電源ICで構成する電源回路、設計のポイントは？：Q&Aで学ぶマイコン講座（100）（3/6 ページ）

マイコンユーザーのさまざまな疑問に対し、マイコンメーカーのエンジニアがお答えしていく本連載。今回は、初心〜中級者の方からよく質問される「電源ICで構成する電源回路」についてです。連載第15回の「マイコン周辺部品の選び方――電源編」の続編です。

[STマイクロエレクトロニクス，EDN Japan]

コンデンサー

1．入力コンデンサーと出力コンデンサーの役割

　使用されているコンデンサーは2種類あります。入力コンデンサーと出力コンデンサーです。

　入力コンデンサーは、電源ICの入力電圧を安定させるとともに、入力電源ラインのリップル電流に起因するノイズを低減します。そのため電源ICになるべく近い位置に配置する必要があります。

　また、出力コンデンサーは、インダクターとLCフィルターを構成し、出力電圧を平滑化すると同時に、出力電圧のリップルノイズの低減を行います。また、負荷側の急激な変化（過渡応答）時に対応します（図4参照）

図4：入力コンデンサーと出力コンデンサー［クリックで拡大］

2．等価直列抵抗と等価直列インダクタンス

　実際のコンデンサーには寄生の抵抗成分とインダクター成分があります。抵抗成分を等価直列抵抗（Equivalent Series Resistance：以下、ESR）と呼び、インダクター成分を等価直列インダクタンス（Equivalent Series Inductance：以下、ESL）と呼びます。略称をESIではなくESLと表すのは、一般的な電子回路ではインダクターはLで表すからです。

　ESRとESLはそもそも寄生要素なので、小さい方が理想的です。従って、実際のコンデンサーを選ぶ場合も低ESR、低ESLのものを選びます。ESRとESLの値はデータシートに記載されています。

3．積層セラミックコンデンサー

　積層セラミックコンデンサー（Multi Layered Ceramic Capacitor：以下、MLCC）は、構造上他のコンデンサーに比べて低ESR、低ESLを実現できます。また、高い周波数になるほどノイズ除去効果が優れていて、高性能なフィルターを形成できます。

　しかし、MLCCの静電容量は周辺温度によって変化します。これは、MLCCに使用されている材料によるものであり、メーカーに関係なく、どのMLCCでも起きます。そのため、MLCCは、温度補償系と、高誘電率系の2種類に分けられます。温度補償系は、温度変化による静電容量の変化率が小さいですが、原料の比誘電率が高誘電率系に比べて小さいので、静電容量を大きくできません。一方、高誘電率系は、原料の比誘電率が大きいので、小型で大容量が得られることが特長ですが、温度特性に幅があります。

4．定格電圧と実効静電容量値

　コンデンサーの端子間に印加される電圧は、必ず定格電圧以下にします。「印加される電圧」とは、通常の使用状態における印加電圧の他に、サージ電圧、静電気、スイッチON-OFF時のパルス、リプル電圧などの異常電圧も含みます。

　コンデンサーの実効静電容量値は、印加される電圧により変化します。この現象は、高誘電率系MLCCに特有のもので、誘電体がセラミック以外のコンデンサーや、温度補償系MLCCではほとんど起こりません。高誘電率系MLCCを使用する場合はシミュレーションをして確認しましょう。

5．まとめ

　コンデンサーを選定する時のポイントを表1に示します。

表1：コンデンサーの選定ポイント