電源回路のノイズ対策について調べていると、「Yコンデンサ」という部品を目にすることがあります。
この記事では「Yコンデンサ」について、以下の内容を図を用いてわかりやすく説明します。
- Yコンデンサの意味と役割
- サブクラスY1・Y2・Y4の違い
- 静電容量と漏れ電流の関係
- 感電に関する注意点
Yコンデンサとは
Yコンデンサは「ライブ(L)やニュートラル(N)の電源ライン」と「グラウンド(GND)」との間に接続されるコンデンサです。
Yコンデンサは「コモンモードノイズ」に有効なコンデンサです。高周波のノイズ電流をバイパスする経路を作ることで、入力側(電源系統側)にノイズが流れ出るのを低減することができます。主に1MHz以上の周波数に対して効果的だと言われています。
Yコンデンサは1次側に接続される素子のため、電源系統からサージ電圧が印加されることがあります。そのため、Yコンデンサには耐えることができるサージ電圧に応じた分類(サブクラスと呼ばれる)があります。印加されるサージ電圧に応じたサブクラスの素子を選定する必要があります。
次にサブクラスについて説明します。
補足
- Yコンデンサにはセラミックコンデンサがよく使用されますが、安全規格に適合したフィルムコンデンサなどもあります。
- Yコンデンサは「ラインバイパスコンデンサ」とも呼ばれています。
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Yコンデンサのサブクラス
Yコンデンサには上表に示すようにY1、Y2、Y4というサブクラスの分類があります。これらは、対応している絶縁の種類、定格電圧範囲、耐ピークインパルス電圧によって分かれており、Yの後に付く数字が小さいほど、サージ電圧に対して耐性があります。
補足
基礎絶縁は感電を防ぐための基本となる絶縁、付加絶縁は基礎絶縁が損なわれた場合に備える追加の絶縁です。二重絶縁は基礎絶縁と付加絶縁を組み合わせたもの、強化絶縁は二重絶縁と同等の保護を得る絶縁です。
サブクラスY1
- 二重絶縁または強化絶縁に対応しています。
- 定格電圧範囲は交流500V以下です。
- 耐ピークインパルス電圧は8000Vです。
サブクラスY2
- 基礎絶縁または付加絶縁に対応しています。
- 定格電圧範囲は交流150V以上、500V以下です。
- 耐ピークインパルス電圧は1μF以下の場合は5000V、1μFより大きい場合は\(\displaystyle\frac{5000}{\sqrt{\displaystyle\frac{C_Y}{10^{-6}}}}\)の式で電圧が決まります。
上の式では、\(C_Y\)はYコンデンサの静電容量を表し、単位は\(\mathrm{F}\)(ファラド)です。式の計算結果の単位は\(\mathrm{V}\)(ボルト)になります。
サブクラスY4
- 基礎絶縁または付加絶縁に対応しています。
- 定格電圧範囲は交流150V未満です。
- 耐ピークインパルス電圧は2500Vです。
上記の耐ピークインパルス電圧は、規格で定められた試験条件での値です。その電圧を連続して印加できるという意味ではありません。また、実際に使用できる電圧は、使用する製品の定格電圧を確認する必要があります。
Yコンデンサの漏れ電流
Yコンデンサの静電容量は「470pF～4700pF」がよく使用されます。しかし、静電容量が大きければ大きいほど、Yコンデンサを通して流れる漏れ電流が大きくなります。そのため、ノイズ対策の効果だけを考えて、Yコンデンサの静電容量を大きくすることはできません。
製品の漏れ電流の規格を満たせない場合には、Yコンデンサの静電容量を小さくするなど、回路を見直す必要があります。
Yコンデンサと感電
Yコンデンサは電源ラインとアース間に接続されている素子のため、Yコンデンサが短絡故障すると、上図に示すように感電の恐れがあります。
そのため、Yコンデンサには、感電の危険性を考慮した安全規格認定品を使用します。定格電圧が高い一般のコンデンサや、Xクラスの認定だけを持つコンデンサを、Yコンデンサの代わりに使用してはいけません。
まとめ
この記事では「Yコンデンサ」について、以下の内容を説明しました。
- Yコンデンサは、電源ラインとグラウンドの間などに接続し、コモンモードノイズを低減する安全規格認定コンデンサ。
- 静電容量を大きくすると、漏れ電流も大きくなるため、安全規格との両立が必要。
- 短絡故障は感電につながるおそれがあるため、用途に合ったYクラスの安全規格認定品を使用する。
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