導電性高分子アルミ固体電解コンデンサ (ハイブリッドタイプ)

ＰＺ-ＣＡＰCONDUCTIVE POLYMER ALUMINUM SOLID ELECTROLYTIC CAPACITORS (HYBRID TYPE)

コンデンサ選定上のキーポイント
Key Pointin Selecting the Capacitor

ルビコンのハイブリッド技術 What is Rubycon Hybrid Type?

ハイブリッドタイプ構造図 Structure of HybridType
リード線 Lead Wire

ケース Case

陽極箔 Anode foil

素子 Element

陰極箔 Cathode foil

封口ゴム
Sealing rubber
座板 Seat Plate

電解紙 Separator

面実装タイプ SMD Type術

独自技

従来の導電性高分子コンデンサ（固体タイプ）に機能性液体を付加。
Add Functional Liquid into conventional solid polymer type
導電性高分子＋機能性液体
Conductive Polymer+ Functional Liquid

封口ゴム
Sealing rubber
素子Element

陰極箔 Cathode foil
陽極箔 Anode foil
電解紙 Separator

機能性液体の主な機能

Function of Functional Liquid

・酸化皮膜の修復

Stable reforming ability to oxide film

・漏れ電流の増大抑制

Inhibition of higher leakage current

・導電性高分子の劣化抑制
Inhibition of Polymer degradation

固体タイプに対するメリット
Advantage of Hybrid typeagainst conventional solid type・高耐圧化

Higher withstanding voltage

・高容量化（小型化）High capacitance (downsizing)・長寿命化Longer lifetime

・高信頼化
Higher reliability
29導電性高分子アルミ固体電解コンデンサ (ハイブリッドタイプ)

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コンデンサ選定上のキーポイント
Key Pointin Selecting the Capacitor

電解コンデンサとの特性比較◆ Temperature Characteristics
10ESR, Impedance(Ω)

Electlolyte type(TGV)

1ESR(Ω)/100kHz

100Hybrid type(PFV)

0.1
0.010.001-60 -40 -20

020406080

100 120 140

ESR(-55℃)

10ESR(20℃)

1Z(-55℃)

0.1Z(125℃)

ESR(125℃)
Z(20℃)

0.01

0.001
0.1

1101001000

Frequency(kHz)Temperature(℃)

Hybrid Type is more stable than Electrolyte type across a wider temperature range.

◆ Frequency Characteristics
10Impedance(Ω)/20℃

Electlolyte type(TGV)

1ESR(Ω)/20℃

10Hybrid type(PFV)

0.10.01

0.001
0.1

1

10100

1000

Hybrid type(PFV)Electlolyte type(TGV)

10.1
0.01

0.001
0.1

1Frequency(kHz)

10100

1000

Frequency(kHz)The Hybrid Type achieves lower ESR in the actual use frequency range as compared with the Electrolyte type.

◆ Lifetime Characteristics (125℃ load life test)
0Electlolyte type(TGV)-10-15-20-25
0500

1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
Time(hours)

ESR(mΩ)/100kHz⊿ Cap(%)/120Hz-5-30500

Hybrid type(PFV)

Hybrid type(PFV)Electlolyte type(TGV)400300200
100001000

2000

3000

4000

Time(hours)

Hybrid Type has stable performance over lifetime as compared with Electrolyte type.
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コンデンサ選定上のキーポイント
Key Pointin Selecting the Capacitor

ハイブリッドへの置換え Replacement

一般の電解液タイプの電解コンデンサとの比較 Comparison with electrolyte
Electrolyte type/125℃
TGV seriesHybrid type/125℃
PJV series

25v2700uF Φ18x21.5L

25v270uF Φ8x10.5L

Volume: 5.47cm3

Volume: 0.53cm3

ESR:39mΩ

ESR:25mΩ

Ripple:1800mArms

Ripple:1920mArms

It is possible to obtain miniaturization and low ESR with the same ripple current

25v220uF Φ8x10.5L

25v270uF Φ8x10.5L

Volume: 2.64cm3

Volume: 0.53cm3

Ripple:350mArms X 5

ESR:25mΩ

Total : 1750mArms

Ripple:1920mArms

It is possible to obtain cost & space saving with the same ripple current

25v330uF Φ10x10.5L

25v470uF Φ10x10.5L

Volume: 4.95cm3

Volume: 0.83cm

ESR:120mΩ / 6

ESR:20mΩ

Total : 20mΩ

Cost & Space
Saving !!

It is possible to obtain cost & space saving with the same ESR313

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コンデンサ選定上のキーポイント
Key Pointin Selecting the Capacitor

機能性液体と電解液タイプとの比較 (ハイブリッド)

20℃と-55℃の容量変化率の周波数特性の比較 Room temp（20℃） vs. Low temp（-55℃）

Functional
LiquidElectrolyte

電解液タイプと⽐較し、低温、⾼周波域で安定した容量特性を実現
FunctionalLiquid Type has stable Cap characteristics in wide temperature range thanElectrolyte type

寿命特性 125℃DC負荷試験 Lifetime characteristics 125℃ DC Load Life Test

電解液タイプと⽐較し、安定した寿命特性を実現
FunctinalLiquid Type has stable lifetime characteristics.

Test Item：35V 68uF φ6.3×8L32導電性高分子アルミ固体電解コンデンサ (ハイブリッドタイプ)

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コンデンサ選定上のキーポイント
Key Pointin Selecting the Capacitor

寿命推定計算式 Estimated Life Expectancy for Hybrid type

◆ ハイブリッドタイプの推定寿命の計算式
The estimated life calculation of Hybrid Type formula is as follows.

: 実使用時の期待寿命 Estimated life expectancy in actual use
Specified lifetime: 規定寿命Upper category temperature
Tmax : カテゴリ上限温度LLb

ΔTo : 定格リプル印加時の発熱

Temperature rise when rated ripple current is applied

ΔTo =12K
PSV (PZS)ΔTo = 5K(135℃), ΔTo = 16K(125℃)
PHV(PZH)※ CFV (CZF)
ΔTo =10K
PFV (PZF)
耐久性①の場合
ΔTo = 6K
CFV (CZF) ※Edndurance 1
PJV (PZJ) ,PKV(PZK),CEV(CZE) ΔTo =10K
PEV (PZE)ΔTo =12K
PLV (PZL)ΔTo = 4K
Tj

: 実使用時のコンデンサの素子中心温度(℃)
Element temperature of capacitor in actual use(℃)●実使用時のコンデンサの素子中心温度：Tjを計算式で求める場合。
When calculating Tj using a formula.

I： 実使用時のリプル電流を規定されている周波数に換算した値(Arms)
Actual ripple current converted to specified
frequency (Arms)

Io： 製品の定格リプル電流(Arms)
Rated ripple current (Arms)

Ta： コンデンサ周囲温度（℃）
Ambient temperature of capacitor in actual use(℃)（Ta≦40℃の場合、Ta=40℃とする。）(When Ta is 40℃ or low, Ta shall be 40℃.)※この推定式による寿命時間は保証値ではありません。この式により求められた結果が、機器の寿命に対して十分な余裕を持ったコンデンサを選定してください。
また、推定結果が15年を超える場合には、15年を上限の目安としてお考えください
Please note that the estimated lifetime is a reference value and not a guaranteed value. Therefore, please
select a product that has sufficient margin for the design life of the equipment. If the life calculation result
exceeds 15 years, 15 years will be the upper limit. Please contact us if you need further life.

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コンデンサ選定上のキーポイント
Key Pointin Selecting the Capacitor

定格リプル電流と許容リプル電流

それぞれのシリーズの標準品⼀覧表には、定格リプル電流と許容リプル電流の２種類のリプル電流が規定されています。
●定格リプル電流︓ 耐久性規格を満たす、連続印加可能なリプル電流値。
●許容リプル電流︓ 連続印加可能なリプル電流最⼤値。
定格リプル電流は、⼀般的なアルミ電解コンデンサで規定される定格リプル電流と同じです。
許容リプル電流は定格リプル電流以上の電流を印加する際に、連続して印加できる上限を⽰す値です。

例 PFV Seriesのリプル電流値
Ripple Current Value

The standard product list for each series defines two types of ripple current: rated ripple current andpermissible ripple current.
・Rated ripple current：Ripple current continuous operation within endurance lifetime
・permissible ripple current ：permissible ripple current continuous operation.
Estimated lifetime complies with our lifetime calculation fomula.
The rated ripple current is the same as the rated ripple current defined for general aluminum electrolytic
capacitors. The allowable ripple current is a value that indicates the upper limit that can be applied
continuously when a current exceeding the rated ripple current is applied.
許容リプル電流は、雰囲気温度によって異なるため、それぞれのシリーズ毎に温度と係数が記載されています。
例として、ＰFＶシリーズの場合、許容リプル値は以下表で与えられており、周囲温度Ta 125℃時は、定格リプル電流Ioの1.28倍、周囲温度Ta100℃時は、定格リプルの1.81倍のリプル電流を連続して印加する事が可能です。寿命推定時間算出例を以下に⽰します。
例）PFV Series 50WV,100uF,10x10.5の場合125℃ 定格リプル電流 2,070mArms/100kHz
ΔTo 10℃
寿命4000時間
125℃ 許容リプル電流 2,650mArms/100kHz(1.28倍） ΔTj 16.39℃ 寿命2500時間
100℃ 許容リプル電流 3,760mArmd/100kHz(1.81倍） ΔTj 33.12℃ 寿命4500時間

Since the permissible ripple current varies depending on the ambient temperature, the temperature andcoefficient are listed for each series. For example, in the case of the PFV series, the permissible ripple
current value is given in the table below. When the ambient temperature is Ta 125℃, the rated ripple
current Io is 1.28 times, and when the ambient temperature Ta100℃, the ripple is 1.81 times the ratedripple. It is possible to apply current continuously. An example of calculating the estimated life time isshown below.
Ex. PFV series 50WV,100uF,10x10.5
125℃ Rated Ripple Current 2,070mArms/100kHz
ΔTo 10℃
Life 4000hours
125℃ Permissible Ripple Current 2,650mArms/100kHz( x 1.28） ΔTj 16.39℃ Life 2500hours
100℃ Permissible Ripple Current 3,760mArmd/100kHz( x 1.81） ΔTj 33.12℃ Life 4500hours※素子中心温度、推定寿命計算例 Calicuration of Element Temperature,Life Time
①発熱ΔTj(℃)
HeatGeneration②素子中心温度Tj(℃)
Element Temperature③実使用時の期待寿命L(Hours)
Estimated life expectancy in actual use

例 PFV Seriesの温度保証係数
Ex. PFV Series
Temperature Coeffcient34導電性高分子アルミ固体電解コンデンサ (ハイブリッドタイプ)

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コンデンサ選定上のキーポイント
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実使用条件におけるコンデンサ素子中心温度の算出方法

前ページにおける素⼦中⼼温度は、コンデンサ単品における⾃然環境下且つ、基板への放熱が無い想定での発熱値であり、実際に実装された条件では、個々に異なる基板への放熱回路や、強制冷却条件等によって発熱値は低い値となります。
当社ＰＺ-Ｃａｐの場合、許容リプル値から算出された発熱値以下であれば、連続使⽤可能なように設計されていますので、実使⽤条件での発熱値を以下の⽅法で正確に⾒積もる事で、⼤幅な⼩型低コストが可能です。
※ただし、コンデンサ⼀個あたり10Arms/100kHzMAXとなります。

The element center temperature on P-34 is a heat value under the assumption that there is noheat dissipation to the substrate in the natural environment of a single capacitor, and under
actual mounting conditions, a heat dissipation circuit to different substrates or forced cooling
The exothermic value will be low depending on the conditions.
In the case of our PZ-Cap, it is designed so that it can be used continuously if it is less than theheat generation value calculated from the permissible ripple value. By accurately estimating theheat generation value under actual use conditions by the following method, Can besignificantly smaller and lower cost.
* However, 10 Arms / 100 kHz MAX per capacitor.
実使⽤条件における素⼦中⼼温度は、ケース温度Ｔｃと端⼦温度Ｔｌとリプル電流（⼤きさ、周波数）を実測する事で算出可能です。 実測データをお送りいただければ、実使⽤条件での素⼦中⼼温度を算出し、所望のリプル電流を印加可能な最適な員数、サイズを提案させて頂きます。

The element center temperature under actual use conditions can be calculated by measuring
the case temperature Tc, terminal temperature Tl, and ripple current (ampere, frequency). If you
send us the actual measurement data, we will calculate the element center temperature underactual usage conditions and propose the optimum number and size that can apply the desired
ripple current.
【等価回路 EquivalentCircuit】
Tc

Tj : 素子中心温度(℃) Element Temperature

Tj Rec2

Ploss : 熱流（=ESR・I ） [W] Thermal Current

Rel

Ploss
Tl

Tc

Rec : コンデンサ素子とアルミケース間の熱抵抗(K/W)
Thermal resistance between element and caseRel : コンデンサ素子と回路基板間の熱抵抗(K/W)
Thermal resistance between element and PCB
Tc : ケース表面温度(℃) Surface Temperature

Tj
Tl

Tl : 基板温度(端子先端温度)(℃) Terminal Temperature【重ね合わせの理 Superposition principle】
ΔTe Rec

Tb Rec
Rel

Ploss
Tl

35

Tc

Rel＋ Ploss
TlTc

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コンデンサ選定上のキーポイント
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熱伝導解析と熱等価回路

コンデンサの内部温度推定は、その耐久性（寿命やリプル電流上限値）を評価する上で最も重要なパラメーターです。従って、実使⽤条件下のコンデンサ温度を正確に⾒積もることで、安全かつオーバースペックにならない製品提案が可能になります。当社では有限要素法によるコンデンサの熱伝導解析を⾏なっており、実験データと擦り合わせることで、非常に正確な熱等価回路を作成することも可能です。
また、⼀般的な12V/24V系の⾞載電装設備に使⽤されるアルミ電解コンデンサやPZ-CAPについて、以下の標準的な熱等価回路モデルの提供が可能です。

The capacitors internal temperature is the most important factor to evaluate its performance(life and maximum ripple current.) It is important to correctly estimate the capacitors
temperature under the true operating conditions to avoid unnecessary over spec, while
ensuring minimal reliability. Rubycon is doing thermal conductive analysis based on finite
element methods. We can offer precise thermal equivalent circuit model (TECM) by utilizing
this thermal conductive analysis result and experimental test data. We offer such data foraluminum electrolytic and PZ-CAP hybrid polymer capacitors used for 12V/24V line ofautomotive applications.

ＦＥＭ熱伝導解析事例

熱等価回路事例

FEM Thermal Analysys Example

Thermal Equivalent Circuit Example

TaRcaCcTc
RecＱCeTjRleadTb

基板実装状態における放熱(受熱)の影響を解析した事例。
Analysis example of heat dissipation(heat reception) when mounted on PCB

Tj: Element temp. Ce: Element heat capacitance Rca: Rth (Surface to amb.)
Tc: Surface temp. Cc: Al-case heat capacitance Rec: Rth (Element to surface)
Q : Power Loss
Tb: PCB temp.
Rlead: Rth (Element to PCB)
Ta: Ambient temp.

ラジアルアルミ電解コンデンサ熱等価回路
Aluminum Electrolytic Capacitor-Through Hole Type36導電性高分子アルミ固体電解コンデンサ (ハイブリッドタイプ)
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コンデンサ選定上のキーポイント
Key Pointin Selecting the Capacitor

LTSPICEによるインピーダンス解析

シミュレーション解析結果 Result of Simulation
伝導エミッション評価①
︓LW帯(150kHz〜) AM帯(400kHz〜1.5MHz)で良好な特性が得られている。
Only Hybrid use：Good characteristics in LWband(150kHz～) ,AM-band(400kHz～1.5MHz)

伝導エミッション評価②
︓LW帯, AM帯の性能そのままでSW帯(2MHz)以上でも良好な特性が得られている。
Hybrid with MLCC︓Good characteristics inSW-band(2MHz〜) ,Chracteristics of LW-bandand AM-band remain

ＭＬＣＣ to ＰＺ-ＣＡＰ

ＭＬＣＣ 6pcs
to PZ-CAP 1pcs(φ6.3)

Please refer to the Spice Models of PZ-CAP on Rubycon's web site
http://www.rubycon.co.jp/tools/simulation_data.aspx
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ＰＺ-ＣＡＰ