パワーエレクトロニクス用アルミ電解コンデンサの最新技術動向

 当社はパワーエレクトロニクス分野を重点注力分野として位置づけ、太陽光発電、風力発電やEV、HV、鉄道車両そして産業機器や家電向けインバータ用途などを中心に高い技術力と信頼性を強みに販売拡大に取り組んでいる。また、当社はそれらの市場に対してアルミ電解コンデンサとフィルムコンデンサの両方を開発、量産することができ、お客さまのご要求に応じてそれぞれの技術・製品を提供している。今回は、パワーエレクトロニクス分野に向けたアルミ電解コンデンサの最新技術動向について解説する。

 今日の社会インフラにおいては、エネルギーの効率運用が重要視されており、パワーエレクトロニクス装置のインバータ化は必須条件となっている。インバータ化によるシステムの高効率化・省エネルギー化に合わせて、使用される部品にも小形化はもとより、高耐電圧化の要求が高まってきている。インバータ電源等の制御回路に使用するアルミ電解コンデンサにおいても、小形化、高耐電圧化、長寿命化の要求が増加している。特に太陽光発電用や風力発電用など、再生可能エネルギー関連分野においては高耐電圧化の要求が強い。また、ACサーボモータ用などでは急激な充放電が繰り返されるため、高い信頼性が求められる。

 パワーエレクトロニクス分野における各種産業機器からの部品性能向上の要求に対して、当社は「高耐電圧化」「小形化」「耐充放電性能強化」を主体に開発を行ってきており、その具体例として、ラインアップを拡充した「LASシリーズ」【図1】、「LGNシリーズ」【図2】、および新シリーズとしてラインアップした「LGMシリーズ」【図3】、ネジ端子形「LNUシリーズ」【図4】について解説する。

■基板自立形アルミ電解コンデンサLASシリーズ
 「LASシリーズ」は、DC過電圧に対しショートや発火を防止して安全性の向上を図り、海外の電源不安定地域で使用する機器に最適となる基板自立形105℃2000時間保証 異常電圧対応小形品であり、業界最高クラスとなる450V定格を追加し、ラインアップを拡充した。
 スイッチング電源の一次側平滑用コンデンサとして、アルミ電解コンデンサが多く使用されているが、入力電圧が変動するような電力事情の良くない地域での使用や回路内の部品の故障によって、コンデンサに異常電圧が印加されることがある。コンデンサには異常ストレスが加わった場合においてもショートや発火とならず、安全に故障に至る異常電圧対応品が求められる。昨今、高効率化、省エネルギー化に伴い、システムの高電圧化が進められていることに加え、ワールドワイド電源に対応するため、アルミ電解コンデンサにおいても高耐電圧化の要求が増加している。
 「LASシリーズ」450V定格の特長および要素技術は、耐電圧性能を高めた高信頼電極箔、耐電圧を上げることにより自己放電を抑制する耐電圧対応電解液、および高耐電圧に適した耐電圧対応電解紙を採用することで材料レベルから耐電圧を向上させている。さらに異常電圧によるストレスに対して、内部素子への局部的な過剰負荷とならないよう考慮した耐電圧対応構造を採用することで、業界最高クラスの異常電圧性能を実現している。
 現行品よりも定格電圧を高めたことで、675Vまで異常電圧対応することが可能となり、従来よりも45V安全性能を高めた。また、450V定格を追加することで、ワールドワイド電源に対応する電圧範囲をカバーすることが可能となった。これにより電源電圧の高電圧化への対応および入力電圧が変動するような電力事情の良くない地域へ向けての電源平滑用として、幅広く活用いただけるシリーズである。  

基板自立形アルミ電解コンデンサ「LASシリーズ」

図1 基板自立形アルミ電解コンデンサ「LASシリーズ」

■基板自立形アルミ電解コンデンサLGNシリーズ

 「LGNシリーズ」は、パワーエレクトロニクス用高電圧インバータ回路等の各種産業機器用を主用途とする基板自立形105℃保証 小形化品アルミ電解コンデンサである。
 産業機器分野の高効率化、省エネルギー化に伴い、システムの高電圧化が進められている中、インバータ電源等の制御回路に使用するアルミ電解コンデンサにおいては、高耐電圧化の要求が増加している。特に太陽光発電用や風力発電用など、再生可能エネルギー関連分野においては強い要求がある。「LGNシリーズ」はこれまで500V定格までのラインアップとなっていたが、この度、業界最高となる600V定格を追加した。ラインアップを充実させ、エネルギーの効率運用が重要視されるパワーエレクトロニクス装置への最適な仕様として提案をおこなっている。
 「LGNシリーズ」600V定格は、高耐電圧酸化皮膜を擁する高信頼電極箔の他、長期安定性があり高電圧での皮膜修復能力を高めた電解液、および高耐電圧電解紙を採用することで、業界最高電圧を実現した。特に電解液については、組成の最適化をおこない約20〜30%の高耐圧化を図り、105℃ 600Vの高電圧に耐える電解液を新規開発した。
 システムの要求電圧に対応するために、複数個のアルミ電解コンデンサを直列接続して使用する場合などでは員数の削減が可能となる。例えば電圧1200Vに対しては400V品の場合は3直列が必要であったが、新開発の600V品では2直列での対応が可能となり、省スペース化を図った回路設計に最適となる。

基板自立形アルミ電解コンデンサ「LGNシリーズ」

図2 基板自立形アルミ電解コンデンサ「LGNシリーズ」

■基板自立形アルミ電解コンデンサLGMシリーズ

 「LGMシリーズ」は、パワーエレクトロニクス用インバータ回路、スイッチング電源回路等の各種産業機器用を主用途とする基板自立形105℃2000時間保証 超小形化品アルミ電解コンデンサであり、2016年4月より量産を開始している。
 各種産業機器において省力化、省資源化への配慮からセットの小型化が進んでいる中、搭載される部品に対しても小形化の要求が増加しており、これらの要求に対応するため、従来ラインアップしていた業界最小クラスのLGLシリーズをさらに小形化した業界最小となる新シリーズ「LGMシリーズ」を製品化した。
 「LGMシリーズ」は、新規開発した高容量電極箔の他、耐久性に優れる電解液および電解紙を採用することで、業界最小の製品サイズを実現した。この結果、現行のLGLシリーズに比べて最大で16%(体積比)の小形化を達成し、省スペース化を図った回路設計に最適なアルミ電解コンデンサとして提供している。

製品サイズ比較
製品定格 新製品
LGMシリーズ
従来品
LGLシリーズ
体積比
450V-180μF Φ25×25L Φ25×30L -16%
450V-180μF Φ22×30L Φ22×35L -14%
450V-390μF Φ30×35L Φ30×40L -13%
450V-820μF Φ35×45L Φ35×50L -10%

基板自立形アルミ電解コンデンサ「LGMシリーズ」

図3 基板自立形アルミ電解コンデンサ「LGMシリーズ」

■ネジ端子形アルミ電解コンデンサLNUシリーズ

 「LNUシリーズ」はネジ端子形105℃保証 高耐電圧小形化品であり、開発ポイントとしては、高耐電圧酸化皮膜を擁する電極箔の採用、長期安定性があり高電圧下での酸化皮膜修復能力を高めた電解液の採用、高耐電圧でありながら低密度な電解紙の採用、放熱性を高めた構造の採用、によりネジ端子形105℃保証標準品である「LNTシリーズ」 に対して、高耐電圧化(定格電圧:525V)・長寿命化(5000時間保証)を実現した。同時に小形化も実現しており,定格電圧500V品で比較すると約20〜30%の小形化となり、機器の小形化・軽量化にも貢献する。また、負荷変動の激しい産業機器用途において高い評価を得ている高速充放電対応技術も取り入れており、短時間で急激な充放電を繰り返すACサーボモータなどの用途にも対応可能となっている。
 標準品よりも定格電圧を高めたことにより、入力電圧が変動するような電源電圧事情の悪い地域向けの電源平滑用として幅広く活用できることや、システムの要求電圧に対応するために、複数個のアルミ電解コンデンサを直列接続して使用する場合などでは員数の削減が可能となり、サイズ・コストを抑えた回路設計に最適である。

ネジ端子形アルミ電解コンデンサ「LNUシリーズ」

図4 ネジ端子形アルミ電解コンデンサ「LNUシリーズ」

 当社は、アルミ電解コンデンサにおいて豊富なラインアップを持ち、それぞれの特長を活かし、さまざまな分野のお客さまからの要求仕様にワンストップで開発、生産対応することができ、好評を得ている。
  今後もお客さまの期待に応えるため、新製品の開発を進めていく。


ニチコン株式会社
2017年8月24日付 電波新聞掲載
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