ノイズ対策

XコンデンサとYコンデンサ

Xコンデンサ と Yコンデンサは、商用電源ライン用のノイズ対策部品として使用されるものですが、商用電源には漏電や感電のリスクが有るということで、他のコンデンサとは違った独自の安全基準が設けられています。

そこで今回は、Xコンデンサ と Yコンデンサのそれぞれの特徴や使用上の注意点について
解説します。

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ノイズの伝搬モード

XコンデンサとYコンデンサを効果的に使用するためには、ノイズの伝導モード「ノーマルモード」と「コモンモード」に関する理解が必須です。

商用の電源ラインにおいては、ノーマルモードがL(ライブ)と N(ニュートラル)をそれぞれ行って帰ってくるようにして逆向きに流れるノイズの伝導モードで、ディファレンシャルモードと呼ばれることもあります。

一方コモンモードは、L と N を同じ向きに流れていき、E(アース)を介して戻ってくるノイズの伝導モードになります。

 

XコンデンサとYコンデンサとは

Xコンデンサ

このうちノーマルモードの方は、商用電源の電流と同じ流れ方なのでイメージしづらいものでは無いかと思います。

そしてノイズと商用電源では「周波数」が違うということで、Xコンデンサを使用するときには「L – N 間」にコンデンサを並列に接続して、周波数の高いノイズだけをXコンデンサでバイパスします。

コモンモード

一方でコモンモードは、L と N それぞれに共通の電圧が掛かるため、同じ向きにノイズ電流が流れていきます。

そしてYコンデンサを使用するにあたっては、「L – E 間」さらに「N – E 間」にそれぞれコンデンサを接続します。

このYコンデンサも、高周波に対して低いインピーダンスとなるため、ノイズをバイパスすることができます。

 

Xコンデンサの選び方

Xコンデンサは、伝導性のノーマルモードノイズに対してバイパスする経路を与える部品となりますが、エミッション規格において「150kHz ~ 30MHz」の周波数範囲で限度値が規定されており、このうち「150kHz ~ 1MHz」あたりがXコンデンサによってノイズ対策の効果が期待される周波数帯となります。

種類

一般的には耐圧性能に優れるフィルムタイプのコンデンサが主に使用されます。

静電容量

部品サイズが許す範囲で静電容量が大きめのコンデンサが使用されます。

実際に使用される静電容量の範囲としては「0.1uF ~ 10uF」あたりです。

これはノイズ対策が必要な周波数において、静電容量が大きいものほどインピーダンスが低いためで、0.1uFのコンデンサ と 10uFのコンデンサ では、150kHz において100倍 のインピーダンスの差があります。

ただし、静電容量が大きいほど価格が高く、またサイズも大きくなるため、このあたりは全体のバランスを見て選ぶこととなります。

サブクラス

安全面に関することとしては、商用の電源ラインで使用するため雷サージがコンデンサに直接印加されるというリスクがあります。

そのため、Xコンデンサの場合には、雷サージに対する耐性が「X1」と「X2」という2種類のサブクラスによって分類されています。

X1

X1 は 高パルス用ということで、4kV の雷サージ電圧に耐えうるものとしてカテゴライズされています。

「L – N 間」に 4kV が掛かるというのは、IEC61000-4-5 においては「レベルX 」、つまりはサージ電圧が非常に高い特別な場合に適用されるレベルなので、かなり高い雷サージ耐性を持っていると言えます。

X2

一方で X2 の方は、こちらは 一般用 と言われており、2kV のサージ電圧に耐えうるものとなります。

この X2 でも、IEC61000-4-5 においては「レベル4」に相当するものなので、一般用とは言え十分高いサージ耐性を持っていることがわかります。

そのためほとんどの場合には、X2 にカテゴライズされたXコンデンサが使用されます。

注意事項

実際に設計する上では、感電を防止するためにXコンデンサと並列に抵抗を接続する必要があります。

Xコンデンサは「L – N 間」に接続されますが、この両端には常に商用電圧が掛かっているということで、そのままの状態で電源のコンセントを抜いたときに、それを人が触ってしまうと感電することとなります。

そうならないために必要なのが並列に接続する「ブリーダ抵抗」と呼ばれる抵抗です。

この抵抗があることで、電源のコンセントを抜いた際には抵抗へとコンデンサの電荷が流れていき、コンデンサの電圧が速やかに低下することで感電を防止することができます。

ちなみにこの電圧が低下する速度は、例えば日本の場合には、電気用品安全法によって規定されており、私たち人間からすると一瞬とも言える時間で電圧が下がっていくため、安全に電気製品を使用できるようになっています。

 

Yコンデンサの選び方

Yコンデンサは、コモンモードのノイズに対してバイパスする経路を与える部品で、L と N それぞれのラインごとに接続されます。

種類

コンデンサの種類としては「フィルムコンデンサ」と「セラミックコンデンサ」が主に使用されます。

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静電容量

Yコンデンサは、静電容量が大きくしすぎると「漏れ電流」が大きくなってしまい、人が感電したり、ブレーカーが落ちてしまうため、あまり大きな静電容量のものは使用できません。

そのため静電容量としては「1000pF ~ 4700pF」あたりがよく使用される容量となります。

Yコンデンサは、Xコンデンサと比較すると静電容量が小さいため、ノイズ対策としては主に1MHz以上の周波数のコモンモードノイズに対して効果的と言われており、1MHz以下のコモンモードノイズに対してはコモンモードチョークコイルと組み合わせてLCフィルタを構成することで対策することとなります。

サブクラス

Yコンデンサにおいては、仮に絶縁破壊を起こした場合には GND と接続されているため地絡電流による機器の故障や火災の危険性があります。

そのため雷サージに対する耐圧は、Xコンデンサよりも更に高い基準が設けられています。

耐圧の基準は、Yコンデンサの場合は「Y1」「Y2」「Y4」と 3つのサブクラスに分類されます。

このうち Y4 に関しては、定格電圧の範囲が 150V 未満 とかなり限定されてしまうことから、あまり使用される機会は少なく、Y1 または Y2 を選択することが一般的となります。

Y1

Y1 のサブクラスのものは、ピークパルス電圧が 8kV まで耐えうるということで、IEC61000-4-5 においては、最大試験レベルとなる「レベル4」の試験電圧 4kV に対して
2倍のサージ耐性を持っていることになります。

これだけ余裕を持った要求なのは、もちろん万が一絶縁破壊を起こした時の影響が甚大であるためですが、実際にはこれだけでは雷サージ対策として不十分となることもあり、バリスタなどの雷サージ対策部品と組み合わせることで対処することもあります。

雷サージ対策部品の詳細はコチラ↓

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Y2

Y2 の方は、ピークパルス電圧が 5kV となっており、IEC61000-4-5 において「レベル4 」をクリアできるくらいの雷サージ耐性を持っています。

そのため、一般的な場合には Y2 のサブクラスの Yコンデンサが使用されます。

 

おわりに

今回は「Xコンデンサ」と「Yコンデンサ」の概要と選び方について解説しました。

ノーマルモード と コモンモード に関しては、コンデンサに限らずノイズ対策においては基本中の基本となるものなので、きちんと理解しておくようにしてくださいね。

そして「Xコンデンサ」と「Yコンデンサ」は雷サージへの耐性によってサブクラスが分類されていますが、Xコンデンサの場合には「X2」、Yコンデンサの場合には「Y2」にカテゴライズされるものが一般的に使用されるものになります。

コンデンサの静電容量に関しては、感電・漏電といったトラブルに繋がるリスクと、部品の許容可能なサイズ、さらにはノイズ対策が必要となる周波数などを鑑みて、状況に合わせて適切に選定することが大切です。

 

今回は以上です。

最後まで読んでいただき、ありがとうございました。

 

ABOUT ME
エンジャー
EMCやノイズ対策に関する情報発信を日々行っています。 ( iNarte EMC Engineer、第一級陸上無線技術士)

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