MLCCよくある質問: ESRの性能と温度摘要この資料では、温度による影響を中心に、ESR（Equivalent Series Resistance、等価直列抵抗）の性能についてよくある質問を取り上げます。温度による影響には、外的要因また内的要因の両方があります。 2006 年 11 月 ESRの性能と温度 Q1. ESRとは何ですか？ A1. コンデンサのような部品を理論的に取り扱う場合、その部品は回路に静電容量のみを付与する“理想的”または“完全な”部品とみなされる傾向にあります。しかし、どの物理的デバイスも有限の電気抵抗をもつ材料からできています。つまり、物理的部品には他の属性とともに抵抗が含まれます。高容量セラミックコンデンサは通常、内部電極層数が多くなります。MLCCの各層を抵抗として考えると、内部電極の回路モデルは並列抵抗に相当します。並列抵抗は値が低下するので、層数の多いMLCCはESRが低くなります。これは当然ながら他のパラメータが等しいと仮定した場合です。 ESRはデバイスの複合インピーダンス Z(ω) = R + j X(ω) の実抵抗成分です。この複合インピーダンスには複数の比較的小さな静電容量が影響する場合があります。このデバイスの理想的な動作とのわずかなズレが、稼動条件（高周波、高電流、温度限界）によっては重大な意味をもつ可能性があります。 Q4. ストレスやバイアスが異なるとESRにどれくらい影響しますか？ A4. 回路設計で考慮するべき重要なストレスやバイアスの因子はいくつもあります。電気的には、 ESRは回路の周波数の影響を受けます。これは EQ 1に示したESRの式から明らかです。電圧や温度など、他のストレスはESRに影響しません。図1は温度に伴うESRの安定性の一例です。図1 では、インピーダンスと ESR のどちらも室温と 125℃で測定されています。グラフでは、ESRとインピーダンスのどちらにも温度による違いは見られません。 ESRは通常、以下のような数式で表されます。 (EQ 1) Q2. ESRの物理的構成要素とは何ですか？ A2. ESRは物理的に2つの成分から成ります。1つ目は純粋な電気抵抗Reで、これは端子と内部電極からなります。もう1つは強誘電性セラミック材料によるものです。 Q3. 容量の異なるMLCCでは、ESRにどれくらいの違いがありますか？ A3. 誘電体を比較すると、一般的に他の変数が同じであれば、Class I誘電体はClass II誘電体よりESRが低くなります。しかし、Class I誘電体は誘電率が低いため、Class II誘電体なら得られるような高容量は得られません。図1：25℃と125℃での|Z|/ESR 図1を見ると、ESRは温度によって変化していません。しかし、これは回路の性能にとって温度が重要な要素ではないという意味ではありません。 2006 年 11 月 Q5. 温度は性能にどのような影響を及ぼしますか？ A5. 温度それ自体はESRに影響しません。温度の影響を受けるのはコンデンサの性能です。材料の温度特性は、コンデンサの最大定格動作温度を規定します。たとえば、X7Rの動作温度は最大125℃、X5Rは最大85℃です。リップル電流は、自己発熱による最大許容電流を示します。リップル電流はESRの関数です。以上をまとめると、ESRは温度の影響を受けませんが、回路の温度はコンデンサで処理可能なリップル電流量を制限するということです。簡単に言えば、回路環境とコンデンサの自己発熱（リップル電流）を合わせた温度は、コンデンサの最大定格温度を超えることはできません。たとえばX7Rの場合、回路の動作温度が100℃ であれば、リップル電流による25℃を超える自己発熱は許容できません。 Q6. 回路を設計する場合、どのようなことに注意したらよいですか？ A6. この資料で強調するポイントとして、ESRそのものは温度の影響を受けないということが挙げられます。図1のような周波数応答グラフを見ると、ESRは温度によって変化せず、周波数によって変化することが分かります。ESRが回路の動作にとって重要なパラメータである場合、設計エンジニアは2つのパラメータを考慮する必要があります。その1つは回路の動作周波数です。もう 1つは部品の全体温度です。これは部品の周囲の外部温度と電流レベルによる内部の自己発熱を合わせた温度です。 Q7. 全体温度（外部と内部の合計温度）が MLCCの最大定格温度を超えた場合、どうしたらよいですか？ A7. 回路が高温で動作し、大きなリップル電流が発生している場合、外部温度と内部温度の一方または両方を下げる必要があります。設計エンジニアは、回路の温度を下げるオプションをすべて調べる必要があります。外部温度を下げるには、ヒートシンクや冷却ファンの増設など、簡単な対処で済みます。電気的には、リップル電流を減らす必要があります。検討すべきオプションは、平滑回路を増設してリップル電流レベルを下げることです。そのほか、複数のMLCCを並列に増設して電流を分配するというオプションもあります。個別のソリューションは、実際の回路やモジュールの使用条件によって異なります。 Q8. ESRやリップル電流に関するTDKのリソースには、ほかにどのようなものがありますか？ A8. ESR対策についてFAQ形式で作成した文書がいくつかあります。幅広いトピックスを取り上げている数例を以下に示します。 1. TDK MLCC SRF測定」 2. TDK MLCC Modeling for 3. TDK MLCC ル電流」よくある質問、「コンデンサのアプリケーションノート、「ESR TDK Capacitors」（英語）よくある質問、「MLCCのリップ 2006 年 11 月