JPH0917683A - マルチコンデンサ回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大容量でありながら広帯域に渡って低インピ
ーダンスを実現する。 【解決手段】 絶縁層２６を介して対向した２個の導電
板２２及び２４には、並列に接続された複数の電解コン
デンサの電極端子が夫々接続される。導電板２２及び２
４の端子１８及び２０部近傍には、導電板２２及び２４
に夫々接続された補償コンデンサ３０〜３４を具えてい
る。マルチコンデンサ回路１０のインピーダンスは、い
くつかの周波数でピークの山を示すので、これら周波数
で直列共振するコンデンサを補償コンデンサとして利用
することで、インピーダンスのピークの山がへこみ広帯
域までインピーダンスを低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数のコンデンサ
で構成されるマルチコンデンサ回路に関し、特に大容
量、広帯域且つ低インピーダンスを実現し、大電流を扱
うのに適したマルチコンデンサ回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】コンデンサは、その両端に電圧を加える
と電荷を蓄える。この特性を利用し、カメラのストロボ
の発光に必要な電流など、比較的短い時間に大きな電流
を流す場合には、コンデンサを一旦充電した後に放電す
ることによりこうした大きな電流を発生させることが行
われている。さらには、半導体素子などの被測定素子
（ＤＵＴ）の特性を測定するために、大きな電流を供給
するといった場合にも利用されている。

【０００３】図７は、このような電源回路（又は充放電
回路）を複数の電解コンデンサで構成した従来のマルチ
コンデンサ回路１００の基本的な回路図である。ここで
は、第１、第２及び第３コンデンサ並列接続段１２、１
４及び１６を、夫々４個の電解コンデンサで構成した例
を示す。このマルチコンデンサ回路は、端子１８及び２
０に電圧を印可することによって充電されるとともに、
端子１８及び２０から放電される。この場合、マルチコ
ンデンサ回路１００の容量を増加させる（よって出力電
流を増加させる）には、各段の並列接続されるコンデン
サの数を増やせばよく、また、耐圧を増加させる（よっ
て出力電圧を増加させる）には段数を増やせば良い。マ
ルチコンデンサ回路の出力電圧及び電流は、例えば１８
００Ｖ及び３００Ａ程度である。

【０００４】ところでコンデンサには、その電極やリー
ド線にインダクタンスＬがあるため、ある周波数におい
て共振を起こす。即ち、コンデンサはそれ自身のキャパ
シタンスＣと、その電極やリード線にあるインダクタン
スＬの直列共振回路とみなすことができる。図８は、１
つのコンデンサの周波数Ｆに対するインピーダンスＺの
特性曲線を示す。図８が示すように、直列共振周波数ｆ
ｓにおいてインピーダンスＺが最小になり、これより大
きい周波数に対してはコンデンサでありながら、コイル
としての性質が強くなる。なお、周波数対インピーダン
ス特性は、周知の測定器により測定できる。

【０００５】図７に示した従来のマルチコンデンサ回路
１００では、耐圧、容量をかせぐため複数のコンデンサ
を接続する配線が必要となるため、配線にもキャパシタ
ンス及びインダクタンスがある。図９の実線は、従来の
マルチコンデンサ回路１００の周波数Ｆに対するインピ
ーダンスＺの特性曲線を示す。これは、実測によって得
られる。図９の実線は、マルチコンデンサ回路１００の
特性曲線は、複数の周波数ｆ１、ｆ２及びｆ３おいてイ
ンピーダンスＺにピークの山が現れ、直列共振周波数ｆ
ｓ１、ｆｓ２及びｆｓ３でピークの谷が現れることを示
している。このようにピークがいくつか存在するのは、
マルチコンデンサ回路１００が複数のコンデンサで構成
され、よって違う共振周波数をいくつか持つことになる
のが原因である。なお、図８及び図９の周波数Ｆ軸及び
インピーダンスＺ軸は、対数表示である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】一般に電源は出力イン
ピーダンスが低い方が良いが、上述のマルチコンデンサ
回路は、図９に示すようにインピーダンスにいくつかの
ピークの山が生じてしまう。こうしたマルチコンデンサ
回路のインピーダンスは、例えば高速にスイッチングし
て放電する際には信号にサージ（急激な電流又は電圧変
化）の現れる原因になる。

【０００７】そこで本発明は、大容量、広帯域で低イン
ピーダンスのマルチコンデンサ回路を提供しようとする
ものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によるマルチコン
デンサ回路は、絶縁物を介して対向した第１及び第２導
電手段と、各電極を第１及び第２導電手段に夫々接続す
ることにより並列に接続された複数のコンデンサと、第
１及び第２導電手段に電流を供給する端子と、第１及び
第２導電手段の端子部近傍で第１及び第２導電手段に接
続された補償コンデンサとを具えている。このとき、補
償コンデンサがない場合のマルチコンデンサ回路のイン
ピーダンスと比較して、補償コンデンサがこのインピー
ダンスを低減することを特徴としている。また、補償コ
ンデンサとしては、マルチコンデンサ回路のインピーダ
ンスがピークの山を示す周波数において直列共振するコ
ンデンサを補償コンデンサとして用いると良い。これに
よって、インピーダンスのピークの山がへこみ、マルチ
コンデンサ回路のインピーダンスを低減させることがで
きる。

【０００９】本発明におけるマルチコンデンサ回路は、
複数のコンデンサを並列接続したコンデンサ並列接続段
を複数段直列に接続したものであっても良い。このと
き、第１導電手段はコンデンサ並列接続段夫々が有する
コンデンサを並列接続するとともに隣り合うコンデンサ
並列接続段を直列に接続する。第２導電手段は第１導電
手段と絶縁物（絶縁層）を介して対向し、一端部で第１
導電手段と電気的に接続される。第１及び第２導電手段
の他端部には端子が設けられ、この端子が第１及び第２
導電手段に電流を供給する。補償コンデンサは、上述と
同様に第１及び第２導電手段の端子部近傍で第１及び第
２導電手段に接続する。これによって、回路全体に補償
の効果を働かせるためである。

【００１０】更に、第１及び第２導電手段の一方を電流
（信号）の往路とし、他方を電流の復路として、互いで
発生する磁束を打ち消し合うようにして、マルチコンデ
ンサ回路のインダクタンスの発生を低減するようにして
も良い。これによって、より効果的に広帯域にインピー
ダンスを低減することができるようになる。

【００１１】また、補償コンデンサと直列に抵抗手段を
接続しても良い。補償コンデンサが夫々の直列共振周波
数を越えてコイルとしての性質が強くなるが、これが原
因で他の容量成分と並列共振を起こしても、抵抗手段が
そのエネルギーを吸収する。よって、マルチコンデンサ
回路のインピーダンス特性のピークをなだらかにするこ
とができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、導電板（回路基板）上に
組み立てた本発明によるマルチコンデンサ回路１０の実
施の第１形態の斜視図である。以下の説明において、従
来の回路と対応するものには同じ符号を付して説明す
る。

【００１３】マルチコンデンサ回路１０は、実際には筐
体中に収納され支持されるが、図１等では簡単のため回
路１０のみを示す。各コンデンサは、端子が夫々絶縁層
２６を介して対向した２個の導電板２２及び２４に接続
される。導電板（導電手段）は、例えば銅板で形成され
る。

【００１４】図２は、本発明によるマルチコンデンサ回
路１０の基本的な回路図である。複数のコンデンサ並列
接続段１２、１４及び１６が設けられるのは、従来と同
様である。コンデンサ並列接続段１２、１４及び１６
は、ここでは夫々４個のコンデンサを並列接続する例を
示すが、一般には任意の個数でよい。同様に、耐圧を向
上させるためのコレクタ並列接続段の段数も一般には任
意の数で良く、例えば１段でも良い。

【００１５】コンデンサ並列接続段のコンデンサには、
大容量を実現できるものが良く、例えば電解コンデンサ
が使用される。補償コンデンサ３０〜３４は、これら直
列に接続されたコンデンサ並列接続段に対し並列に接続
される。

【００１６】図３は、この１段の例（本発明の実施の第
１形態）を示し、これが本発明の最も単純化した実施の
形態の１つである。図１はこの１段の回路基板の１例の
斜視図を示している。ここでは、１２個のコンデンサを
並列に接続している。

【００１７】図４は、図１において、各電解コンデンサ
が１対の導電板２２及び２４にどのように接続されるか
を示す断面図である。各電解コンデンサの一方の電極端
子は、第１導電板２２に接続され、他方の電極端子は第
１導電板２２に設けられた開口２８を通過して第２導電
板２４に接続される。夫々半田で導電板に電気的に接続
されるとともに固定される。このとき、開口２８の内側
面に絶縁物を施して、電解コンデンサの他方の端子が導
電板２２と電気的に接続されることがないようにしても
良い。これによると、端子と導電板２２との沿面距離が
長くなるので、耐圧性能が向上する。第１及び第２導電
板２２及び２４間にある絶縁層２６は、例えばポリアミ
ド（絶縁性高分子樹脂）のシートで良い。また、導電板
に塗布したフッ素樹脂等の絶縁物で形成しても良い。例
えば、パウダーコーティングといった絶縁層形成技術に
れば、０．４ｍｍ（ミリメータ）程度の薄さで１．５ｋ
ボルト程度の耐圧が得られることがわかっている。

【００１８】図５は、コンデンサ並列接続段が１段では
なく、複数段直列に接続した場合の回路基板の１例（本
発明の実施の第２形態）の斜視図である。ここでは、夫
々４個のコンデンサを並列に接続した第１、第２及び第
３コンデンサ並列接続段１２、１４及び１６を３段直列
に接続した例を示す。これは、図２の本発明によるマル
チコンデンサ回路１０の基本回路に最も良く対応した形
態である。

【００１９】図６は、図５の破線Ａにおける断面図を示
す。第１導電板２２のうちの導電板２２ａは第１コンデ
ンサ並列接続段１２に含まれるコンデンサの一方の端子
を並列に接続している。第１導電板２２のうちの導電板
２２ｂは第１コンデンサ並列接続段１２に含まれるコン
デンサの他方の端子を並列に接続するとともに、第２コ
ンデンサ並列接続段１４に含まれるコンデンサの一方の
端子を並列に接続する。導電板２２ｃについても同様で
ある。別の見方をすると、第１及び第２コンデンサ並列
接続段１２及び１４に含まれる電解コンデンサは、互い
に導電板２２ｂで直列に接続される。同様に、第２及び
第３コンデンサ並列接続段１４及び１６に含まれる電解
コンデンサは、互いに導電板２２ｃで直列に接続され
る。このように第１導電板２２は、コンデンサ並列接続
段夫々が有するコンデンサを並列接続するとともに隣り
合う上記コンデンサ並列接続段を直列に接続する。図４
及び図６に示すように、導電板と各電解コンデンサのリ
ード線との接続は、例えば半田づけにより行っても良
い。

【００２０】第２導電層２４は、第３コンデンサ並列接
続段１６に含まれるコンデンサを介して、一端部で第１
導電層２２と電気的に接続される。第１及び第２導電層
２２及び２４は、その一方を回路１０に入出力される電
流（信号）の往路とし他方を電流の復路として、電流を
互いに往復させることによって電流が流れることによっ
て生じる磁束を互いに打ち消す構成にしている。これを
効果的に実現するためには、絶縁層２６を可能な限り薄
く形成するのが良い。薄ければ、電流が流れたときに発
生する磁束の生じる空間が狭くなるととも、効果的に打
ち消し合うからである。磁束が減少すればマルチコンデ
ンサ回路で発生するインダクタンスが減少し、よってイ
ンピーダンスも低減することになる。その薄さは、上述
の通り、０．４ｍｍ程度までが現在のところ実用的であ
るが、耐圧性能を確保できればより薄い方が良い。

【００２１】図１が示すように、各補償コンデンサはそ
の一方の端子（リード線）が第１導電板２２（図５の第
２実施形態では導電板２２ａ）に接続され、他方の端子
（リード線）が第２導電板２４に接続される。図１及び
図５では、説明のため各補償コンデンサのリード線を長
めに描いているが、リード線で発生するインダクタンス
を低減するには可能な限り短くするのが良い。

【００２２】補償コンデンサ３０〜３４は、マルチコン
デンサ回路１０のいくつか周波数に現れるインピーダン
スのピークの山を低減するために設けられる。ところ
で、１つのコンデンサのインピーダンスは、図８で示し
たようにその直列共振周波数ｆｓにおいて最低になる。
そこで、図６の実線が示す周波数ｆ１、ｆ２及びｆ３に
現れるマルチコンデンサ回路１０のインピーダンスのピ
ークの山を低減するには、マルチコンデンサ回路と並列
に接続したときにｆ１、ｆ２及びｆ３において夫々直列
共振周波数を起こすコンデンサを補償コンデンサとして
選別し利用すれば良い。例えば、補償コンデンサ３０に
よる直列共振周波数をｆ１とし、補償コンデンサ３２に
よる直列共振周波数をｆ２とし、補償コンデンサ３４に
よる直列共振周波数をｆ３とするように選別する。

【００２３】図９において、破線は補償コンデンサによ
り補償が施されたマルチコンデンサ回路１０の周波数対
インピーダンス特性を示す。破線が示すように、マルチ
コンデンサ回路１０の周波数ｆ１、ｆ２及びｆ３におけ
るインピーダンスのピークの山がへこみ、インピーダン
スを低減することができる。この例では、３つのインピ
ーダンスのピークの山を低減する例を説明したが、さら
に多くのピークの山がある場合も同様に低減できる。

【００２４】図１０において、実線は補償コンデンサ３
０、３２及び３４により補正されたマルチコンデンサ回
路１０の周波数対インピーダンス特性曲線を示すグラフ
である。補償コンデンサ３０、３２及び３４による補正
後の特性曲線を詳細に分析すると、ｆｓ１〜ｆｓ３及び
ｆ１〜ｆ３、並びにこれらの間の周波数ｆｍ０〜ｆｍ５
等において、予想外に大きなピークを示すことがわかっ
た。これについて図１１を用いて説明する。

【００２５】図１１は、図２又は図３に示す本発明によ
るマルチコンデンサ回路の等価回路である。補償コンデ
ンサ以外の充電に使用するコンデンサ（第１、第２及び
第３コンデンサ並列接続段１２、１４及び１６に含まれ
るコンデンサなど）の容量はＣ０とし、更にこれの浮遊
インダクタンスをＬ０として等価的に示すことにする。
ただし、充電用コンデンサが複数で構成されるために、
容量Ｃ０及び浮遊インダクタンスＬ０の値も１つではな
く、いくつかの値を有する（ピーク値がいくつかある）
がＣ０及びＬ０によって代表するものとする。また、補
償コンデンサ３０、３２及び３４の容量を夫々Ｃ１、Ｃ
２及びＣ３で示し、夫々の浮遊インダクタンスをＬ１、
Ｌ２及びＬ３で示すことにする。

【００２６】上述の通り、コンデンサは、夫々の直列共
振周波数ｆｓより大きい周波数に対してはコンデンサで
ありながらコイルとしての性質が強くなる。よって、夫
々の直列共振周波数ｆｓより大きい周波数では、他の補
償用コンデンサ３０〜３４の容量Ｃ１〜Ｃ３等との間で
並列共振を起こすことになる。例えば、補償コンデンサ
３０の直列共振周波数がｆ１とすると、周波数ｆ１以下
では補償コンデンサ３０はコンデンサＣ１としての性質
が強い。その一方で、充電用コンデンサはその直列共振
周波数ｆｓ１の後ではコイル（インダクタンス）Ｌ０と
しての性質が強いので、この容量Ｃ１とインダクタンス
Ｌ０とにより周波数ｆｍ１において並列共振を起こすこ
とになる。この結果、周波数ｆｍ１におけるインピーダ
ンスのピークが大きくなってしまう。

【００２７】図１２は、マルチコンデンサ回路の周波数
対インピーダンス特性曲線のピークの高低をなだらかに
緩衝する本発明による実施の形態の例を示す回路図であ
る。図２及び図３と比較すると、補償コンデンサの一方
の端子と導電板２２又は２４との間に適当な抵抗器（補
償抵抗器）４０、４２及び４４を設ける点が異なってい
る。これによって、直列及び並列共振のピーク時のエネ
ルギーを吸収し、インピーダンスのピークの山及び谷
（高低又は正負）をなだらかにするように緩衝する。こ
れは、上述した２つの実施形態に等しく適用できる。図
１０の破線は、補償抵抗器を設けることによって、マル
チコンデンサ回路のインピーダンス特性のピークの山及
び谷（高低）がなだらかになることを示す。これによっ
て、高い周波数までインピーダンスのピークの山を更に
良好に低くすることが可能となり、サージの発生を広帯
域に渡って低減することができる。

【００２８】図１３は、補償コンデンサ３０、３２及び
３４、並びに補償抵抗器４０、４２及び４４の接続形態
の１例を示す部分拡大斜視図である。ここでは、図５に
示す例に沿って、導電板２２ａと各補償コンデンサのリ
ード線の間に適当な値の抵抗器を接続している。設ける
場所は、導電板２４と各補償コンデンサのリード線の間
であっても良い。もちろん、図１に示す回路基板の実施
形態にも同様に適用できる。

【００２９】補償コンデンサには、夫々の周波数特性に
応じて電解コンデンサ、フィルム・コンデンサ、マイカ
・コンデンサ、セラミック・コンデンサ等を利用する。
例えば、低周波数では、電解コンデンサを用い、中高周
波数ではフィルム・コンデンサ、マイカ・コンデンサ、
セラミック・コンデンサ等を用いる。さらに高い周波数
においては、貫通コンデンサのごときインダクタンスの
少ないコンデンサを利用しても良い。利用する補償コン
デンサの選別は、そのコンデンサの周波数対インピーダ
ンス特性を測定器で実測して行うと良い。また、補償コ
ンデンサを接続した後に、マルチコンデンサ回路１０の
周波数対インピーダンス特性を再度測定し、必要に応じ
て補償コンデンサを交換又は付加したり、可変容量のコ
ンデンサを用いて容量を調整するという行程を繰り返し
て周波数補償しても良い。

【００３０】補償コンデンサ３０〜３４は、導電板２２
及び２４に夫々接続された端子（電力バス）１８及び２
０の近傍に設けられる。マルチコンデンサ回路１０に
は、端子（電力バス）１８及び２０を通して電力（電
流）が供給されるが、マルチコンデンサ回路１０のキャ
パシタンス及びインダクタンスは導電板全体に分布して
いるので、補償の効果を回路１０全体に対して働かせる
ためである。

【００３１】本発明の実施例としては、例えば、充電に
使われる第１、第２及び第３コンデンサ並列接続段１
２、１４及び１６等のコンデンサの容量の合計が３００
０μＦ程度の場合、補償コンデンサの値が０．０１μＦ
〜０．５μＦ程度、補償抵抗器が数Ω〜０．１Ω程度で
ある。また、補償コンデンサは、マルチコンデンサ回路
の出力電圧が１８００Ｖ程度とすれば、耐圧が例えば２
ｋＶ程度のものを使用すれば良い。

【００３２】以上、本発明によるマルチコンデンサ回路
によれば、コンデンサや複数のコンデンサを接続する配
線に存在するキャパシタンスやインダクタンスによって
増加するインピーダンスのピークの山を効果的に低減で
きる。よって、複数のコンデンサの接続による大容量を
実現しながら、広帯域に渡って低インピーダンスを実現
できる。よって、大きな電流を流したときのサージの発
生を効果的に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるマルチコンデンサ回路の第１の実
施形態のおける回路基板の例の斜視図である。

【図２】本発明によるマルチコンデンサ回路の基本を示
す回路図である。

【図３】本発明のマルチコンデンサ回路の単純化した実
施の形態の回路図である。

【図４】図１に示す実施形態において、コンデンサ並列
接続段のコンデンサが２個の導電板にどのように接続さ
れるかを示す図である。

【図５】本発明によるマルチコンデンサ回路の第２の実
施形態のおける回路基板の例の斜視図である。

【図６】図５に示す実施形態において、コンデンサ並列
接続段のコンデンサが導電板にどのように接続されるか
を示す図である。

【図７】従来のマルチコンデンサ回路１００の基本的な
回路図である。

【図８】１つのコンデンサの周波数対インピーダンスの
特性を示す図である。

【図９】本発明及び従来のマルチコンデンサ回路の周波
数対インピーダンス特性を示す図である。

【図１０】本発明のマルチコンデンサ回路の周波数対イ
ンピーダンス特性を更に詳細に示した図である。

【図１１】図１及び図５等に示した本発明のマルチコン
デンサ回路の等価回路である。

【図１２】本発明の実施の第３の形態に対応した回路図
である。

【図１３】本発明の実施の第３の形態のより具体的な実
施例における回路基板を示す部分拡大斜視図である。

【符号の説明】

１０ 本発明によるマルチコンデンサ回路 １２ 第１コンデンサ並列接続段 １４ 第２コンデンサ並列接続段 １６ 第３コンデンサ並列接続段 １８ 端子（電力バス端子） ２０ 端子（電力バス端子） ２２ 第１導電板 ２４ 第２導電板 ２６ 絶縁物（絶縁層） ２８ 第１導電板の開口 ３０ 補償コンデンサ ３２ 補償コンデンサ ３４ 補償コンデンサ ４０ 補償抵抗器 ４２ 補償抵抗器 ４４ 補償抵抗器 １００ 従来のマルチコンデンサ回路

フロントページの続き (72)発明者 室伏 達也 東京都品川区北品川５丁目９番31号ソニ ー・テクトロニクス株式会社内 (72)発明者 松田 俊一 東京都品川区北品川５丁目９番31号ソニ ー・テクトロニクス株式会社内 (72)発明者 杉山 隆 東京都品川区北品川５丁目９番31号ソニ ー・テクトロニクス株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 並列又は直列接続された複数のコンデン
   サを有するマルチコンデンサ回路において、 上記マルチコンデンサ回路の周波数特性を補償する補償
   コンデンサを上記マルチコンデンサ回路に並列に接続し
   上記インピーダンスを低減することを特徴とするマルチ
   コンデンサ回路。
2. 【請求項２】 絶縁物を介して対向する第１及び第２導
   電手段と、 各電極を上記第１及び第２導電手段に夫々接続すること
   により並列に接続される複数のコンデンサと、 上記第１及び第２導電手段に電流を供給する端子と、 上記第１及び第２導電手段の端子部近傍で上記第１及び
   第２導電手段に接続された補償コンデンサとを具え、 該補償コンデンサによりインピーダンスが低減されるこ
   とを特徴とするマルチコンデンサ回路。
3. 【請求項３】 複数のコンデンサを並列接続したコンデ
   ンサ並列接続段を複数段直列に接続したマルチコンデン
   サ回路において、 上記コンデンサ並列接続段夫々が有するコンデンサを並
   列接続するとともに隣り合う上記コンデンサ並列接続段
   を直列に接続する第１導電手段と、 該第１導電手段と絶縁物を介して対向し、一端部で電気
   的に接続された第２導電手段と、 上記第１及び第２導電手段の他端部に設けられ、上記第
   １及び第２導電手段に電流を供給する端子と、 上記第１及び第２導電手段の上記端子部近傍で上記第１
   及び第２導電手段に接続された補償コンデンサとを具
   え、 該補償コンデンサによりインピーダンスが低減されるこ
   とを特徴とするマルチコンデンサ回路。
4. 【請求項４】 上記マルチコンデンサ回路の上記インピ
   ーダンスがピークの山を示す周波数において直列共振を
   起こすコンデンサを上記補償コンデンサとして用いるこ
   とを特徴とする請求項１、２又は３記載のマルチコンデ
   ンサ回路。
5. 【請求項５】 上記絶縁物は薄い絶縁層であって、上記
   第１及び第２導電手段の一方を上記電流の往路とし、他
   方を上記電流の復路とし、互いで発生する磁束を打ち消
   し合うことでインダクタンスの発生を低減したことを特
   徴とする請求項２、３又は４記載のマルチコンデンサ回
   路。
6. 【請求項６】 上記補償コンデンサと直列に抵抗手段を
   接続し、上記マルチコンデンサ回路の上記インピーダン
   スのピークを低減することを特徴とする請求項１、２、
   ３、４又は５記載のマルチコンデンサ回路。