電気二重層コンデンサの直列回路

質問

電気二重層コンデンサの直列回路で教えてください。

1.5F，5.5V，等価直列抵抗30Ω（1kHz）を３個使用して耐圧をあげたいと思っています。

１個の場合の等価回路は，

－30Ω－1.5F－

と考えれば良いと思うのですが，３個直列の場合，

－30Ω－1.5F－30Ω－1.5F－30Ω－1.5F－

なのですが，これは

－90Ω－0.5F－

と考えて差し支えないでしょうか？

また，ESR30Ωが，f=1kHzとなっているのですが，DCで使用する場合，ESRの値の
変動を考慮する必要がありますでしょうか？　また変動はあるものでしょうか？

回答No.12

noname#252332 · ベストアンサー

http://www.microchip.jp/docs/41432A_JP.pdf
CPUにPICを使えば1.8～5.5Vで動くので2段目の安定化電源は不要でした。私だったら現在のCPUでも4.8～5.2Vで直接コンデンサを繋ぐと思いますが。

＞　これは電流制限が750mAと多くはないので，
＞　充電に時間がかかるような気がしますが
　同類の回路は無数にあると思います。電流制限がフの字でなければよいだけです。

＞　EDLCの逆耐圧が掲載されている仕様書が見当たらない
　私も見たことが無いので禁止だと理解しています。

＞　ツェナーでエミッタを2Vにつり上げているのは
＞　どのような理由によるものでしょうか？
　基準電圧がトランジスタのベース電圧だけでは温度によって電圧が大きく変動してしまうんじゃないですか。VRの上下のRは描いてありませんがこれだけでは調整できないので計算して付ける必要があります。

　オペアンプの発振については、元々負帰還の中にオペアンプがあるような定電流回路は発振を止めるのがたいへんですが、今回は下のFETの動作により上のFETのゲート電圧が振られる回路であり難しそうだなと思った次第です。どこかで動いている回路であれば実は簡単に動くのかもしれません。FETは本当に上下とも2SKでいいんですか？　上が2SJならまだしも独立してON/OFFできそうです。いずれにせよオシロスコープが必要です。

http://www.national.com/JPN/ds/LM/LMC6482.pdf
　LMC6482の絶対最大定格を見ると電源断時に入力ピンに電圧をかけることが出来ませんので機種変更が必要です。入力ピンの最大電圧が電源電圧に依存しない単純な電圧になっておりなおかつ入力保護回路が内蔵されていないオペアンプは電源断時に入力ピンに電圧をかけることができます。

http://www.national.com/JPN/ds/LM/LM358.pdf
　電源断時に入力に電圧をかけることができるオペアンプの例として。

お礼

いつも，アドバイス，ありがとうございます。

EDLCのメーカーに次の情報がありました。
http://www.rubycon.co.jp/products/edlc/faq.html
一応，直列接続について漏れ電流を考慮するよう書かれています。

電話・メールで聞いてみましたが，
１．EDLCは有極性なので，逆電圧を印加しないよう使って欲しい。
２．しかしEDLCは原理上極性はないので，逆電圧を印加＝すぐに破損というわけではない。
３．0.3V程度では問題はないでしょう。
とのことでした。

http://firestorage.jp/download/a871ac56130f525f341c088b27798afa567613c3
に，オペアンプを入れ替えて，2SJのFETに置き換えた回路図をおきました。

写真でいただいた回路は，もう少しかかりそうです。

補足

詳細な説明，ありがとうございます。
（xitian様は，組み込み開発の現役エンジニア？）
勉強させていただき，本当に助かります。

PICの利用も検討してみます。今のところH8メインでやっているので，
とりあえず，2段目の安定化電源を挿入してみます。

電流制限の件，了解です。
EDLCの逆耐圧は禁止ですね。とは言っても気になるので，
明日あたりメーカーに電話して聞いてみます。
わかりましたら，また情報提供いたします。

VRの上下の抵抗の件，了解です。
VRの上部の電圧が目的の電圧になるよう，調整すればよいと思いますので，
回路図を書いてみます。

2SKを上下に使っている件ですが，確かに上側は下のFETのON，OFFにより
上側のVgsが振られます。ただ，下のFETがONの時だけ，電流制限が
かかれば良く，下のFETがOFFの時は，上はON，OFFは関係ないと
考えていました。

ただ，下のFETのソース電位も9Vくらいまであがり，ゲート電圧と
3V位しか差がなくなるので，動作はしそうですが，微妙な感じもします。
上も下も2SJタイプの方がよいように思えてきましたが，ご教授
いただけないでしょうか。

オペアンプの件，恐縮です。学内の電気・電子の先生に聞いても，
このことは知りませんでした。
NJM4580を自分のところの標準オペアンプとして，使ってきましたが，
時々破損していたのは，入力にファンクションジェネレータをつない
だまま，オペアンプの電源を先に落としていたためである可能性が
高そうです。
±15でも使えることと，入出力レールツゥレール，さらに電源電圧
に依存しない入力電圧制限。使いやすそうです。
ただ，f特が40dBで10kHzくらいまでのようですね。

回答No.1

noname#252332

3個を直列にしてもわずかの漏れ電流のばらつきでそれぞれにかかる電圧は大きく違ってしまいます。耐圧が3倍になることはまったくあてにならないことになります。1個のコンデンサの漏れ電流が0で他の2個が0以上であればすべての電圧が漏れの無いコンデンサにかかることになります。確実に期待できるのは1倍以上ということくらいでしょう。昔の貧しい時代はコンデンサを直列にして耐圧を上げると称する回路がありましたが、これが可能なのは漏れ電流のばらつきが１０％以内というようなコンデンサが必要になります。電圧を均等にかけるためには最大漏れ電流の10倍以上の電流を流す抵抗をそれぞれに並列に接続するなどの処置が必要です。これではなけなしの電流を捨てているようなものです。ツェナーダイオードでも良いかもしれませんが。

3個直列の場合の容量は１／３であっています。等価抵抗も３倍ですがこれはもともと突入電流を計算する参考程度ですから数字としてあてになるわけではありません。コンデンサ自体、直流が前提ですから1kHzで常用することもできません。

補足

レス，ありがとうございます。
専門家からのアドバイス助かります。漏れ電流のことは気がつきませんでした。

実は，鉛蓄電池で駆動するGPSロガーを製作し，SDメモリのラィティング機能をつけました。
それで，車のイグニッションを急に切られても，それを関知して，ラィティングのfclose作業を
終えてから，回路自身の電源を切るようにしたいと思っています。
そのために，5V，1Aで2,3秒持つだけの電源回路を電気二重層コンデンサを使って作ろうとしています。
12Vで充電するのですが，DCDCで5Vに変換します。

とりあえず手元にあった電気二重層コンデンサが，ESRが30Ωと大きく，充電に時間がかかり，また
出力電流も容量が大きな（1.5F/3）割に電流が取り出せませんでした。取り出す電流をゼロにするとすぐに電圧も回復するので，ESRが大きいことに起因していると感じた次第です。
90Ωもあっては電流が取り出しにくいのも納得です。ESRが3桁ほど小さい製品も普通にあるので，
次回，そちらも試してみようと思っています。

ELNAのコンデンサなのですが，最大漏れ電流がわかりませんでした。電話して聞いてみようかと
思うのですが，京セラでは5から100uAのようです。
http://www.kyocera.co.jp/prdct/electro/pdf/capacitors/bcap-cj.pdf
ELNAがどれくらいかわかりませんが，漏れ電流1mAでその10倍の10mA位でしたら捨ててもよいかな，
と思います。
いずれにしても，直列でつないでみて，各コンデンサの両端子電圧をチェックしてみる必要がありま
すね。もしほぼ均等であればよいのですがそうでない場合，各コンデンサに並列に抵抗を入れてみる
ことを検討してみたいと思います。

なにぶん，電気は専門で無く，設計がとんちんかんかと思いますが，アドバイスいただければ，
幸いです。