000
-1 0 1
入力変動 ΔVin
-2000
-1000
0
1000
2000
-1 0 1
入力変動 ΔVin
-100
-50
0
50
100
-1 0 1
出力変動 ΔVout
-100
-50
0
50
100
-1 0 1
出力変動 ΔVout
入力コンデンサ挿入時の入力変動 ΔVin
-500
-250
0
250
500
-1 0 1
Al電解1μＦ
-500
-250
0
250
500
-1 0 1
積層1μＦ
-500
-250
0
250
500
-1 0 1
Ｔａ電解1μＦ入力コンデンサ挿入時の入力変動 ΔVin
-500
-250
0
250
500
-1 0 1
Al電解1μＦ
-500
-250
0
250
500
-1 0 1
Al電解1μＦ
-500
-250
0
250
500
-1 0 1
積層1μＦ
-500
-250
0
250
500
-1 0 1
積層1μＦ
-500
-250
0
250
500
-1 0 1
Ｔａ電解1μＦ
-500
-250
0
250
500
-1 0 1
Ｔａ電解1μＦ
入力コンデンサ挿入時の出力変動 ΔVout
-20
-10
0
10
20
-1 0 1
Al電解1μＦ
-20
-10
0
10
20
-1 0 1
Ｔａ電解1μＦ
-20
-10
0
10
20
-1 0 1
積層1μＦ入力コンデンサ挿入時の出力変動 ΔVout
-20
-10
0
10
20
-1 0 1
Al電解1μＦ
-20
-10
0
10
20
-1 0 1
Al電解1μＦ
-20
-10
0
10
20
-1 0 1
Ｔａ電解1μＦ
-20
-10
0
10
20
-1 0 1
Ｔａ電解1μＦ
-20
-10
0
10
20
-1 0 1
積層1μＦ
まとめ 出力コンの動作解析出力コンの動作解析
出力電圧変動の観測
Taコンと積層コンのESR-周波数特性比較
0.001
0.01
0.1
1
10
100
1000
1 10 100 1000 10000 100000Freq. [kHz]
ESR
[Ω]
JMK212BJ475KGTa4.7μF
使用IC：R1112N331B（リコー）入力コン：LMK212BJ225KG
スイッチング周波数：100Hz入力電圧：5V
負荷電流：150mA
ESR：大 ESR：小
RegulatorIC
Iout
Vout
縦軸：mV、横軸：μsec
出力コンにはESRの低い積層セラミックコンデンサが有利
ESRが小さい出力コンを用いると負荷変動時の出力電圧ドロップが小さく押さえられる。
時間 μsec
波形観測：Iout、Vout（出力コンの種類別に観測)
0
50
100
150
200
-10 -5 0 5 10
負荷電流
Iout
mA
負荷電流波形
0
50
100
150
200
-10 -5 0 5 10
負荷電流
Iout
mA
0
50
100
150
200
-10 -5 0 5 10
負荷電流
Iout
mA
負荷電流波形
-4000
-2000
0
2000
-10 -5 0 5 10
未挿入Ta 4 .7μ FJMK 212B475K G
時間 μsec
出力電圧変動 Δ
V
mV
出力電圧変動
-4000
-2000
0
2000
-10 -5 0 5 10
未挿入Ta 4 .7μ FJMK 212B475K G
時間 μsec
出力電圧変動 Δ
V
mV
-4000
-2000
0
2000
-10 -5 0 5 10
未挿入Ta 4 .7μ FJMK 212B475K G
時間 μsec
-4000
-2000
0
2000
-10 -5 0 5 10
未挿入Ta 4 .7μ FJMK 212B475K G
時間 μsec
出力電圧変動 Δ
V
mV
出力電圧変動
ESRの変動分：大 ESRの変動分：小
-150
-100
-50
0
50
-10 -5 0 5 10
-150
-100
-50
0
50
-10 -5 0 5 10
Ta 4.7μF JMK212BJ475KG出力電圧変動 ΔV
積層商品群の開発方向とご提案積層商品群の開発方向とご提案
市場の要求
ｺﾝﾃﾞﾝｻ用途 区分 求められる性能
回路のﾉｲｽﾞ対策に代表される用途でﾃﾞｼﾞﾀﾙ回路に非常に多く使用されている。低ｲﾝﾋﾟｰﾀﾞﾝｽ,低ESR特性が重要
0.1～10uFの積層Ｆ特性ｺﾝﾃﾞﾝｻが最適。
回路区分
ﾃﾞｼﾞﾀﾙ回路
ｱﾅﾛｸﾞ回路
増幅回路
演算回路
発振回路
変復調回路
ﾃﾞｼﾞﾀﾙ回路
電源回路
ﾛｼﾞｯｸ回路
高周波回路
電源回路
音声回路
その他回路
ﾃﾞｶｯﾌﾟﾘﾝｸﾞ用途
ﾊﾞｯｸｱｯﾌﾟ用途
平滑用途
ﾌｨﾙﾀ用途
ｶｯﾌﾟﾘﾝｸﾞ用途
時定数、共振用途
インピーダンス,ESR特性に重点
実効容量や温度,ﾊﾞｲｱｽ安定性に重点
高耐圧用途
CPUに代表される負荷変動の大きい回路で、電源の安定、ICの保護などで用途が拡大。低ESR,低ESL,低ｲﾝﾋﾟｰﾀﾞﾝｽ特性が重要1～10uFの積層のＦ、Ｂ特性が最適。
電源回路の入出力に使用される用途で、機器の小型化に伴い、採用が急激に拡大。実効容量,低ESR,低ESL,低ｲﾝﾋﾟｰﾀﾞﾝｽ特性
に加え、定格電圧、信頼性が重要1～数10uFの積層のＢ特性が最適。
増幅、発振、変復調回路やﾌｨﾙﾀ回路で、容量の温度、ﾊﾞｲｱｽ安定性が重要積層の温度補償用ｺﾝﾃﾞﾝｻが最適。
（ＣＦCAP、ＴＣ系積層）
バイパスコンデンサにおける御提案バイパスコンデンサにおける御提案
大容量Ta or Al電解＋積層0.1μF 置換提案
よく行われる事例
タンタルor電解
積層0.1μF
大容量積層コンデンサ
大容量積層コン１個で置換
高周波のインピーダンスが下がる → 高周波特性向上
並列使用の場合より低インピーダンス領域が広範囲
セラミックコンデンサ１個で置換が可能
0.001
0.01
0.1
1
10
100
1000
10000
1 10 100 1000 10000 100000
電解コン22μＦ＋積層0.1μＦ電解コン22μＦ
積層0.1μＦ
電解コン22μF＋積層0.1μFのインピーダンス特性
インピーダンス
[Ω]
周波数 [ＫＨｚ]
0.001
0.01
0.1
1
10
100
1000
10000
1 10 100 1000 10000 100000
電解コン22μＦ＋積層0.1μＦ電解コン22μＦ
積層0.1μＦ
電解コン22μF＋積層0.1μFのインピーダンス特性
インピーダンス
[Ω]
周波数 [ＫＨｚ]
0.001
0.01
0.1
1
10
100
1000
10000
1 10 100 1000 10000 100000
電解コン２２μＦ＋積層０．１μＦ積層コンＦ特４．７μＦ
積層コンF特１０μF
周波数 [ＫＨｚ]インピーダンス
[Ω]
大容量積層コンデンサのインピーダンス特性
0.001
0.01
0.1
1
10
100
1000
10000
1 10 100 1000 10000 100000
電解コン２２μＦ＋積層０．１μＦ積層コンＦ特４．７μＦ
積層コンF特１０μF
周波数 [ＫＨｚ]インピーダンス
[Ω]
大容量積層コンデンサのインピーダンス特性
インダクタのインダクタの““いいろろはは””
インダクタとコンデンサのインピーダンスインダクタとコンデンサのインピーダンス““誘導性リアクタンスと容量性リアクタンス誘導性リアクタンスと容量性リアクタンス””
オームの法則： （交流電圧）＝（インピーダンス）×（交流電流）
純粋なインダクタのインピーダンス：誘導性リアクタンス：周波数とともに増加。
周波数
インピーダンス
Ｖ＝Ｌ・ｄｉ／ｄｔこれを解くとＶ0＝ｊ２πｆ・Ｌ
インピーダンスは、Ｚ＝ＸL＝２πｆ・Ｌ
電圧、電流とインダクタンスの関係式を解くと、純粋なインダクタのインピーダンスは、周波数とインダクタンスに
比例することが求められる。
交流電源
交流電源
周波数：ｆ電圧振幅：Ｖ0Ｖ＝V0・exp(jωｔ)
インダクタンス：Ｌインダクタンス
大
インダクタンス中
インダクタンス小
純粋なコンデンサのインピーダンス：容量性リアクタンス：周波数とともに減少。
周波数
インピーダンス
Ｖ＝１／Ｃ・∫ｉｄｔこれを解くとＶ0＝１／(ｊ２πｆ・Ｃ)
インピーダンスは、Ｚ＝Ｘc＝１／(２πｆ・Ｃ)
電圧、電流と静電容量の関係式を解くと、純粋なコンデンサのインピーダンスは、
周波数と静電容量に反比例することが求められる。
静電容量：Ｃ
周波数：ｆ電圧振幅：Ｖ0Ｖ＝V0・exp(jωｔ)
静電容量小静電容量
中
静電容量大
インダクタとコンデンサの利用 インダクタとコンデンサの利用 ““ローパスフィルタとハイパスフィルタローパスフィルタとハイパスフィルタ””
インダクタのインピーダンス：周波数が上がると上がる。
コンデンサのインピーダンス：周波数が上がると下がる。
ローパスフィルタと特性例 ハイパスフィルタと特性例
ＩＮ ＯＵＴ
ＧＮＤ
ＩＮ ＯＵＴ
ＧＮＤ
周波数
Gain
周波数
Ｇａｉｎ
周波数が低いときインダクタ低Ｚ:ＧＮＤに落ちるコンデンサ高Ｚ：とおせんぼ
周波数が高いときインダクタ高Ｚ
:ＧＮＤにおちずに通過
コンデンサ低Ｚ：通過
周波数が低いときインダクタ低Ｚ:通過コンデンサ高Ｚ：ＧＮＤに落ちずに
通過
周波数が高いときインダクタ高Ｚ:とおせんぼコンデンサ低Ｚ：ＧＮＤに落ちる
インダクタとコンデンサのインダクタとコンデンサの““直列回路・直列共振と並列回路・並列共振直列回路・直列共振と並列回路・並列共振””
インダクタのインピーダンス：周波数が上がると上がる。
コンデンサのインピーダンス：周波数が上がると下がる。
純粋なインダクタとコンデンサ
の直列回路：直列共振
純粋なインダクタとコンデンサ
の並列回路：並列共振
周波数
インピーダンス
周波数
インピーダンス
直列：基本的には足し算
並列：基本的には低い方を流れる
コンデンサのインピーダンス
インダクタのインピーダンス
直列回路のインピーダンス
切り替わり（共振周波数）では、ゼロ
コンデンサのインピーダンス
インダクタのインピーダンス
並列回路のインピーダンス
切り替わり（共振周波数）では、無限大
インダクタとコンデンサの利用インダクタとコンデンサの利用““バンドパスフィルタとトラップフィルタバンドパスフィルタとトラップフィルタ””
直列回路のインピーダンス ：共振周波数で最小。
並列回路のインピーダンス ：共振周波数で最大。
トラップフィルタと特性例
ＩＮ ＯＵＴ
バンドパスフィルタと特性例
ＩＮ ＯＵＴ
ＧＮＤＧＮＤ
直列：共振周波数で低Ｚ：ＧＮＤに落ちる
並列：共振周波数で高Ｚ：ＧＮＤに落ち
ずに通過
周波数
Gain
周波数
Gain
インダクタの実特性 インダクタの実特性 ““自己共振特性自己共振特性””
実在インダクタのインピーダンス特性例ＬＣＲ並列接続回路のインピーダンス特性に類似
積層インダクタ
巻線インダクタ
周波数インピーダンス
低周波側ではインダクタ高周波側ではコンデンサ共振点では有限の抵抗値
例えば、内部電極と外部電極との間に浮遊容量
が存在する。
例えば、折り返して巻かれた線と線の間に浮遊容量
が存在する。
インダクタの自己共振特性の利用例インダクタの自己共振特性の利用例““ローパスフィルタでのトラップ形成ローパスフィルタでのトラップ形成””
ローパスフィルタ例 インダクタ：Ａ インピーダンス特性 インダクタ：Ｂ インピーダンス特性
周波数
インピーダンス
周波数
インピーダンス
ある周波数で鋭いピークをもつ特性
ＩＮ ＯＵＴ
ＧＮＤ インダクタンスは同じだがＺのピークが低い特性
周波数
Gain
周波数
Gain
鋭いピークを利用してトラップ形成
純粋なインダクタでのフィルタ特性 インダクタＡ使用時
周波数
Ｇａｉｎ
インダクタＢ使用時
トラップがない
透過特性も変形
フィルタ回路では、インダクタの自己共振特性を積極的に利用している場合があり、代替品提案やダウンサイズ化に際してはこれにも注意が必要。
インダクタの実特性 インダクタの実特性 ““損失成分とＱ特性損失成分とＱ特性””
積層インダクタ 巻線インダクタ インダクタのＱ値
純粋なインダクタのインピーダンス：誘導性リアクタンス
抵抗成分（損失の総和）
ＸLＲ
コアに導電線を巻く
コア材料のシートに導電体を印刷して積層 ＝Ｑ 抵抗成分
誘導性リアクタンス
コア材料では、ヒステリシス損失、渦電流損失、誘電体損失など導電体（導線）では、直流抵抗、表皮効果による高周波での抵抗損失などが実在する。損失が小さいほど純粋なインダクタに近い。
インダクタのＱは、純粋なインダクタへの近さを示す値。Ｑが大きいほど、回路上では純粋なインダクタとして機能する。
インダクタのＱ特性とフィルタ特性インダクタのＱ特性とフィルタ特性““Ｑ特性差がトラップフィルタ特性に与える影響例Ｑ特性差がトラップフィルタ特性に与える影響例””
周波数
Ｇａｉｎ
周波数
Q
周波数
Q
トラップフィルタ例インダクタとコンデンサの直列共振
インダクタ：Ａ Ｑ特性 インダクタ：Ｂ Ｑ特性
Ｑが低い
純粋なインダクタでのフィルタ特性例 インダクタＡ使用時 インダクタＢ使用時
トラップが弱い
ＩＮ ＯＵＴ
ＧＮＤ
周波数
Gain
周波数
Gain
コンデンサとの共振回路を組む場合、一般にインダクタのＱ特性が与える影響は大きい。
インダクタのＱ特性とマッチング特性インダクタのＱ特性とマッチング特性““Ｑ特性差がマッチング特性に与える影響例Ｑ特性差がマッチング特性に与える影響例””
マッチング回路例アンプとアンテナのマッチング インダクタ：Ａ Ｑ特性
周波数
Ｑ
インダクタ：Ｂ Ｑ特性
Ｑが低い
周波数
Ｑ
純粋なインダクタでのマッチング設計例
インダクタＡ使用時 インダクタＢ使用時
チャートの中心からズレている
最後にインダクタで規格Ｚ（チャートの中心）にマッチング ほぼ設計どおり
マッチング回路においては、一般にインダクタのＱ特性が与える影響は大きい。
アンプの特性：スタート地点
みちくさ みちくさ ““インダクタのＱとコンデンサのｔａｎインダクタのＱとコンデンサのｔａｎδδ””
コンデンサのｔａｎδ値コンデンサにも損失が実在する。
純粋なコンデンサのインピーダンス：容量性リアクタンス
抵抗成分（損失の総和）
ＸｃＲ
＝tanδ抵抗成分
容量性リアクタンス
コンデンサのｔａｎδは、純粋なコンデンサへの遠さを示す値。tanδが小さいほど、回路上では純粋なコンデンサとして機能する。
インダクタのＱ値インダクタには損失がある。
純粋なインダクタのインピーダンス：誘導性リアクタンス
抵抗成分（損失の総和）
ＸLＲ
＝Ｑ 抵抗成分
誘導性リアクタンス
インダクタのＱは、純粋なインダクタへの近さを示す値。Ｑが大きいほど、回路上では純粋なインダクタとして機能する。
インダクタの実特性インダクタの実特性““直流重畳特性・磁気飽和特性直流重畳特性・磁気飽和特性””
インダクタの直流重畳特性例 インピーダンス特性例
バイアス電流
インダクタンス
周波数
インピーダンス
周波数
インピーダンス
コアが例えば磁性体の場合、磁気飽和特性があるのでＤＣバイアス電流を大きくするとインダクタンスは低下する。
磁気飽和が生じてインダクタンスが低下するとインピーダンスも低下する。直流重畳に強いインダクタは高いインピーダンスを維持する。弱いものは、大きく低下する。使用条件下で要求されるインダクタンスやインピーダンスが維持または残っている製品が一般には選択されやすい。
直流重畳に強い特性例
直流重畳に弱い特性例
電源チョーク用途でのインダクタ直流重畳特性の影響例電源チョーク用途でのインダクタ直流重畳特性の影響例
電源チョーク回路例
IC
ｺﾝﾃﾞﾝｻ：GNDへﾊﾞｲﾊﾟｽ
ｲﾝﾀﾞｸﾀ：ｲﾝﾋﾟｰﾀﾞﾝｽでﾌﾞﾛｯｸ ﾊﾞｲﾊﾟｽ改善
高周波で
ｲﾝﾋﾟｰﾀﾞﾝｽ
ｱｯﾌﾟON･OFF ノイズ
負荷変動
周波数
インピーダンス
インダクタ：Ａ インピーダンス特性
周波数
インピーダンス
インダクタ：Ｂ インピーダンス特性
直流重畳に強く高いインピーダンス維持。
直流に弱くインピーダンス低下。
コンデンサのみでの バイパス特性例
インダクタＡ使用時 インダクタＢ使用時
高周波側のバイパス特性を改善。
バイパス特性が劣る。
電源チョーク用途では、インピーダンス特性をバイパス回路の形成に利用する。直流重畳によってそれは劣化するため使用条件下で要求値が残っているかを自己共振特性と合わせ注意する。
スイッチング電源回路用途でのインダクタ直流重畳特性の影響例スイッチング電源回路用途でのインダクタ直流重畳特性の影響例
バイアス電流
インダクタンス
ｲﾝﾀﾞｸﾀﾝｽ:L
IsVs
ＤＣ出力Vout
昇圧電源回路例
ＤＣ入力Ｖin
スイッチングＩＣのＶsがＯＮになっている間 ＩＣにＩｓが流れてインダクタで昇圧。ＯＦＦになったときそれが入力に足され出力へアップコンバートされる。
時間
Ｉs 及び
Vs
Vs：ＯＮ ＯＮＯＦＦ ＯＦＦ ＯＮ
Is
ＶｓがONするとＶin＝Ｌ・ｄＩs／ｄｔ これを解くとＩs＝Ｖin／Ｌ・ｔ
電流はＯＮ時間とともに上昇、インダクタンスが小さいと急上昇。時間内で許容電流を超えないようインダクタを選定。
時間とともに上昇。Ｌが小さいと上昇も速い。
直流重畳特性とＩｓとの一般的関係
時間ＩＣを流れる電流：Ｉｓ
電源ＩＣが高周波化するとスイッチ時間が短くなるので大きなインダクタンスは不要になる。また必ずしもまったいらな直流重畳特性が万能なわけではない。ＩＣと電源の設計に合わせた特性が要求される。
ＩＣ破損
電流が増えてインダクタンスが小さくなると、もっと電流が流れてインダクタンスはどんどん小さくなって、ついには許容電流を超えて最悪破損・・・・・
インダクタンスが絶対に不変である必要はないが設計上の要求値がある。
みちくさ みちくさ ““コンデンサの充電、放電コンデンサの充電、放電””
電流電荷減少
電圧降下
電荷増加
電圧上昇 コンデンサ
電流＋Ｑ
コンデンサの充電
－Ｑ 電池
コンデンサの両端に電圧をかけると電荷が蓄積される。一方、電荷が蓄積されたコンデンサの両端を短絡すると放電される。電荷の量は、電圧に比例する。（インダクタの場合は、電流で磁束発生。磁束の量は電流に比例。）
コンデンサの静電容量は、電荷量と電圧の比例定数。（インダクタの場合は、インダクタンスは磁束と電流の比例定数。）
充電時や放電時の電流は、電荷量の時間的変化である。（インダクタの場合は、電圧が磁束の時間的変化。）
電流は電荷量の時間的変化
－ｉ＝ｄＱ／ｄｔ静電容量は電荷量と電圧の比例定数
Ｑ＝Ｃ・Ｖ電圧、電流と静電容量の関係
－Ｖ＝１／Ｃ・∫ｉｄｔまたは－ｉ＝Ｃ・ｄＶ／ｄｔ（インダクタの相当関係式は－Ｖ＝Ｌ・ｄｉ／ｄｔ）
コンデンサの放電
コンデンサ
＋Ｑ
－Ｑ
EMCEMCのの““いいろろはは””
主なノイズの種類主なノイズの種類
スパークギャップやバリスタ。電圧の低いものはビーズ・抵抗など。
瞬間的に起こる高電圧・高電流。雷などの自然現象から、ケーブルの抜き差しによるものなど。
サージノイズ
主にチップバリスタやダイオード。コンデンサやビーズも可。
摩擦による帯電などによっておこる放電現象。素子の破壊や誤動作の原因になる。
静電気
主にコンデンサ。IC駆動時に発生する電圧降下による変動。CPUなどの消費電力の大きい電源ラインで問題となる。
リップル
電圧（電流）
DC/DCなどでは、SMDインダクタ・NP、巻線チップインダクタ・LBなどのフェライト製品とコンデンサが中心。
DC電源ラインを伝わってくるもの。発生源はDC/DC電源など。スイッチングノイズなどが伝わってくる。
伝導ノイズ（雑音端子電圧は除く）
主に積層ハイロスインダクタ・BK（積層フェライトビーズ）、角チップビーズインダクタ・FBMのフェライト商品。抵抗やコンデンサでも対策可能。
電磁波として外に漏れるもの。発生源は信号ラインや電源ライン。各国で規制値あり（VCCI, FCC, CISPR, EN など）。
輻射ノイズ
対策部品内容
CISPR
VCCI class2
FCC part15
EN55022
CISPR
VCCI 30 1000MHz
高周波帯の高周波帯のEMIEMI規制例（規制例（GHzGHz帯のﾉｲｽﾞ規制強化）帯のﾉｲｽﾞ規制強化）
１．ＣＩＳＰＲ１１ グループ２ ＣｌａｓｓＢ (1999 工業、化学、医療用）
内蔵周波数４００ＭＨｚ以上の機器対象
規制周波数：１～２．４ＧＨz帯 規格値：７０ｄＢμＶ/ｍ以下（３ｍ電界強度）
２．ＣＩＳＰＲ２２ ＣＩＳ/Ｇ/210/CD （2001 ＩＴ機器)
内蔵周波数２００ＭＨｚ以上の機器対象
規制周波数：１～２．７ＧＨz帯
規格値：平均５０ｄＢμＶ/ｍ以下、最大７０ｄＢμＶ/ｍ以下（３ｍ電界強度）
３．ＦＣＣ Ｐａｒｔ１５ （ＩＴ機器) １０８～５００ＭＨｚ動作では、２ＧＨzまで測定必要
５００～１０００ＭＨｚ動作では、５ＧＨzまで測定必要
輻射ノイズのメカニズム輻射ノイズのメカニズム1
スペクトラムデジタル波形
測定器：スペクトラムアナライザー測定器：オシロスコープ
フーリエ変換
時間
電圧（電流）
周波数
ノイズ
（電圧・電流）
時間軸から周波数軸への変換
1
ノイズ規格はアンテナ受信したこれを規制している
デジタル波形は色々な周波数の集まり
周波数
電圧（電流）
時間
スペアナ
オシロ
輻射ノイズのメカニズム輻射ノイズのメカニズム22
直流だけでは磁束のみ発生 交流では磁界と電界が発生
電界
磁界
電流 磁束 磁界電界
電流
0V
電圧 電流
0A0V
電圧
0A
電流
デジタル波形から輻射される
IC ・・・
IC
Vcc
ノイズノイズデジタル信号
クロック
Vcc
高調波の漏れ
輻射ノイズのメカニズム輻射ノイズのメカニズム33
磁界 磁界 磁界 磁界 アンテナ
電界 電界 電界電界
交流信号源
・近傍界では磁界が支配的
スペクトラム・アナライザ
・遠方界では電界が支配的
EUT
直接波
反射波
輻射電界測定（オープンサイト・電波暗室） アンテナ
ノイズ規格はここで受信した値を規制している
スペクトラム・アナライザ
輻射ノイズのメカニズム４輻射ノイズのメカニズム４
時間
電圧
リンギング発生
周波数
ノイズ
レベルも変わる
時間
電圧
周波数
ノイズ
波形が乱れるとスペクトラムも変わる。
原因：伝送線路のミスマッチング
定在波＝進行波＋反射波定在波の発生により、デジタル波形を形成している周波数の振幅が大きくなりノイズの増加につながる。
反射波
進行波
伝送線路パターン インピーダンスのミスマッチング
Fin.
