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2011年3月 2日 (水)

コンデンサの蓄積エネルギー

平板コンデンサ容量C(pF)はC=8.85×ke×S(m^2)/d(m)で与えられる。S:面積、d:対抗距離、ke:比誘電率 ここで、電極の体積は無視し、誘電体の耐電圧がkzdで決まるものと仮定する。kzは誘電体材料でほぼ決まる。

コンデンサに蓄積できる最大エネルギーEは、E=4.4ke・kz^2Sd、Sdで、コンデンサの体積になる。

アナログエンジニアは10数年前、国内部品メーカーのデータを元にコンデンサの蓄積エネルギーと体積の関係をグラフ化してみた。コンデンサの種類と耐圧が決まれば、単位体積当たりの蓄積エネルギーが求まる。結果は、耐圧、容量値にあまり依存せずほぼ一定である。

(cm^3/mJ)での主なコンデンサの数値は、電気二重層コンデンサ:0.0006、アルミ電解:0.007、固体タンタル:0.03、ポリエステルフィルムコン:2.5、紙:0.2、金属化ポリプロピレン:0.2シルバードマイカ:70などである。

単位体積当たりの蓄積エネルギーを増すには、Keかkzを増すことや、電極構造などの工夫により実質体積を増す手段がある。耐電圧係数Kzは、均質で欠陥が少ないプロセスが確立されれば大きな改善の余地がある。

私のデーター取得以来、発展が目覚ましい種類として、電気2重層コンデンサや積層セラミックコンデンサがある。

電気2重層コンデンサはエネルギー蓄積用の素子として大きなニーズがあり、急速充放電可能なため、2次電池の負担を軽くすることができる。

一方、部品のチップ化の進展に伴い、大容量の無極性かつ高耐熱のコンデンサとして、積層セラミックコンデンサの容量範囲が100μF程度まで拡大してきている。

ニーズの高い部品は短期間に大きな発展を遂げるのが通例である。

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