導電性高分子ハイブリッドアルミ電解コンデンサ：ソリューション提案事例 - パナソニック

お客様に採用して頂いた、当社製ハイブリッドコンデンサの事例を紹介します。

部品ご提案のフロー

STEP❶

お客様の電源情報の確認

以下のような、電源回路／使用部品の情報をお聞かせください。

【電源回路】　入力電圧、出力電圧、負荷電流、SW周波数　etc
【使用部品】　電源IC、コンデンサ、インダクタ　etc

STEP❷

コンデンサの選定

お客様の設計情報から最適なコンデンサ品番を選定します。

STEP❸

コンデンサの検証

選定したコンデンサとお客様の電源情報からご使用条件相当の回路を用いてシミュレーションを実施します。

STEP❹

最適なコンデンサをご提案

シミュレーション結果と合わせて最適なコンデンサ品番をご提案します。

お困りごとから事例を選ぶ

事例①：出力用コンデンサの員数削減により、基板実装面積の省スペース化
事例②：出力用コンデンサの小形、低背化により、アプリの低背設計
事例③：出力用コンデンサの小型化により、基板実装面積の省スペース化
事例④：入力用コンデンサの員数削減により、基板実装面積の省スペース化

事例①：出力用コンデンサの員数削減により、基板実装面積の省スペース化

STEP❶ お客様の電源情報の確認

入力電圧 Vin	24V
出力電圧 Vout	12V
負荷電流	10A
スイッチング周波数	300kHz

負荷過渡応答
立上り	1A→10A
立下り	10A→1A
スルーレート	10A/us

STEP❷ コンデンサの選定

■負荷過渡応答時の電圧変化の比較評価

＜評価結果＞

現設計
シリーズ	ZC
定格電圧	25V
静電容量	330uF
サイズ	φ10x10.2
リプル電流	2Arms
ESR	20mΩ
員数	3個
スペース	360 mm2

ターゲット性能
トータル容量	1000uF
サイズ	φ10以下
トータルリプル電流	6 Arms
トータルESR	6.7mΩ
員数	1～2個
スペース	240 mm2

検討品番の選定
シリーズ	ZK	ZKU	ZSU
品番	EEHZK1E471P	EEHZK1E561UP	EEHZS1E102UP
定格電圧	25V	25V	25V
静電容量	470uF	560uF	1000uF
サイズ	φ10x10.2mm	φ10x10.2mm	φ10x16.5mm
員数(予測)	2	2	1~2

現設計
シリーズ	ZC
定格電圧	25V
静電容量	330uF
サイズ	φ10x10.2
リプル電流	2Arms
ESR	20mΩ
員数	3個
スペース	360 mm2

ターゲット性能
トータル容量	1000uF
サイズ	φ10以下
トータルリプル電流	6 Arms
トータルESR	6.7mΩ
員数	1～2個
スペース	240 mm2

検討品番の選定
シリーズ	ZK	ZKU	ZSU
品番	EEHZK1E471P	EEHZK1E561UP	EEHZS1E102UP
定格電圧	25V	25V	25V
静電容量	470uF	560uF	1000uF
サイズ	φ10x10.2mm	φ10x10.2mm	φ10x16.5mm
員数(予測)	2	2	1~2

STEP❸ コンデンサの検証

コンデンサシリーズ	実装面積削減効果	立上がり 1A→10A (spec:△V=600mV)		立下がり 10A→1A (spec:△V=600mV)		省スペース	出力電圧安定性
コンデンサシリーズ	実装面積削減効果					省スペース	出力電圧安定性
ZC 25V 330uF ø10x10.2mm		224mV	-	234mV	-	-	-
ZK (EEHZK1E471P) 25V 470uF ø10x10.2mm	-33%	225mV	同等	235mV	同等	〇	〇
ZKU (EEHZK1E561UP) 25V 560uF ø10x10.2mm	-33%	214mV	良化	222mV	良化	〇	◎
ZSU (EEHZS1E102UP) 25V 1000uF ø10x16.5mm	-66%	222mV	同等	234mV	同等	◎	〇

コンデンサシリーズ	実装面積削減効果	立上がり 1A→10A (spec:△V=600mV)		立下がり 10A→1A (spec:△V=600mV)
コンデンサシリーズ	実装面積削減効果
ZC		224mV	-	234mV	-
ZK (EEHZK1E471P)	-33%	225mV	同等	235mV	同等
ZKU (EEHZK1E561UP)	-33%	214mV	良化	222mV	良化
ZSU (EEHZS1E102UP)	-66%	222mV	同等	234mV	同等

	コンデンサシリーズ	省スペース	出力電圧安定性
	ZC	-	-
	ZK (EEHZK1E471P)	〇	〇
	ZKU (EEHZK1E561UP)	〇	◎
	ZSU (EEHZS1E102UP)	◎	〇

電源の重要特性(負荷急変時の電圧変動)において、同等性能を確認。員数の削減可能

STEP❹ 最適なコンデンサをご提案

品番	定格電圧 (V)	静電容量 (µF)	定格リプル電流 (Arms)	製品寸法 (mm)	耐久性
EEHZS1E102UP	25	1000	4 (125℃/100kHz)	Φ10×16.5	125°C/4000h
EEHZS1E102UV (耐振動品)	25	1000	4 (125℃/100kHz)	Φ10×16.8	125°C/4000h

事例②：出力用コンデンサの小形、低背化により、アプリの低背設計

STEP❶ お客様の電源情報の確認

入力電圧 Vin	24V
出力電圧 Vout	12V
負荷電流	10A
スイッチング周波数	300kHz

負荷過渡応答
立上り	1A→10A
立下り	10A→1A
スルーレート	10A/us

STEP❷ コンデンサの選定

■負荷過渡応答時の電圧変化の比較評価

＜評価結果＞

現設計
シリーズ	ZC
定格電圧	25V
静電容量	330uF
サイズ	φ10x10.2
リプル電流	2 Arms
ESR	20 mΩ
員数	2個
スペース	240 mm2

ターゲット性能
トータル容量	660uF
サイズ	高さ 8mm以下
トータルリプル電流	4 Arms
トータルESR	10 mΩ
員数	-
スペース	-

検討品番の選定
シリーズ	ZK	ZKU
品番	EEHZK1E151XP	EEHZKE181XUP
定格電圧	25V	25V
静電容量	150uF	180uF
サイズ	Ø6.3x7.7 mm	Ø6.3x7.7 mm
員数(予測)	5	4

現設計
シリーズ	ZC
定格電圧	25V
静電容量	330uF
サイズ	φ10x10.2
リプル電流	2 Arms
ESR	20 mΩ
員数	2個
スペース	240 mm2

ターゲット性能
トータル容量	660uF
サイズ	高さ 8mm以下
トータルリプル電流	4 Arms
トータルESR	10 mΩ
員数	-
スペース	-

検討品番の選定
シリーズ	ZK	ZKU
品番	EEHZK1E151XP	EEHZKE181XUP
定格電圧	25V	25V
静電容量	150uF	180uF
サイズ	Ø6.3x7.7 mm	Ø6.3x7.7 mm
員数(予測)	5	4

STEP❸ コンデンサの検証

コンデンサシリーズ	実装面積削減効果	立上がり 1A→10A (spec:△V=600mV)		立下がり 10A→1A (spec:△V=600mV)		省スペース	出力電圧安定性
コンデンサシリーズ	実装面積削減効果					省スペース	出力電圧安定性
ZC 25V 330uF ø10x10.2mm		255mV	-	260mV	-	-	-
ZK (EEHZK1E151XP) 25V 150uF ø6.3x7.7mm	+10%	249mV	良化	251mV	良化	×	〇
ZKU (EEHZKE181XUP) 25V 180uF ø6.3x7.7mm	-10%	250mV	良化	253mV	良化	〇	〇

コンデンサシリーズ	実装面積削減効果	立上がり 1A→10A (spec:△V=600mV)		立下がり 10A→1A (spec:△V=600mV)
コンデンサシリーズ	実装面積削減効果
ZC		255mV	-	260mV	-
ZK (EEHZK1E151XP)	+10%	249mV	良化	251mV	良化
ZKU (EEHZKE181XUP)	-10%	250mV	良化	253mV	良化

	コンデンサシリーズ	省スペース	出力電圧安定性
	ZC	-	-
	ZK (EEHZK1E151XP)	×	〇
	ZKU (EEHZKE181XUP)	〇	〇

電源の重要特性(負荷急変時の電圧変動)において、良化を確認。小形・低背の部品に置換え可能

STEP❹ 最適なコンデンサをご提案

品番	定格電圧 (V)	静電容量 (µF)	定格リプル電流 (Arms)	製品寸法 (mm)	耐久性
EEHZKE181XUP	25	180	1.8 (125℃/100kHz)	Φ6.3×7.7	125°C/4000h
EEHZKE181XUV (耐振動品)	25	180	4 (125℃/100kHz)	Φ6.3×7.7	125°C/4000h

事例③：出力用コンデンサの小形化により、基板実装面積の省スペース化

STEP❶ お客様の電源情報の確認

入力電圧 Vin	24V
出力電圧 Vout	12V
負荷電流	10A
スイッチング周波数	300kHz

負荷過渡応答
立上り	1A→10A
立下り	10A→1A
スルーレート	10A/us

STEP❷ コンデンサの選定

■負荷過渡応答時の電圧変化の比較評価

＜評価結果＞

現設計
シリーズ	ZC
定格電圧	25V
静電容量	330uF
サイズ	φ10x10.2
リプル電流	2 Arms
ESR	20 mΩ
員数	3個
スペース	360 mm2

ターゲット性能
トータル容量	1000uF
サイズ	ø10以下
トータルリプル電流	6 Arms
トータルESR	6.7 mΩ
員数	3個
スペース	360 mm2以下

検討品番の選定
シリーズ	ZKU
品番	EEHZK1E331UP
定格電圧	25V
静電容量	330uF
サイズ	ø8x10.2 mm
員数(予測)	3

現設計
シリーズ	ZC
定格電圧	25V
静電容量	330uF
サイズ	φ10x10.2
リプル電流	2 Arms
ESR	20 mΩ
員数	3個
スペース	360 mm2

ターゲット性能
トータル容量	1000uF
サイズ	ø10以下
トータルリプル電流	6 Arms
トータルESR	6.7 mΩ
員数	1～2個
スペース	2402

検討品番の選定
シリーズ	ZKU
品番	EEHZK1E331UP
定格電圧	25V
静電容量	330uF
サイズ	ø8x10.2 mm
員数(予測)	3

STEP❸ コンデンサの検証

コンデンサシリーズ	実装面積削減効果	立上がり 1A→10A (spec:△V=600mV)		立下がり 10A→1A (spec:△V=600mV)		省スペース	出力電圧安定性
コンデンサシリーズ	実装面積削減効果					省スペース	出力電圧安定性
ZC 25V330uF ø10x10.2mm		224mV	-	234mV	-	-	-
ZKU (EEHZK1E331UP) 25V 330uF ø8x10.2mm	-25%	222mV	同等	230mV	同等	〇	〇

コンデンサシリーズ	実装面積削減効果	立上がり 1A→10A (spec:△V=600mV)		立下がり 10A→1A (spec:△V=600mV)
コンデンサシリーズ	実装面積削減効果
ZC		224mV	-	234mV	-
ZKU (EEHZK1E331UP)	-25%	222mV	同等	230mV	同等

	コンデンサシリーズ	省スペース	出力電圧安定性
	ZC	-	-
	ZKU (EEHZK1E331UP)	〇	〇

電源の重要特性(負荷急変時の電圧変動)において、同等性能を確認。小形の部品に置換え可能

STEP❹ 最適なコンデンサをご提案

品番	定格電圧 (V)	静電容量 (µF)	定格リプル電流 (Arms)	製品寸法 (mm)	耐久性
EEHZK1E331UP	25	330	2 (125℃/100kHz)	Φ8×10.2	125°C/4000h
EEHZK1E331UV (耐振動品)	25	330	4 (125℃/100kHz)	Φ8×10.2	125°C/4000h

事例④：入力用コンデンサの員数削減により、基板実装面積の省スペース化

STEP❶ お客様の電源情報の確認

お客様のご要望内容	DC/DC電源の小型化　➡　入力用コンデンサの員数削減

お客様のお困りごと	① コンデンサ選定に時間がかかる ② コンデンサを並列接続すると、コンデンサに流れるリプル電流にアンバランスが起こる

■お客様の電源回路条件

入力電圧 Vin	48V
出力電圧 Vout	12V
負荷電流	84A
スイッチング周波数	150kHz
入力部リプル電流 I_ripple	不明確

入力用コンデンサ	ハイブリッドコンデンサ 63V 180μF 8個

入力コンデンサ説明図

お客様のご要望、お困りごとを満足できるハイブリッドコンデンサの選定、必要員数を検討します。

手順1. お客様の回路条件・ご要望から、当社製品で置換えシリーズを選定
手順2. 簡易回路シミュレーションで最適なシリーズの選定、おおよその員数を絞り込み
手順3. 熱シミュレーションでリプル電流アンバランスの影響も考慮して、最適な員数決定

STEP❷ コンデンサの選定

手順1. お客様の回路条件・ご要望から、当社製品で置換えシリーズを選定

お客様では、回路のリプル電流対策を重視して、シリーズ・使用員数を決定
➡ 員数削減を実現するために、高リプル電流品で、容量の影響も考慮してZU,ZUUシリーズを選定

		お客様選定		当社初期選定

シリーズ		ZSU		ZU		ZUU
品番		EHZS1J181UP		EEHZU1J151P		EEHZU1J181P
定格容量		63V 180uF		63V 150uF		63V 180uF
許容リプル電流		3.5 Arms		5.2 Arms		5.5 Arms
サイズ		ø10x16.5		ø10x16.5		ø10x16.5
員数		8個		ー		ー

STEP❸ コンデンサの検証

手順 2.　簡易回路シミュレーションで最適なシリーズの選定、おおよその員数を絞り込み

お客様の回路条件にて回路シミュレーションを行い、入力用コンデンサに流れるリプル電流を確認　→　置換えシリーズを選定

■回路シミュレーション条件

入力電圧 Vin	48V
出力電圧 Vout	12V
負荷電流	84A
スイッチング周波数	150kHz

入力コンデンサ説明図

■入力用コンデンサのリプル電流シミュレーションの結果

シリーズ仕様	員数	基板実装イメージ図	入力用コンデンサのリプル電流シミュレーション	トータルリプル電流	1個当たりのリプル電流	結果
ZSUシリーズ EEHZS1J181UP 63V 180uF リプル電流 3.5Arms ø10x16.5mm	8pcs			23.4 Arms	2.9 Arms	OK

シリーズ仕様	員数	基板実装イメージ図	入力用コンデンサのリプル電流シミュレーション	トータルリプル電流	1個当たりのリプル電流	結果
ZUシリーズ EEHZU1J151P 63V 150uF リプル電流 5.2Arms ø10x16.5mm	6pcs			22.6 Arms	3.8 Arms	OK
ZUシリーズ EEHZU1J151P 63V 150uF リプル電流 5.2Arms ø10x16.5mm	4pcs			22.7 Arms	5.7 Arms	不足 (要検証)
ZUUシリーズ EEHZU1J181UP 63V 180uF リプル電流 5.5Arms ø10x16.5mm	6pcs			22.8 Arms	3.8 Arms	OK
ZUUシリーズ EEHZU1J181UP 63V 180uF リプル電流 5.5Arms ø10x16.5mm	4pcs			23.1 Arms	5.8 Arms	不足 (要検証)

■ZU、ZUUシリーズでの置換え検討の結論

検証項目	結論
リプル電流	ZU、ZUUシリーズともにリプル電流アンバランスを考慮しない場合においては、員数６個での使用は可能。 ➡詳細な熱シミュレーションにて、員数4個の場合も含めて最適員数を検討する
静電容量	ZUシリーズ(150uF)、ZUUシリーズ(180uF)を比較しても大きな差異なし ➡ZUシリーズに絞込み

手順3.　熱シミュレーションでリプル電流アンバランスの影響も考慮して、最適な員数決定

お客様のお困りごとを考慮した熱シミュレーションを実施

基板配線バラツキに起因する各コンデンサ間に印加されるリプル電流のアンバランス
入力用コンデンサ近傍の発熱デバイスの影響

検討ポイント：
最大リプル電流が流れた時のハイブリッドコンデンサの自己発熱を確認し、使用可否を判断

■熱シミュレーション評価結果

シリーズ仕様	員数	熱シミュレーション（コンデンサ発熱温度）	発熱判定
ZSUシリーズ EEHZS1J181UP 63V 180uF ø10x16.5mm	8pcs		OK 発熱許容内
ZUシリーズ EEHZU1J151P 63V 150uF ø10x16.5mm	6pcs		OK 発熱許容内
ZUシリーズ EEHZU1J151P 63V 150uF ø10x16.5mm	4pcs		OK 発熱許容内

リプル電流のアンバランス、コンデンサ近傍の発熱デバイスなどを考慮した詳細なシミュレーションの結果、員数4個の場合でも、最大リプル電流が流れた際の発熱は許容内のため置換え可能。（員数削減）

STEP❹ 最適なコンデンサをご提案

■シミュレーション結果まとめ

		お客様選定		当社初期選定

シリーズ		ZSU		ZU
品番		EHZS1J181UP		EEHZU1J151P
定格容量		63V 180uF		63V 150uF
許容リプル電流		3.5 Arms		5.2 Arms
サイズ		ø10x16.5 mm		ø10x16.5 mm
員数		8pcs		4pcs
実装面積比		1		50%削減

品番	定格電圧 (V)	静電容量 (µF)	定格リプル電流 (Arms)	製品寸法 (mm)	耐久性
EEHZU1J151P	63	150	5.2 (125℃/100kHz)	Φ10×16.5	125°C/4000h
EEHZU1J151V (耐振動品)	63	150	5.2 (125℃/100kHz)	Φ10×16.8	125°C/4000h

適用可能性のあるアプリケーション：

大電流が流れるEPS
クーリングファンetc