PCBInside

타입(Types)

에어(Air) 커패시터

에어 커패시터는 무엇인가?

에어 커패시터는 유전체로 공기를 사용하는 커패시터이다. 가장 간단한 에어 커패시터는 공기에 의해 분리된 2개의 도체 판으로 만들어진다. 에어 커패시터는 가변되거나 고정된 커패시턴스로 만들 수 있다. 고정 커패시턴스 에어 커패시터는 다른 타입의 더 우수한 특성의 커패시터가 많이 있기 때문에 거의 사용되지 않는다. 가변 에어 커패시터는 간단한 구조 때문에 더 자주 사용된다. 그것은 반원 금속 판의 2개 세트로 만들어진다. 하나의 세트는 고정되고 다른 세트는 부착되어 사용자가 돌릴 수 있도록 되어 있다. 따라서 필요한 커패시턴스를 바꾼다. 두 판으로 된 세트의 겹침이 클수록 커패시턴스는 더 커진다.

가변 커패시터는 커패시턴스가 변할 필요가 있는 곳에서 사용된다. 그것은 때때로 라디오 튜너, 주파수 믹서, 안테나 임피던스 매칭 어플리케이션 같은 공진 회로에 사용된다. 다는 용도는 전자 회로 디자인 프로토타이핑을 할 때 사용된다. 때떄로, 정확한 계산 대신에 trial and error로 적절한 커패시터 값을 찾는 것이 더 간단하고 쉽다.

특성

물질의 유전 상수는 주워진 전압에서 물질이 전기 에너지를 저장하는 양의 척도이다. 커패시터는 전기 에너지를  저장하는데 사용되는 장치이기 때문에, 더 높은 유전 상수가 선호된다. 그러나, 공기의 유전 상수는 물질의 가장 낮은 유전 상수인 진공(e0 = 8.854*10^-12)과 유사하다. 이것은, 큰 커패시턴스 값을 달성하려면, 물리적으로 큰 커패시터가 필요함을 의미한다. 다른 중요 요소는 유전 강도이다. 유전 강도는 물질이 그 절연과 유전 속성을 잃어 도체로 행동하기 시작하기 전에 물질에 인가할 수 있는 최대 전압을 제한한다. 공기의 절연 강도는 다른 많은 물질보다 열악하다. 그래서 어에 커패시터는 고 전압에 적합하지 않다.

에어 커패시터는 주로 100 pF에서 1 nF 사이의 작은 커패시턴스를 갖는다. 최대 작동 전압은 커패시터의 물리적 크기에  의존한다. 높은 동작 전압은 판 사이의 거리가 충분해서 전기적으로 고기의 항복을 피할 수 있어야 한다. 항복이 일어나면 판 사이에 스파크가 유발되고 커패시터는 정상적으로 작동하지 않는다. 심지어 전기 아크로 인해 손상될 수 있다. 따라서, 더 높은 전압에서 동작하는 커패시터는 무리적으로 커서 판 사이에 거리가 충분하다. 전형적인 동작 전압은 수십에서 수천 V 사이이다. 더 높은 동작 전압을 위해 유사하게 만들어진 커패시터가 때때로 사용된다. 그러나 공기를 제거해서 진공을 유전체로 사용한다. 진공의 유전 상수는 공기와 비슷하지만 항복 전압은 더 높고 공기의 습도 와 먼지 등 오염물의 영향을 받지 않는다.

에어 커패시터는 무극성이다.

세라믹 커패시터

세라믹 커패시터는 무엇인가?

세라믹 커패시터는 유전체로 세라믹 물질을 사용한다. 세라믹은 그것이 절연체로 알려진 것처럼 커패시터의 생산에서 사용된 첫 물질 중 하나이다. 많은 형상이 세라믹 커패시터에서 사용 되었다. 튜브형 세라믹 커패시터와 장벽 레이어 커패시터 같은 것들은 그 크기와, 기생 효과 또는 전기적 특성 때문에 오늘날에는 사용하지 않는다. 요즘 가장 많이 사용되는 세라믹 커패시터 타입은 다층 세라믹 커패시터(MLCC)와 세라믹 디스크 커패시터이다. MLCC는 연간 대략 10조 개 가량 생산되는 최대 생산 커패시터이다. MLCC는 SMD 기술로 만들어지고 작은 사이즈 때문에 넓리 사용된다. 세라믹 커패시터는 주로 매우 작은 커패시턴스 값 - 전형적으로 1 nF ~ 1 uF 사이 - 으로 만들어진다. 그런데 100 까지 가능하다. 세라믹 커패시터는 또한 사이즈가 매우 작고 낮은 최대 정격 전압을 갖는다. MLCC는 극성이 없어서 AC 소스에 연결되어도 안전하다. 세라믹 커패시터는 레지스턴스나 인덕턴스 같은 기생 효과가 작기 때문에 훌륭한 주파수 반응 특성을 갖는다.

특성

정밀도와 오차

오늘날 2 종류의 커패시터가 있다. 클래스 1 세라믹 커패시터는 높은 안전성과 저 손실이 요구되는 곳에 사용된다. 그것은 매우 정밀하고 커패시턴스 값이 인가된 전압과 온도 그리고 주파수에 대해서 안정적이다. NP0 시리즈는 총 온도 범위 -55 ~ 125 ℃ 에서 ±0.54% 의 열 커패시턴스 안정성을 갖는다. 주요 커패시턴스 값의 오차는 1%로 낮다.

클래스 2 커패시터는 용적 대비 큰 커패시턴스를 작고 덜 민감한 어플리케이션에 사용된다. 이것의 열 안정성은 전형적으로 동작 온도 범위에서 ±15% 이고, 주요 오차 값은 대략 20%이다.

크기 이점

가장 최신 PCB 같은 높은 부품 밀집도가 요구될 때, MLCC는 다른 커패시터와 비교하여 큰 장점을 제공한다. "0402" MLCC는 단지 0.4 mm x 0.2 mm 이다. 이런 패키지는 500개 이상의 세라믹과 메탈 레이어를 갖는다. 2010 같은 것의 최소 세라믹 두께는 0.5 um 이다.

고 전압과 고 전력

물리적으로 큰 세라믹 커패시터는 훨씬 더 높은 전압을 견디도록 만들어 질 수 있고 파워 세라믹 커패시터라고 불린다. PCB에서 사용되는 것보다 물리적으로 훨씬 더 큰 커패시터가 있고 높은 공급 전압에 안전하게 연결될 수 있는 특별한 단자를 갖고 있다. 파워 세라믹 커패시터는 2 ~ 100 kV 범위에 견디도록 만들어질 수 있다 - 이 때 200 VA 보다 훨씬 크게 규정된 전력을 견딘다.

세라믹 커패시터의 제작과 속성

세라믹 디스크 커패시터

양쪽 면에 실버 컨택을 갖는 세라믹 시스크를 코팅해서 세라믹 디스크 커패시터를 만든다. 큰 커패시턴스를 얻기 위해서 다 층으로 마들어진다. 세라미 디스크 커패시터는 주로 쓰루 홀 부품이고 그 크기 때문에 선호도에서 멀어지고 있는 중이다. 대신에 커패시턴스 값이 허락된다면 MLCC가 사용된다. 세라믹 디스크 커패시터는 커패시턴스가 10 pF ~ 100 uF로 넓은 정격 전압 범위(16 V ~ 15 kV 이상)를 갖는다

MLCC(Multi-layer ceramic capacitor)

MLCC는 유전성(paraelectric) 물질과 강유전체(ferroelectric) 물질의 미세한 그라운드 알갱이를 정밀하게 섞고, 그것을 메탈 컨택과 번갈아 쌓아서 만든다. 쌓기가 완성된 후에, 고온을 가해 혼합물을 소결해서 세라믹 물질이 원하는 속성을 갖게 한다. 이렇게 만들어진 커패시터는 기본적으로 매우 작은 많은 커패시터가 병렬로 구성되어 커패시턴스를 증가시킨 것이다. MLCC는 500 층 이상으로 구성되고 최소 층 두께는 대략 0.5 um이다. 기술이 진보됨에 따라서 층 두께는 줄어들고 같은 부피에 더 큰 커패시턴스를 얻는 것이 가능하다.

세라믹 커패시터 어플리케이션

MLCC가 전자 산업에서 가장 널리 생산되는 커패시터임을 기억하면, 이 커패시터가 사용되는 어플리케이션이 셀 수 없다고 말할 수 있다. 재미있는 고 정밀, 고 전력 어플리케이션의 하나는 트랜스미터 스테이션에서 공진 회로이다. 클래스 2 고 전력 커패시터는 고 전압 레이저 파워 서플라이, 파워 서킷 브레이커, 인덕션 화로 등에 사용된다. 작흔 형태의 SMD 커패시터는 주로 PCB와 고밀도 어플리케이션에 사용된다. 그것들은 또한 부품에 고 주파수의 형태와 큰 전기 노이즈 레벨로 스트레스를 주는 DC-DC 컨버터에 사용된다. 그것들은 극성이 없고 커패시턴스, 정격 전압, 크기 등이 매우 다양하기 때문이다. 많은 취미가들 - 특히 로봇 분야 - 은 RF 노이즈를 최소화 하기 위해서 브러시 DC 모터를 가로질러 세라믹 디스크 커패시터를 사용하는데 익숙하다.

전해(electrolytic) 커패시터

전해 커패시터는 무엇인가?

전해 커패시터는 다른 커패시터 타입보다 더 큰 커패시턴스를 얻기 위해서 전해질(electrolyte)을 사용하는 커패시터 타입이다. 전해질은 많은 이온을 포함하는 액체 또는 젤이다. 거의 대부분의 전해 커패시터는 극성이 있다. 그것은 양단자의 전압은 항상 음 단자의 전압보다 커야 됨을 의미한다. 전해 커패시터의 큰 커패시터스의 이익은 몇 개의 단점을 동반한다. 이런 단점 중에 큰 누설 전류, 값 오차, 등가 직렬 저항, 제한된 수명 등이 있다. 전해 커패시터는 수용 전해액 또는 고체 폴리머 중에 하나일 수 있다. 그것들은 주로 탠털럼 또는 앨루머넘으로 만들어진다. 수퍼커패시터는 전해 커패시터의 특별한 타입으로 이중 레이어 전해 커패시터라고도 불린다. 그것은 수백 그리고 수선 F의 커패시턴스를 갖는다. 이 기사는 앨루머넘 전해 커패시터에 기반할 것이다. 그것은 전형적으로 1 uF ~ 47 mF 사이의 커패시턴스를 갖고 동작 전압은 수백 VDC이다. 앨루머넘 전해 커패시터는 파워 스플라이, 컴퓨터 마더보드, 많은 가정용 어플리케이션 등에서 사용된다. 그것이 극성을 갖고 있기 때문에 DC 회로에서만 사용될 것이다.

커패시턴스 값 읽기

쓰루 홀 커패시터의 경우, 최대 정격 전압은 물론 커패시턴스 값이 인클로저에 인쇄되어 있다. "4.7uF 25V"라고 인쇄된 커패시터는 노말한 커패시턴스 값이 4.7uF 이고 최대 정격 전압이 25V이다. 이 값은 절대 넘어서는 안 된다.

SMD 전해 커패시터의 경우, 2개의 기본적인 표시 형식이 있다. 첫 번째는 동작 전압과 uF로 값을 분명히 기ㅜㅅㄹ하는 것이다. 예를 들어, 이런 접근법을 사용하면, 25V의 동작 전압을 갖는 4.7uF 커패시터는 "4.7 25ㅍ"라고 표시된다. 다른 표기 방법은, 3자리 숫자 뒤에 하나의 문자를 사용한다. 문자는 아래 표에 따르는 정격 전압을 표현한다. 첫 2개의 숫자는 pF로 값을 표현하고 3번째 숫자는 첫 2개에 더해지는 0의 숫자이다. 예를 들어, 25V의 동작 전압을 갖는 4.7uF 커패시터는 E476으로 표시된다. 이것은 47000000 pF = 47000 nF = 47 uF 이다.

특성

커패시턴스 변화(drift)

시간이 지남에 따라서 전해 커패시터의 커패시턴스는 노멀 값에서 멀어진다. 그리고 전해 커패시터의 커패시턴스는 큰 오차를 갖는다. 전형적으로 20%이다.  이것은 노멀 값 47 uF의 커패시턴스를 갖는 앨루머넘 커패시터가 37.6 uF에서 56.4 uF 사이의 측정 값을 가질 수 있음을 의미한다. 탠털럼 전해 커패시터는 더 타이트한 오차를 가질 수 있지만, 최대 동작 전압이 낮아서 직접적으로 대체하기 위해서 사용될 수 없을 수 있다.

극성과 안전

전해 커패시터의 제작과 사용되는 전해질의 특성 때문에, 전해 커패시터는 양방향으로 바이어스 되어야만 한다. 즉 양 단자는 항상 음 단자보다 더 높은 전압이어야 한다. 만약 커패시터가 역 바이어스되면, 절연 앨루머넘 산화물 - 유전체로 작동한다 - 이 손실을 받고 두 커패시터 단자 간에 쇼트 회로처럼 행동한다. 이렇게 되면 커패시터는 그것을 통해 흐르는 과전류 때문에 과열된다. 커패시터가 과열되면, 전해질은 열 받고 새거나 심지어 기화되어 인클로저가 폭발하게 한다. 이런 과정은 역 전압이 대략 1 V 이상에서 발생한다. 과열 조건 하에서 만들어진 높은 압력 때문에 인클로저가 폭발하는 것을 막고 안전을 유지하기 위해서, 안전 밸브가 인크로저에 설치된다. 그것은 전형적으로 커패시터의 위 면에 스코어 - 표면을 살짝 자르는 것 - 를 만드는 것으로 구현된다. 커패시터가 과열될 때 스코어는 제어된 방법으로 열린다(pop open). 전해질은 톡성이기 때문에, 과열된 전해 커패시터를 대체하고 닦을 때에 추가적인 안전 수단이 필요할 것이다.

AC에 사용되는 특별한 타입의 전해 커패시터가 있다. 그것은 역 방향 극성과 호환되도록 설계되어 있다. 이런 타입을 무극성 NP 타입이라고 부른다.

제작과 속성

앨루머넘 전해 커패시터는 2개의 앨루머넘 포일과 전해질에 적셔진 종이 스페이서로 만들어진다. 2 개의 앨루머넘 포일 중에 하나는 산화 층으로 덮이고 그 포일은 양극으로 작동한다. 산화되지 않은 다른 하나는 음극으로 작동한다. 정상 동작을 하는 동안, 양극은 음극에 비해서 양 전압이어야 한다. 양극, 전해질에 적셔진 종이, 그리고 음극이 적층 된다. 적층은 둘둘 말려서 원통형 인클로저로 들어가고 핀을 사용해서 회로에 연결된다. 2개의 공통 형상이 있다. 하나는 축형(axial)이고 다른 하나는 방사형(radial)이다. 액시얼 커패시터는 원통의 각 끝에 하나의 핀을 갖고 있고 래디얼은 원통을 깥은 쪽 긑 면에 양 핀이 다 위치해 있다.

전해 커패시터는 대부분의 다른 타입의 커패시터보다 더 큰 커패시턴스를 갖는다. 전형적으로 1 uF ~ 47 uF이다. 더블 레이어 커패시터 혹은 수퍼커패시터라고 불리는 특별한 타입의 전해 커패시터가 있다. 그것의 커패시턴스는 수천 패럿에 이른다. 앨루머넘 커패시터의 커패시턴스는 판의 면적, 전해질의 두께 등과 같은 몇 가지 요소에 의해서 결정된다. 이것은 곳 큰 커패시턴스 커패시터는 크기가 크다는 것을 의미한다.

옛날 기술을 사용해서 만들어진 전해 커패시터는 긴 수명을 갖지 않는다는 것을 언급할 가치가 있다. 전형적으로 몇 달 정도 뿐이다. 사용하지 않는 채로 두면, 산화 층이 악화 되서 커패시터 리포밍이라 불리는 과정을 통해 다시만들어 져야 한다. 이것은 커패시터를 저항을 통해 연결해서 천천히 전압을 산화 층이 완전이 새로 만들어질 때까지 올리는 것으로 수행될 수 있다. 현대의 전해 커패시터는 2년 이상의 수명을 갖는다. 커패시터가 오랜 기간 동안 무극으로 방치되면, 사용하기 전에 리폼 해야만 한다.

전해 커패시터 응용

타이트한 허용오차와 AC 극성을 요구하지 않지만 큰 커패시턴스 값을 필요로 하는 많은 어플리케이션이 있다. 이것들은 일반적으로 다양한 전원 공급장치에서 전압 리플을 줄이기 위해서 필터 장치로 사용된다. 스위치 전원 공급 장치에 사용될 때, 종종 전원 공급 장치의 사용 가능 수명을 제한하는 치명적인 부품이 된다. 따라서, 이런 어플리케이션에서는 고 품질의 커패시터가 사용된다.

약간의 AC 성분을 가진 DC 신호에서 로우 패스 필터로써 입력과 출력을 부드럽게 하는데 사용될 수도 있다. 그러나, 전해 커패시터는 ESR이라 불리는 내부 기생 저항에서 소모되는 파워 때문에 큰 크기와 높은 주파수의 신호에서는 잘 작동하지 않는다. 그런 어플리케이션에서, 손실을 줄이고 과열을 피하기 위해서 low-ESR 커패시터를 사용해야만 한다.

실용적인 예 하나는 전해 커패시터를 AC 전원의 험(hum)을 줄이기 위해서 오디오 앰프에서 필터로 사용하는 것이다. AC 험은 50 Hz 또는 60 Hz 전기 노이즈로 증폭 되면 들릴 수 있다.

필름 커패시터

필름 커패시터는 무엇인가?

유전체로 얇은 플라스틱 필름을 사용하는 커패시터가 필름 커패시터이다. 이 필름은 세련된 가공 공정을 이용해서 극히 얇게 만들어진다. 일단 필름이 만들어지면, 커패시터의 필요한 속성에 따라서 금속화 되거나 그냥 그대로 둔다. 그 다음 전극이 더해지고 조립된 것이 케이스 속으로 장착된다. 케이스는 조립된 것을 환경 요소로부터 보호한다. 필름 커패시터는 안정성, 낮은 인덕턴스, 저렴한 비용 때문에 많은 어플리케이션에서 사용된다. 폴리에스터 필름, 금속화 필름, 폴리프로필렌 필름, PTFE 필름, 그리고 폴리스틸렌 필름 등을 포함혀여 많은 타입의 필름 커패시터가 있다. 이런 커패시터 타입 중에서 핵심적인 차이는 유전체로 사용되는 물질이다. 그리고 어플리케이션에 따라서 적절한 유전체가 선택되어야만 한다.

예들 들어, PTFE 필름 커패시터는 열 저항이 있어 우주나 군사 기술에  사용된다. 반면 금속화 폴리에스터 필름 커패시터는 열 저항이 상대적으로 낮지만 장 기간 안정성이 요구되는 어플리케이션에 사용된다. 성능보다 가격이 더 큰 걱정이라면 값싼 플라스틱이 사용된다.

특성

필름 커패시터는 그 우수한 특성 때문에 널리 사용된다. 이 커패시터는 극성이 없어 AC 신호나 파워 사용에 적절하다. 필름 커패시터는 매우 높은 정밀도의 커패시턴스 값을 만들 수 있고 다른 커패시터 타입보다 더 오래 그 값을 유지한다. 즉 에이징 과정이 전해 커패시터 같은 다른 커패시터 타입보다 일반적으로 더 느리다. 필름 커패시터는 긴 보관 및 동작 수명을 가지며, 매우 신뢰성이고, 매우 낮은 평균 고장율을 갖는다. 필름 커패시터는 낮은 ESR과 낮은 자기 인덕턴스(ESL)을 갖는다. 그래서 DF가 매우 낮다. kV 범위 까지 견딜 수 있게 만들어질 수 있고 매우 높은 서지 전류 펄스를 제공할 수 있다. 파워 필름 커패시터라 불리는 특별한 필름 커패시터 등급이 사용 가능하고 이것은 200 VA를 초과하는 리액티브 파워를 견딜 수 있다. 이런 커패시터는 높은 전류를 견딜 수 있는 특별한 스크류 타입 단자를 가질 수 있다. 스크류 타입 단자는 필드에서 가끔 파워 필름 커패시터를 교체해야 할 필요가 있기 때문에 솔더 조인트를 대체한다. 불행히도, 그것의 우월한 전기적 속성과 안정성은 비용이라는 대가가 따른다.

필름 커패시터는 그것의 전해 등가보다 부피가 크다. 즉 제한된 SMT 패키지가 사용 가능하다는 의미이다. 또한 과부하되면 불 붙을 수도 있다. 그러나 이런 특성은 다른 커패시터 타입에서도 다소 공통적이다.

제작과 속성

필름 커패시터는 한쪽 면이 금속화되거나 그렇지 않은 얇은 유전체 피름를 사용해서 만들어진다. 이 필름은 극히 얇아서 두께가 1 um이하일 수 있다. 필름이 원하는 두께로 만들어진 후에 피름은 리본으로 재단된다. 리본의 폭은 만들어질 커패시터의 커패시턴스에 의존한다. 필름 2개의 리본이 함께 둘둘 말린다. 그것은 종종 다원형 모양으로 눌려서 직사각형 케이스에 넣을 수 있다. 이것은 PCB에서 소중한 공간을 절약하기 때문에 중요하다. 2개의 전극을 각각 피름에 연결해서 전극을 만든다. 전압이 가해져서 필름 커패시터의 자가 발열 속성을 이용해서 어떤 불완전한 요소를 없앤다. 그 다음 실리콘 오일을 사용해서 필름 롤에 수분을 방지하고 케이스를 봉한다.

전형적인 필름 커패시터는 1 nF 이하 ~ 30 uF 범위의 커패시턴스를 갖는다. 정격 전압은 50 V 이하 ~ 2 kV 이상 이다. 자동차 환경의 고 진동, 고온 환경, 고전력 어플리케이션 등에서 사용되도록 제작될 수 있다. 필름 커패시터는 긴 수명을 제공하면서 손실이 적고 높은 효율을 제공한다.

어플리케이션

파워 필름 커패시터는 파워 전자 장치, 위상 쉬프터, X-레이 플래시, 펄스 레이저 등에 사용된다. 낮은 전력 변화는 디커플링 커패시터, ADC에서 필터 등으로 사용된다. 다른 눈에 띄는 어플리케이션은 안전 커패시터, EMI 억제, 형광등 밸러스터와 스너버 커패시터 등이다.

전구 발라스트는는 형광 등의 바른 시작과 동작에 사용된다. 바라스트가 고장일 때, 등은 깜박거리거나 바른 시작에 실패한다. 구형 발라스트는 인덕터만 사용하는데 그 솔루션은 나쁜 역률을 제공한다. 새로운 설계는 역율 개선을 위한 필름 커패시터에 의존하는 스위칭 전원 공급 장치를 사용한다.

스너버 커패시터는 인덕티브 반응하는 전압 스파이크를 감쇄시키거나 부드럽게하는 보호 장치이다. 이런 회로는 종종 필름 커패시터를 사용한다. 왜냐하면 필름 커패시터는 낮은 셀프 인덕턱스를 갖고 낮은 ESR을 가져서 높은 피크 전류를 흐릴 수 있기 때문이다. 이것은 스너버 디자인에서 결정적인 요소이다. 폴리프로필렌 필름 커패시터는 이런 타입의 회로에서 가장 흔히 사용된다. 스너버는 많은 전자 분야 특히 플라이백 DC-DC 컨버터 같은 전력 전자 장치에서 많이 사용된다.

필름 커패시터는 또한 전압을 부드럽게 하는 커패시터, 필터, 오디오 크로스오버 같은 곳에서 보편적으로 사용된다. 그것은 에너지를 저장하고 필요할 때 고 전류 펄스를 방출하는데 사용될 수 있다. 고 전류 전기 펄스는 파워 펄스 레이저에 사용되거나 빛 방전을 만든다.

마이카(mica) 커패시터

마이카 커패시터는 무엇인가?

마이카(운모)는 자연 미네랄 중에 하나이다. 실버 마이카 커패시터는 마이카를 유전체로 사용하는 커패시터이다. 2가지 종류의 마이카 커패시터가 있다. 클램프 마이카 커패시터와 실버 마이카 커패시터이다. 클램프 마이카 커패시터는 열등한 특성 때문에 이제 쓸모 없이 여겨진다. 대신에 실버 마이카 커패시터가 사용된다. 그것은 양면에 금속으로 코팅된 샌드위치 마아카 시트로 만든다. 이 조립물을 에폭시로 케이스를 만들어 환경으로부터 그것을 보호 한다. 마이카 커패시터는 일반적으로 디자인이 상대적으로 작은 값을 가지며 안정성과 신뢰성을 요구할 때 사용된다. 마이카 커패시터는 저 손실 커패시터이다. 그래서 그것을 고주파에서 사용한다. 그리고 마이카 커패시터의 값은 시간이 지남에 따라 많이 변하지 않는다.

마이카 미네날은 전기적, 화학적, 기계적으로 매우 안정적이다. 그것의 특별한 크리스탈 구조 때문에, 그것은 전형적인 층 구조를 갖는다. 이것이 그것을 0.025~0.125mm 정도의 얇은 시트로 만드는 것을 가능하게 한다. 가장 흔사 사용되는 것은 백운모와 금운모이다. 백운모는 더 좋은 전기적 특성을 갖고, 금운모는 더 높은 열저항을 갖는다. 마이카는 인도, 중앙 아프리카 그리고 남아메리카에서 캐낸다. 원자재 구성의 큰 변동은 검사와 구분(sorting)에 큰 비용을 유발한다. 마이카는 대부분의 산, 물, 기름, 용제등과 반응하지 않는다.

특성

정밀도와 오차

실버 마이카 커패시터 값의 최소 오차는 ±1% 만큼 작을 수 있다. 이것은 실용적인 다른 모든 타입의 커패시터보다 훨씬 좋은 것이다. 대조적으로 어떤 세라믹 커패시터는 최대 ±20%의 오차를 갖는다.

안정성

마이카 커패시터는 매우 안정적이고 정밀하다. 시간이 지남에 따라 커패시턴스가 거의 변하지 않는다. 이것은 디자인 상에 공기 갭이 없다는 사실에 기인한다. 또한 조립물은 수분이나 다른 효과로부터 에폭시 레진으로 보호된다. 즉 공기 중 수분이 마이카 커패시터에 영향을 줄 수 없다는 것을 의미한다. 시간에 따라 커패시턴스만 안정적인 것이 아니라, 또한 넓은 온도, 전압, 주파수 범위에 대해서도 안정적이다. 평균 온도 계수는 대략 50 ppm/℃ 이다.

저 손실

마이카 커패시터는 낮은 저항과 인덕티브 손실을 갖는다(High Q 팩터). 이 특성은 주로 주파수 독립적이다. 그래서 그것이 고주파에서 사용될 수 있다. 이 우수한 특성에 비용이 따라온다. 실버 마이카 커패시터는 크고 비싸다.

제작과 속성

실버 마이카 커패시터의 제작은 상대적으로 간단한다. 옛날 클램프 마이카 커패시터는 얇은 마이카 층의 시트와 실버 시트를 사용하였다. 이 층들을 클램프하고 전극을 붙인다. 그러나, 마이카와 실버 층 둘 다에서의 물리적 불완전성 때문에, 약간의 공기 갭이 있게 되고 그것은 정밀도를 제한하게 된다. 게다가 이 공기 갭은 기계적 스트레스에 기인한 문제를 유발할 수 있고 커패시턴스 값은 시간이 지남에 따라 변하게 된다.

2차 세계 대전 후에 마이카 표면 위에 바로 실버를 도금하고 그것들 쌓아서 원하는 커패시턴스를 얻는 실버 마이카 커패시터가 만들어 졌다. 층들이 조립된 후에 전극이 더해지고 조립물은 캡슐화 된다.  갭슐 물질고 세라믹 또는 에폭시 레진이 사용되어 실버 마이카 커패시터를 수분 같은 외부 효과로부터 보호를 한다.

실버 마이카 커패시터는 상대적으로 작은 커패시턴스 값을 갖는다. 주로 수 pF ~ 수 nF 사이이다. 일반적이지는 않지만 최고 큰 커패시턴스 값은 1uF에 달할 수 있다. 실버 마이카 커패시터는 주로 100 ~ 1000 V 사이의 정격 전압을 갖는다. 10 kV 이상 사용하는 RF 트랜스미터용으로 설계된 특별한 고전압 마이카 커패시터도 있다.

응용

작은 커패시턴스를 갖고 높은 안정성과 저 손실을 요구하는 곳에 사용된다. 주요 용처는 안정성이 가장 중요한 곳인 파워 RF 회로이다.

실버 마이카 커패시터는 필터, 오실레이터 같은 고주파 튠 회로에서 사용된다. 때때로 스너버 같은 펄스 어플리케이션에서 사용된다. 한때 고품질 커패시터로서 인기가 있었지만, 요즘에는 그 크기와 비용 때문에 다른 타입의 커패시터로 점점 대체되고 있다.

저 전력 RF 어플리케이션에서, 마이카 커패시터에 대한 좋은 대안은 세라믹 커패시터이다. 커패시턴스 오차와 저 손실이 중요한 요소라면, 클래스 1 세라믹 커패시터가 사용될 수 있다.

어떤 어플리케이션에서, 실버 마이카 커패시터는 여전이 없어서는 안 된다. 예를 들어, 회로 설계자는 RF 트랜스미터같은 고 전력 어플리케이션에서 여전히 마이카 커패시터에를 사용한다. 실버 마이카가 여전이 널리 사용되는 다른 어플리케이션은 고 전압 어플리케이션이다. 그것은 마이카의 높은 항복 전압 때문이다.

폴리머(고분자) 커패시터

폴리머 커패시터는 무엇인가?

폴리머 커패시터는 도체 폴리머를 전해질로 사용하는 커패시터이다. 그것은 평범한 전해 커패시터에서 발견되는 액체 혹은 젤 전해질 대신에 고체 폴리머 전해질을 사용한다. 고체 전해질을 사용하기 때문에, 전해질 건조를 완전히 피할 수 있다. 전해질 건조는 평범한 전해 커패시터의 수명을 제한하는 요소이다. 앨루머넘 폴리머 커패시터, 고분자 유기 반도체, 도체 폴리머 커패시터를 포함하여 몇 가지 종류의 폴리머 커패시터가 있다.

대부분의 경우, 폴리머 커패시터는 최대 정격 전압을 초과하지 않는 한 전해 커패시터를 직접 대체하는데 사용될 수 있다. 고체 폴리머 커패시터의 최대 정격 전압은 고전 전해 커패시터의 최대 전압 보다 낮다. 보통 최대 35 V까지 이다. 그러나 일부 폴리머 커패시터는 최대 100 VDC 까지 작동하도록 만들어진다.

폴리머 커패시터는 평범한 전해 커패시터보다 우수한 품질을 몇가 가지고 이다. 더 긴 수명, 더 높은 최대 동작 온도, 더 좋은 안정성, 더 낮은 ESR, 그리고 훨씬 안전한 고장 모드 등.  이런 품질은 낮은 정격 전압, 좁은 커패시턴스 범위, 높은 가격 등의 비용을 동반한다. 이런 타입의 커패시터가 새로운 것은 아니다. 1980년대 부터 생산이 시작되어 서버 마더 보드와 컴퓨터 그래픽 가속 카드 등에 사용되어 왔다.

특성

등가 직렬 저항

평범한 전해 커패시터와 비교하여, 폴리머 커패시터는 더 낮은 ESR을 갖는다. 이것은 정상 동작 동안에 폴리머 커패시터가 높은 리플 전류에 견딜 수 있도록 한다. 리플 전류는 AC 성분으로 커패시터의 내부 저항이 전력을 소모하도록해서 커패시터가 열 받게 한다. 폴리머 커패시터의 ESR은 동작 온도 범위 안에서 거의 상수이다. 반면 전해 커패시터의 ESR은 온도와 함께 눈에 띄게 변한다.

신뢰성과 고장 모드

고체 전해질의 사용은 전해 커패시터보다 주요한 장점이다. 수성 전해 커패시터에서, 과열은 전해질의 기화를 유발한다. 기화기 진행됨에 따라서 압력이 커지고 폭발할 수 있다. 고체 폴리머 커패시터는 그런 위험이 없고, 고장 모드가 안전하다. 커패시터는 쇼트되거나 오픈 회로처럼 작동하기 시작한다. 일반적으로 말해서, 폴리머 커패시터의 신뢰성은 전해 커패시터의 신뢰성보다 훨씬 좋다.

수명

더 좋은 신뢰성과 안전한 동작에 더해서, 고체 폴리머 커패시터는 더 좋은 수명을 갖는다. 왜냐하면, 제조에 사용되는 고체 전해질은 마를 수 없기 때문이다. 이런 타입의 커패시터는 전해 커패시터에 비해서 더 높은 온도에서 더 오랜 시간 동안 동작할 수 있다.

커패시턴스 범위, 정격 전압과 극성

폴리머 커패시터는 10 uF ~ 1 mF 사이에서 만들어진다. 전형적인 최대 정격 전압은 35 V까지 이지만 100 V에 이르는 최대 정격 전압을 갖는 것도 있다. 평범한 전해 커패시터처럼, 보통 폴리머 커패시터도 극성을 갖는다.

제작과 속성

두 개의 앨루머넘 또는 탠털럼 포일 사이에 전해질을 포함하는 분리 시트를 샌드위치해서 폴리머 커패시터를 만는다. 조립물은 말려서 원형 모양을 만든다. 전극이 더해서 조립을 완성한 다음 알루머넘 케이스에 넣는다. 폴리머 커패시터는 장치를 교체하려는 부품으로 여겨지지 않기 때문에, 주로 SMT로 만들어진다. 이것은 PCB에서 면적을 작게 차지하게 한다. 교체가 필요할 경우에 언솔더 하기가 더 어렵다.

일상적인 전해 커패시터는 분출 케이스를 갖는다. 케이스에 오버 압력이 있을 때 미리 그어진 표면이 깨져서 케이스 내부의 가스를 분출한다. 이것은 케이스의 폭발을 예방하는 안전한 방법이다. 보통 폴리머 커패시터에는 그러한 금이나 분출구가 없다. 케이스 안에서 그런 큰 압력이 없다.

응용

낮은 ESR 때문에 폴리머 커패시터는 큰 리플 전류가 있는 어플리케이션에 사용된다. 그런 예중 하나는 스위칭 DC-DC 컨버터이다. 좋은 예는 벅, 부스트, 벅-부스트 컨버터이다. 이것들은 커패시터에서 비교적 일정한 전압을 유지하지만 높은 리플 전류를 만들어 낸다. 낮은 ESR 커패시터를 사용하는 것은 역율을 개선하고 과부하와 과열 상태에서 안전을 증가시키는 모두의 경우에서 선호된다.

고체 폴리머 커패시터는 전원 소스에서 민감한 회로로 전력 노이즈를 줄이면서 전압을 부드럽게 하는 데 사용될 수 있다. 그런 어플리케이션에서, 고체 폴리머 커패시터는 표준 전해 커패시터를 쉽게 대체할 수 있다.

또한 신호 노이즈와 파워 노이즈를 소스로 전달하고 파워 소스에 연결된 다른 장치에 영향을 주는 장치에 의해서 생성되는  노이즈를 줄이기 위해서, 파워 바이패스와 신호 디커플링에 사용될 수 있다.

폴리머 커패시터는 컴퓨터 마더보드에서 종종 발견된다. 특히 서버 보드 같은 고품질 보드에서 그렇다. 거기서 폴리머 커패시터는 수성 전해 커패시터를 대거 대체한다.

수퍼 커패시터

수퍼 커패시터는 무엇인가?

수퍼커패시터는 극히 많은 양의 전하를 저장하는데 사용되는 전자 장치이다. 더블 레이어 커패시터 또는 울트라커패시터라고도 알려져 있다. 전형적인 유전체를 사용하는 대신에 수퍼커패시터는 전기 에너지를 저장하기 위해서 2개의 매커니즘 - 더블 레이어 커패시턴스와 유사커패시턴스 - 을 사용한다. 더블 레이어 커패시턴스는 원래 정전기이고 유사커패시턴스는 전기화학이다. 즉 수퍼커패시터는 보통 커패시터의 동작과 보통 배터리의 동작을 결합한 것을 의미한다. 보통 정전기 커패시터가 높은 최대 동작 전압을 가지고 있는 반면에 수퍼커패시터의 전형적인 최대 충전 전압은 2.5 ~ 2.7 V 사이 이다. 수퍼커패시터는 극성 장치이다. 즉, 그것은 전해 커패시터처럼 바른 방법으로 회로에 연결되어야만 한다. 이 장치의 전기적 속성 특히 빠른 충방전 시간은 어떤 어플리케이션에서 매우 흥미롭다. 거기서 수퍼커패시터는 배터리를 완전히 대체할 수 있다.

특성

충전 시간

수퍼커패시터는 평범한 커패시터와 대조되는 충전과 방전 시간을 갖는다. 낮은 내부 저항 때문에 높은 충전과 방전 전류를 달성하는 것이 가능하다. 배터리는 보통 완전 충전 상태에 도달하는데 몇 시간이 걸린다. 좋은 예로 휴대폰 배터리가 있다. 수퍼커패시터는 같은 충전 상태에 2분 안에 도달할 수 있다.

규정 파워

배터리나 수퍼커패시터의 규정 파워는 장치의 총 질량 당 최대 파워 출력의 항목으로 다른 기술을 비교하는데 사용되는 수단이다. 수퍼커패시터는 배터리보다 5 ~ 10 배 더 큰 규정 파워를 갖는다. 예들 들어, 리튬-이온 배터리는 1 - 3 kW/kg의 규정 파워를 갖는 반면, 전형적인 수퍼커패시터의 규정 파워는 대략 10 kW/kg 이다. 이런 속성은 저장 장치에서 빠른 에너지 버스트가 방출되어야하는 어플리케이션에서 특히 중요하다.

사이클 수명과 안전

잘못 취급되었을 때, 수퍼커패시터 배터리가 일반 배터리보다 더 안전하다. 쇼트 되었을 때 배터리가 과열로 인해서 폭발하는 것으로 알려진 반면, 수퍼커패시터는 낮은 내부 저항 때문에 그렇게 많이 과열되지 않는다. 완전 충전된 수퍼커패시터를 쇼트하면 저장된 에너지의 빠른 방전을 유발해서 전기 아크를 유발할 수 있고 장치에 손상을 유발할 수 있지만 배터리 같지는 않다. 생성된 열은 걱정할 정도는 아니다.

수퍼커패시터는 수 백만 번 충방전 될 수 있고 가상적으로 사이클 수명에 제한이 없다. 반면, 배터리는 단진 500 번 이상의 사이클 수명을 갖는다. 이것이 수퍼커패시터를 빈번히 에너지를 저장하고 방전하는 것이 요구되는 어플리케이션에 매우 유용하게 하는 이유이다.

단점

수퍼커패시터는 단점도 몇 개 있다. 단점 하나는 상대적으로 낮은 규정 에너지이다. 규정 에너지는 무게당 장치에 저장되는 에너지의 총 양이다. 휴대폰에서 사용되는 리튬-이온 배터리가 공동적으로 100-200 Wh/kg의 규정 에너지를 갖는 반면, 수퍼커패시터는 단지 전형적인 5 Wh/kg만 저장한다. 이것은 수퍼커패시터가 보통 배터리와 같은 용량(커패시턴스 아님)을 가지려면 무게가 40배나 더 나간다는 것을 의미한다. 규정 에너지를 규정 파워와 혼동하면 안 된다. 규정 파워는 무게 당 장치의 최대 출력 파워이다.

다른 단점은 선형 방전 전압이다. 예들 들어, 2.7 V로 정격 된 배터리는 50% 충전되었을 때 여전히 출력 전압이 2.7 V 근처이다. 반면에, 2.7 V로 정격 된 수퍼커패시터는 50% 충전 상태에서 최대 충전 전압의 정확히 반을 출력한다 - 1.35 V. 이것은 수퍼커패시터가 동작하는 동안 출력 전압이 장치의 최소 동작 전압 아래로 떨어짐을 의미한다. 휴대폰 예를 들면, 커패시터의 모든 전하를 사용하기 전에 장치는 꺼져야만 한다. 이 문제에 대한 해결책은 DC-DC 컨버터를 사용하는 거싱다. 이런 접근은 효율과 파워 노이즈 같은 새로운 문제를 만든다.

현재 사용 가능한 수퍼커패시터의 세 번째 주요 단점은 비용이다. 수퍼커패시터의 Wh당 비용은 리튬-이온 배터리보다 20배 이상이다. 그러나, 비용은 새로운 기술과 양산을 통해서 줄어들 수 있다.

낮은 규정 에너지, 선형 방전 전압, 그리고 높은 비용은 수퍼커패시터가 대부분의 어플리케이셔넹서 배터리를 댗하는데 방해되는 주요 이유이다.

제조와 속성

수퍼커패시터는 2개의 포일 전극과 전해질 그리고 포일 분리자로 구성되어 제조되는 전해 커패시터와 제조 방법이 유사하다. 분리자는 전극 사이에서 샌드위치 되고 포일은 둘둘 말거나 원통 또는 직사각형의 어떤 모양으로 접힌다. 접혀진 형태는 어떤 하우징에 넣어진고 전해질을 주입하고 밀봉한다. 전극은 물론 수퍼커패시터의 제조에 사용되는 전해질은 평범한 전해 커패시터에 사용되는 것과 다르다.

전하를 저장하기 위해서, 수퍼커패시터는 다공성 물질을 분리자로 사용해서 이온이 원자 레벨에서 이 구멍에 이온이 저장되도록 한다. 요즘 수퍼커패새ㅣ터에서 가장 널리 사용되는 물질은 활성 차콜이다. 카본이 좋은 절연제가 아니라는 사실은 최대 동작 전압을 3V 아래로 제한하는 결과를 가져온다. 활성 차콜은 다른 이유 때문에 완벽한 물질은 아니다. 전하 운반자가 물질 안의 구멍 크기와 비슷해서 일부는 작은 구멍에 맞지 않을 수 있어 결과적으로 저장 용량을 줄인다.

수퍼커패시터 연구에서 사용되는 가장 흥미있는 물질 중 하나는 그래핀이다. 그래핀은 원자 하나 두께의 평면 시트로 배열된 순수 카본으로 구성된 물질이다. 이것은 극히 다공성이고 이온 스펀지처럼 행동한다. 수퍼커패시터에서 그래핀을 사용해서 얻을 수 있는 에너지 밀도는 배터리에서 발견되는 에너지 밀도와 견줄 만 한다. 그러나, 그래핀 수퍼커패시터 프로토타입이 개념 검증용으로 만들어졌다 할지라도, 그래핀은 산업적 수량을 생산하기에는 어렵고 비싸다. 이런 이유로 이 기술의 사용을 미루고 있다. 그래도, 그래핀 수퍼커패시터는 진보한 미래 수퍼커패시터 기술에 대한 가장 약속된 후부이다.

응용

수퍼커패시터가 배터리와 커패시터 사이의 간격을 매 우기 때문에, 다양한 어플리케이션에서 사용될 수 있다. 재미잇는 어플리케이션 하나는 자동차 산업에서 KERS(Kinetic Energy Recovery System) 또는 동적 브레이킹 시스템에서 에너지 저장이다. 그런 시스템에서 주요 문제는 빠르게 많은 양의 에너지를 저장할 수 있는 에너지 저장 장치를 만드는 것이다. 하나의 방법은 운동 에너지를 전기 에너지로 바꾸는 발전기를 사용해서 그것을 수퍼커패시터에 저장하는 것이다. 이 에너지는 나중에 가속에 필요한 전력을 공급하는데  다시 사용될 수 있다.

다른 예는 높은 용량이 중요하지 않지만 높은 수명 사이클이나 빠른 재충전이 중요한 저 전력 어플리케이션이다. 그런 어플리케이션으로 사진 플래시, MP3 플레이어, SRAM 등이 있다.

가능한 미래 수퍼커패시터 어플리케이션으로 휴대폰, 랩탑, 전기차, 배터리로 작동하는 다른 모등 장치 등이 있다. 실용적인 면에서 가장 흥미로운 장점은 수퍼커패시터가 매우 빠른 재충전률을 갖는다는 것이다. 그것은 전기차를 충전기에 꼽으면 몇 분만에 배터리가 완전히 충전될 수 있음을 의미 한다.

탠털럼 커패시터

탠털럼 커패시터는 무엇인가?

탠털럼 커패시터는 전해 커패시터의 한 가지이다. 그것은 양극으로 행동하는 탠털럼 금속으로 만들어진다. 양극은 유전체로 행동하는 산화물 층으로 덮이고, 유전체는 음극 도체로 감싸진다. 탠털럼의 사용은 매울 얇은 유전체 층을 만들 수 있게 한다. 이것은 결과적으로 부피당 더 높은 커패시턴스 값과 다른 많은 커패시터 타입과 비교하여 우수한 주파수 특성 그리고 시간이 지남에 따른 우수한 안정성 등을 가져온다. 탠털럼 커패시터는 일반적으로 극성이 있다. 이것은 커패시터가 바른 단자의 극성으로 DC 공급장치에 연결되어야 함을 의미한다. 탠털럼 커패시터를 사용하는 것에 대한 단점은 좋지 못한 고장 모드로 열 폭주, 화재, 그리고 작은 폭발 등을 가져올 수 있다. 그러나 이것은 전류 제한기 나 열 퓨즈 같은 외부 고장 안전 장치를 사용해서 막을 수 있다. 기술의 발전은 탠털럼 커패시터가 랩탑, 자동차 산업, 휴대폰, 기타 많은 회로에서 SMD 형태로 사용되도록 했다. 이런 표면 실장 탠털럼 커패시터는 PCB에서 더 작은 면적을 필요로 하고 더 높은 밀도를 허한다.

특성

일반 특성

커패시턴스 값은 1 nF ~ 72 mF의 범위를 갖고 같은 커패시턴스 일 때 앨루머넘 전해 커패시터보다 사이즈가 훨씬 작다. 정격 전압은  2 V ~ 500 V 이상이다. ESR은 앨루머넘 전해 커패시터보다 10배 정도 작아서 더 작은 열을 발생하면서 큰 전류를 흘릴 수 있게 한다. 시간의 지남에 대해 매우 안정적이고 커패시턴 값이 시간이 지남에 따라 크게 변하지 않는다. 특히 앨루머넘 전해 커패시터와 비교하면 그렇다. 적절히 다루어지면 매우 신뢰성 있고 수명은(shelf life) 가상적으로 제한이 없다.

극성

탠털럼 커패시터는 극히 극성 장치이다. 물론 앨루머넘 커패시터도 극성이자만 짧게 인가된 역 전압에서 살아남을 수 있다. 탠털럼 커패시터는 역 전압에 매우 민감하다. 역 전압이 인가되면, 유전체 산화물이 깨져서 간혹 쇼트 회로를 형성한다. 이 쇼트 회로는 나중에 열 폭주를 유발해서 커패시터를 파괴할 수 있다.

앨루머넘 전해 커패시터는 케이스의 음 단자에 표시가 되어 있는데, 대조적으로 탠털럼 커패시터는 주로 그 양 단자에 표시가 되어 있다.

고장 모드

잠재적으로 위험한 고장 모드를 갖고 있다. 전압 스파이크가 있는 경우, 탠털럼 양극은 망간 산화물 음극과 접촉될 수 있고 스파이크 에너지가 충분하면 화학 반응을 시작할 수 있다. 이 화학 반응은 열을 만들고 스스로 작동하여 연기화 불꽃을 만들 수 있다. 이 열 폭주가 발생하는 것을 막기 위해서 전류 제한기나 열 퓨즈 같은 외부 고장 안전 회로가 탠털럼 커패시터와 함께 사용되어야만 한다.

제조와 속성

다른 전해 커패시터처럼, 탠털럼 전해 커패시터도 양 단자, 어떤 전해질, 그리고 음 단자로 구성된다. 양 단자가 음 단자로부터 고립되기 때문에 매우 작은 누설 DC 전류만 커패시터를 통해 흐른다. 양 단자는 순수 탠털럼 금속으로 만들어진다. 그 금속은 정제된 파우더로 고온에서 소결되어 작은 구(pellet)가 된다. 이것은 표면에 매우 다공성 양극을 형성한다. 높은 표면 영역은 직접적으로 증가된 커패시턴스 값으로 연결된다.

그 다음 양 단자는 유전체로 작용하는 절연 산화층으로 덮인다. 이런 과정을 아노다이제이션이라고 한다. 이 단계는 오차를 줄이고 바른 커패시턴스 값을 보증하기 위해서 정교하게 제어되어야만 한다. 커패시턴스 값은 유전체 두께를 결정하는 산화물의 성장 정도로 결정된다.

고체 탠털럼 커패시터의 경우 전해질은 열분해를 통해서 양 단자에 더해진다. 그 다음 고체 탠털럼 커패시터는 특별한 용제에 담가지고 오븐에 구워져서 망간 이산화물 코팅을 만든다. 이 과정은 구(pelllet)의 내부와 외부 모든 표면에 두꺼운 코팅이 될 때까지 반복된다. 마지막으로, 고체 탠털럼 커패시터에 사용되는 구(pellet)는 그라파이트(흑연)와 은(silver)에 담겨져서 좋은 음 단자 연결을 제공한다. 고체 탠털럼 커패시터와 대조적으로 수성 탠털럼 커패시터는 액체 전해질을 사용한다. 양 단자가 소결되고 유전체 층이 성장한 후에, 액체 전해질을 가진 인크로저에 담겨진다. 인클로저와 전해질이 함께 음 단자 역할을 한다.

응용

탠털럼 커패시터를 사용하면 적은 누설 전류, 높은 용량과 장 기간의 안정성과 신뢰성을 가질 수 있다. 예들 들어, 긴 홀드 유지 시간을 달성하기 위해서 적은 누설 전류에 의존하는 sample and hold 회로에서 탠털럼 커패시터가 사용될 수 있다. 또한 작은 크기와 장 기간의 안정성 때문에 컴퓨터 마더보드와 휴대폰에서 전원 공급 장치 필터로 흔히 사용된다. 타이트한 오차와 넓은 동작 온도 범위를 제공해야 하는 군용 규격(MIL-SPEC)에서도 탠털럼 커패시터가 사용된다. 탠털럼 커패시터는 시간이 지남에 따라 마르고, 커패시턴스가 변하고 하지 않기 때문에 군용 어플리케이셔넹서 앨루머넘  전해 커패시터를 대체한다. 높은 안정성 때문에 의료 전자기기도 탠털럼에 의존한다. 안정성이 치명적 요소인 곳에서 오디오 앰프도 가끔 탠털럼을 사용한다.

트리머 커패시터

트리머 커패시터는 무엇인가?

제조 중에 혹은 사용중에 장비의 초기 캘리브레이션 목적으로 사용되는 가변 커패시터가 트리머 커패시터이다. 최종 사용자와 상호작용 하기 위한 것이 아니다. 트리머 커패시터는 거의 대부분 PCB에 직접 조립되어 사용자가 그것을 접근할 수 없고 제조 과정에서 작은 스크류드라이버를 사용해서 설정된다. 그 특성 때문에 트리머 커패시터는 풀 사이즈 가변 커패시터보다 싸고 더 작은 조정에 알맞다.

트리머 커패시터는 초기에 오실레이터 주파수 값, 레이턴시, 상승과 하강 시간, 회로에서 다른 변수 등을 설정하는 데 사용된다. 값이 시간에 따라 변하므로 트리머 커패시터는 수리하는 사람이 필요할 때 장비를 다시 캘리브레이션 할 수 있게 한다. 공기 트리머 커패시터와 세라믹 트리머 커패시터 2 가지 타입의 트리머 커패시터가 있다.

특성

정격 전압, 커패시턴스 범위, 극성

전압은 최대 300 V까지 정격 될 수 있다. 그런데 100 V 까지가 훨씬 일반적이다. 최소 커패시턴스는 주로 0.5 pF ~ 10 pF 사이 이고 최대 커패시턴스는 주로 1 pF ~ 120 pF 이다. 실제 커패시턴스 값은 주워진 트리머 커패시터의 최소와 최대 커패시턴스 값에 따라 변할 수 있다. 그러나 0으로 설정될 수는 없다. 트리머 커패시터는 극성이 없다.

오차와 정확도

트리머 커패시터의 커패시턴스 값 오차는 좋지 않다. 때때로 오차는 -0 ~ +100% 정도로 높을 수 있다. 즉 트리머 커패시터는 노멀 보다 2배 이상 최대 커패시턴스를 가질 수 있다. 그러나, 나쁜 오차가 엔지니어게 큰 문제를 유발하지는 않는다. 트리머 커패시터는 가변 되기 때문이다. 개별 커패시터 간에  최대 값 다르다 할 지라도, 스크류드라이버로 튜닝하여 설정할 수 있다. 정확도는 거의 오퍼레이터에 의존한다. 그는 원하는 값으로 커패시터를 설정하기 위해서 더 많은 시간을 소비할 수 있다. 가끔 트리머 커패시터가 로봇에 의해 설정되는데 더 정확한 결과를 얻을 수 있다. 더 정확한 결과를 얻기 위해 비 금속 도구를 사용하길 권한다. 왜냐하면 금속 스크류드라이버는 커패시턴스 소스를 제공해서 커패시터로부터 도구가 멀어졌을 때 커패시턴스 값이 변할 수 있다.

제조와 속성

2가지 타입의 트리머 커패시터 모두 커패시턴스 값을 바꾸기 위해서 회전 행위를 한다. 트리머 캐피시터의 구성은 큰 가변 커패시터의 구성과 유사하다. 트리머 커패시터는 반원 금속판으로 만들 수 있다. 하나는 고정되고 다른 하나는 스크류드라이버를 사용해서 회전시킬 수 있다. 사용자는 샤프트를 회전해서 두 판 상의 오버랩 양을 늘리거나 줄여서 커패시턴스를 바꾼다. 기어 메커니즘은 최저와 최고 설정 사이에 다중 회전을 하게 해서 정밀도를 향상시키게 할 수 있다.

트리머 커패시터를 만드는 다른 방법은 금속 스크류를 비도체 스큐류 실린더에 배치하는 것이다. 스크류는 하나의 전극을 나타내고 다른 전극은 실린더 베이스에 위치한다. 스크류를 회전시켜서 두 판사이의 거리가 변하고 결과적으로 커패시턴스가 변한다. 이런 구조는 RF와 마이크로웨이브 어플리케이션에서 사용된다.

응용

트리머 커패시터의 잠재적 응용은 매우 많다. 제조 과정 동안 어떤 회로에 매치되어야 할 필요가 있는 커패시턴스 값이 있는 곳에서 사용된다. 이것을 사용하는 이유는 다른 소자는 그 오차가 엔지니어가 기대하는 것에서 20% 만큼 다를 수 있기 때문이다.

다양한 RF 회로에서 주로 사용된다. MRI나 NMR 스캐서 같은 의료 장치 - 매우 큰 자기장을 만들어서 철 같은 강자성 물질을 포함하는 커패시터를 파괴할 수 있다 - 에서 특별한 비자기(non-magnetic) 타입이 사용된다.  다른 흔한 어플리케이션은 오실레이터, 튜너, 필터 등을 포함한다. 트리머 커패시터는 이동 라디오, 우주 전송기와 수신기, 신호 분배기와 CATV 증폭기 같은 통신 장비에서 발견될 수 있다.

출처: www.capacitorguide.com

어플리케이션

병렬 커패시터

커 패시터는 다른 전기 요소와 같이 다른 요소와 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 때로는 몇 개의 커패시터를 병렬로 연결하여 아래 그림 같은 하나의 기능 블록을 만드는 것이 유용하다. 그런 경우, 병렬 연결된 블록의 등가 커패시턴스를 아는 것은 중요하다. 이 기사에서는 커패시터의 병렬 연결에 대해서 분석하고 그런 회로의 가능한 응용에 대해서 알아 본다.

분석

병렬로 연결된 모든 커패시터는 그것들을 가로지르는 같은 전압을 갖는다. 즉

        V1 = V2 = …. = Vn

이 전압은 입력 와이어를 통해서 커패시터의 병렬 연결에 인가된 전압과 같다. 그러나, 각 커패시터에 저장되는 전하의 양은 같지 않고 각 커팻티어의 커패시턴스에 따라 다르다. 커패시턴스는 다음과 같다

        Qn = Cn * Vn

커패시터 블록에 의해 저장되는 총 전하량은 Q로 표현하고 회로에 표현된 모든 커패시터 사이에서 나눠진다.

        Q = Q1 + Q2 + …. + Qn

다중 커패시터의 병렬 연결에 대한 등가 커패시턴스는 다음 공식으로 결정된다.

        Ceq = Q/V = (Q1 + Q2 + … + Qn)/V = Q1/V + Q2/V + … Qn/V
               = C1 + C2 + … Cn

커패시터 병렬 연결의 등가 커패시턴스는 개별 커패시턴스의 합과 같다. 결과는 다소 직관 적이다. - 병렬인 커패시터는 판 면적이 개별 커패시터의 판면적의 합과 같은 하나의 커패시터로 생각할 수 있다.

 
응용

커 패시터는 전하의 형태로 전기 에너지를 저장하는데 사용된다. 병렬로 몇 개의 커패시터를 연결함으로써 회로는 더 많은 에너지를 저장할 수 있다. 왜냐하면 등가 커패시턴스가 개별 커패시턴스의 합이기 때문이다. 이 효과는 몇 어플리케이션에서 이용된다.

DC 전원 공급장치

하 나의 예는 DC 공급장치이다. 그것은 때때로 몇 개의 병렬 커패시터를 사용해서 신호 출력을 더 잘 필터하고 AC 리플을 제거한다. 이런 접근법을 사용해서, 우수한 리플 특성을 가진 작은 커패시터들을 높은 커패시턴스를 유지하면서 사용할 수 있다.

더 높은 커패시턴스 값

상 용으로 사용 가능한 커패시터 보다 훨씬 더 높은 값이 요구되는 어플리케이션이 가끔 있다. 커패시터 뱅크가 그런 어플리케이션에 사용된다. 하나의 예는 인덕티브 부하에 사용되는 역률 개선을 위해서 커패시터 뱅크가 사용된다. 다른 예로 자동차 산업에서 사용되는 이른바 KERS(Kinetic Energy Recovery System)에 이용되기 위해 발표된 에너지 저장 커패시터 뱅크이다.

펄스 부하

높 은 자기장 연구실은, 커패시터 뱅크에 에너지를 저장하므로 써 대략 100 테슬라의 자기장을 만들 수 있는, 세계에서 가장 강하 자석에 전력을 공급한다. 저장된 에너지는 자기 코일을 통해서 매우 짧은 시간 동안 방출되어 매우 강한 자기장을 생성한다.

어떤 경우든, 커패시터 뱅크는 매우 높은 커패시턴스 값에 도달할 수 있다. 몇 개의 수퍼커패시터를 병렬 연결하므로써 수십 kF의 커패시턴스가 가능하다. 특히 수퍼캐시터는 2000 F 이상의 커패시턴스를 얻을수 있음을 기억한다.

 
디자인 제한

커 패시터를 병렬로 연결할 때, 기억해야 할 몇 개가 있다. 하나는 커패시터 병렬 연결의 최대 정격 전압은 사용된 모든 커패시터의 최소 정격 전압 만큼 뿐이다. 따라서, 몇 개의 정격 전압 500 V 커패시터가 정격 전압 100 V 커패시터와 연결되면, 완성된 시스템의 최대 정격 전압은 100V 분이다. 왜냐하면 같은 전압이 모든 커패시터에 인가되기 때문이다.

 
안전

기 억해야 할 다른 하나는 커패시터 뱅크는 저장된 에너지의 양과 매우 짧은 시간에 저장된 에너지를 방출할 수 있기 때문에 위험할 수 있다는 것이다. 이렇게 저장된 에너지는 사고로 쇼트가 되면 가끔은 전기 와이링과 장치에 심각한 손상을 유발하기에 충분하다.

 

직렬 커패시터

다른 전기 요소처럼, 커패시터는 회로에서 혼자 사용될 때 의미가 없을 수 있다. 어떤 경우 몇 개의 커패시터를 직렬로 연결하여 기능 블록을 만드는 것이 유용하다.

 
분석

직렬 연결된 블록이 전압 소스에 연결 될 때, 블록 안의 각 커패시터는 같은 양의 전하를 저장한다. 즉 총 전하량은 커패시터의 커패시턴와 상관없이 모든 커패시터를 가로질로 균등 분포된다. 각 커패시터에 저장된 전하량은 같다.

        Qtotal = Q1 = Q2 = … = Qn

각 커패시터에 전하가 상호적으로 왜 같은지 그리고 블록(직렬 완성체)에 저장된 총 전하와 같은지 설명하기 위해서,  한  시점에서 모든 커패시터가 충전되어 있지 않다고 가정하자. 전압이 처음 블록에 인가될 때, 같은 전류가 모든 커패시터를 통해서 흐른다. 결과적으로 전하 쉬프트가 발생한다. 전자는 각 커패시터의 하나의 판에서 다른 커패시터의 판으로 이동한다. 이것은 어떤 커패시터의 판에 저장된 전하는 인접한 다른 커패시터의 판에서 온 것임을 의미한다. 즉 전하 이동은 간단히 모든 커패시터를 통해서 시프트 된 것을 의미한다. 이것이 각 커패시터의 전하가 같은 이유이다.

그렇다해도, 각 커패시터를 가로지르는 전압은 같지않다는 것을 알아야 한다. 각 커패시터에 대한 전압의 계산은 다음 식과 같다

        Vn = Qn / Cn

키리호프의 전압 법칙을 직렬 연결 블록에 적용하면, 블록을 가로지르는 전압은 개별 커패시터에 걸린 전압의 합과 같다.

        Vtotal = V1 + V2 + … + Vn

첫번째 식을 두번째 식에 넣는다. 각 커패시터의 전하가 총 전하와 같기 때문에 식은 다음과 같다.

        Qtotal/Ceq = Qtotal/C1 + Qtotal/C2 + …. + Qtotal/Cn

        1/Ceq = 1/C1 + 1/C2 + … + 1/Cn

등가 커패시턴스의 역수는 개별 커패시터의 역수의 합과 같다.

 
응용

커패시티브 전압 분배기

전 압 분배기는 인가된 전압을 2개 이상의 출력 전압으로 주워진 비율로 나누는 장치이다. 그것은 저항이나 커패시터 같은 리액티브 소자를 사용해서 만들 수 있다. 커패시터가 직렬로 연결되고 그 연결을 가로질러 전압이 인가 될 때, 각 커패시터를 가로지르는 전압은 일반적으로 같지 않고 커패시턴스 값에 의존한다.

좀 더 정확하게, 개별 커패시터를 가로지리는 전압의 비율은 직렬로 연결된 개별 커패시터의 커패시턴스 값의 역 비율이다. 커패시티브 전압 분배기는 DC 신호를 통과시키지 못하기 때문에 AC 회로에만 유용하고 또한 약간의 전압 누설이 있음을 알아야 한다. 아래 그림은 커패시티브 전압 분배기이다.

더 높은 동작 전압

더 높은 전압에서 동작시키기 위해서 가끔 커패시터 직렬 연결을 사용할 때가 있다. 예들 들어, 커패시터를 이용해서 5 kV 전원 공급 장치를 필터할 필요가 있다고 가정하자. 그리고 모두 동일한 커패시턴스 값을 가지며 정격 전압이 1 kV인 커패시터만 사용 가능하다고 하자. 이 경우, 5개 이상의 커패시터를 직렬로 연결해서 높은 전압이 개별 커패시터로 분산되어 최대 정격을 초과하지 않게 한다.

직렬 연결된 커패시터의 다른 사용 예는 수퍼커패시터로 만들어진 커패시터 뱅크로 자동차 배터리를 대체하는 것이다. 수퍼커패시터는 최대 정격 전압이 단지 2.7 V이기 때문에, 6 개의 수퍼커패시터를 직렬로 연결해서 뱅크의 동작 전압을 자동차에서 사용가능한 레벨로 올린다. 수퍼커패시터를 배터리로 사용하는 장점은 무게이다. 그러나 이 기술은 누설 전류 때무에 여전히 개선이 필요하고 배터리가 훨씬 더 큰 커패시티를 제공한다.

 
안전

직 렬 커패시터 회로를 사용할 때 어떤 안전 마진이 알려져야 하고, 좋은 디자인에는 5 개 이상의 커패시터가 사용되어야 한다. 첫 번재 이유는 커패시터는 어떤 커패시턴스 오차를 가지고 있고 일치되는 커패시턴스 값을 가지질 못할 수 있다. 결과적으로, 살짝 작은 커패시턴스 값을 가진 커패시터는 최대 졍격 전압보다 살짝 더 큰 전압에 노출될 수 있다. 두 번째 이유는 실제에서 커패시터가 가끔 고장 난다.  만약 하나의 커패시터가 고장나서 쇼트회로가 되면, 인가된 전압 5 kV는 정격 전압이 1kV 뿐인 나머지 4 개의 커패시터를 가로 질러 분배된다. 이것은 연쇄 고장을 유발하고 결국 전압 소스를 쇼트시켜서 필터 전체를 파괴하게 된다.

 

커플링과 디커플링

디커플링 커패시터

회 로를 설계할 때, 많은 초보 엔지니어와 취미가들은 보증을 위해 안정적이고 잘 레귤레이션 되는 전원 공급장치를 고른다. 그런데 테스트 하는 동안에 혹은 조립이 완료된 후에 회로가 예상했던 성능을 내지 않는 것을 발견할 뿐이다.  오디오 앰프나 라디오 같은 아날로그  회로는 이상한 험 이나 딱딱하는 소리의 노이지를 배경에 만들 수 있다. 그리고 마이크로컨트롤러 같은 디지털 회로는 불안정해지거나 예상치 못하게 될 수 있다. 이런 기능 미달의 이유는 종종 입력 전압이 실질적으로 안정적이지 않은 사실 때문일 때가 있다. 대신에, 오실로스코프로 볼 때, DC 전원 공급 장치는 종종 많은 글리치, 전압 스파이크, AC 전압 성분 등을 보여준다.

디커플링 커패시터는 무엇인가?

디 커플링 커패시터는 국부적 에너지 저장소처럼 행동한다. 배터리처럼 커패시터는 충전과 방전에 시간이 필요하다. 디커플링 커패시터로 사용될 때, 그것은 빠른 전압의 변화에 대응한다. 만약에 입력 전압이 갑자기 떨어지면, 커패시터는 전압을 안정적으로 유지하기 위해서 에너지를 제공한다. 유사하게, 전압 스파이크가 있으면, 커패시터는 과도한 에너지를 흡수한다.

디 커플링 커패시터는 전압 스파이크를 걸러서 없애고 단지 신호의 DC 성분만 통과시키는데 사용된다. DC 신호를 가능한 한 부드럽게 만들면서 노이즈를 회피하거나 흡수하는 그런 곳에 커패시터를 사용한다. 이런 이유로 디커플링 커패시터는 또한 바이패스 커패시터라고 불린다. 필요할 때 커패시터가 전원 공급을 바이패스 시키기 때문이다. 그것은 어떤 단일 보드 또는 어떤 단일 부품에 한정된 작은 UPS라고 생각할 수 있다. 각 IC에 하나의 커패시터를 사용하는 것은 일반적이다. 사실, 디지털 시스템에서 보드 상의 거의 모든 커패시터는 디커플링 목적으로 사용된다.

전원 공급 디커플링

디 커플링 커패시터는 종종 전원 공급 장치로부터 회로를 디커플 하는데 사용된다. 어떤 부품은 바른 동작을 위해서 엄격히 정류된 전원을 필요로한다. 좋은 예는 마이크로컨트롤러와 마이크로프로세서이다. 만약 전압 스파이크가 있으면, 프로세서로 로드된 프로그램이 인스트럭션을 건너뛰고 예상치 못한 행동을 할 수 있다. 디지털 로직 또한 전원 공급 전압에 민감하다. 따라서 안정적인 동작을 위해서 잘 정류되어야 한다.

이 런 이유로, 디커플링 커패시터가 전원 공급 전압을 부드럽게 하기 위해서 회로에 추가된다. 디지털 회로에 대한 좋은 엄지 규칙은 각 로직 IC 당 하나의 100nF 세라믹 커패시터를 사용하는 것이다. 또한 보드 또는 회로 세그먼트 당 하나의 큰(최대 수 백 uF) 전해 커패시터를 사용한다. 큰 커패시터가 회로 대부분의 에너지를 저장하고 낮은 주파수를 디커플 한다. 그러나 전해 커패시터는 고주파 특성이 빈약하고 로직 게이트들은 매우 높은 주파수로 동작한다. - 컴퓨터 프로세서는 수 기가 헤르즈 범위까지 동작할 수 있다. 이런 높은 주파수에서 세라믹 커패시터는 더 좋은 디커플을 제공한다. 가장 좋은 결과를 위해서, 디커플링 커패시터는 가능한 한 칩에 가깝게 배치되어야 한다.

다음 회로도는 7400 NAND 로직 게이트와 함께 디커플링 커패시터를 사용한 것을 보여준다.

전이 부하 디커플링

디 지털 회로에서, 전원 소스는 로직 회로나 다른 장치에서 온 노이즈로 오염될 수 있다. 로직 회로는 꾸준히 그 출력 상태를 ON 그리고 OFF 사이에서 변하는 수 백만 로직 게이트들로 만들어진다. 즉 많은 트랜지스터들이 1 초에 셀 수 없이 많이 on/off 스위치를 한다. 각 스위치 마다 트랜지스터는 전이 부하라 불리는 것을 만든다. 결과로, 장치에 의해 구동되는 전류는 흔들리고 노이즈를 만들어 다시 전원 소스로 전파된다. 전원 소스 디커플링을 위해 커패시터가 사용될 때, 2개의 역할을 한다: 회로에서 만들어진 전기 노이즈로부터 전원 소스를 보호하고, 같은 전원 소스에 연결된 다른 자치에서 만들어진 전기 노이즈로부터 회로를 보호 한다.

 
커플링 커패시터

디 커플링 커패시터가 신호 경로와 병렬로 연결되고 AC 성분을 제거하는데 사용되는 반면, 커플링 커패시터는 반대로 신호 경로와 직렬로 연결되어 신호의 DC 성분을 제거하는 데 사용된다. 둘 다 아날로그와 디지털 회로 어플리케이션에 모두 사용된다.

아날로그 어플리케이션

아 날로그 회로에서, 커플링 커패시터는 증폭기에서 광범위하게 사용된다. 트랜지스터의 전압 바이어스는 증폭기의 정상 동작에 결정적이다. 커플링 커패시터의 역할은 들어오는 AC 신호가 트랜지스터 베이스에 인가되는 바이어스 전압과 간섭하지 않도록 예방하는 것이다. 그런 어플리케이션에서, 신호는 직렬로 연결된 커플링 커패시터를 통해서 트랜지스터의 베이스를 구동한다. 커패시턴스 값은 유용한 신호가 지나갈 수 있도록 선택되어야 한다.

디지털 어플리케이션

디 지털 회로에서, 특히 통신 시스템에서, 커플링 커패시터는 전송선의 DC 신호를 차단하는데 사용된다. 전송선을 가로지르는 DC 신호의 존재는 전송선의 저항 성분에서 열로 소모되는 약간의 에너지 낭비를 의미한다. 또한 그것은 그라운딩 문제나 2개의 멀리 떨어져 연결된 회로 사이에 저하 누적 문제 같은 다른 문제를 유발할 수 있다.

 

에너지 저장

에너지 저장에 사용되는 커패시터

커 패시터는 두 판에 누적되는 전하의 형태로 전기 에너지를 저장하는 장치이다. 커패시터가 전원 소스에 연결될 때, 전원 소스로부터 분리될 때 방출할 수 있는 에너지를 누적한다. 그런 관점에서 커패시터는 배터리와 유사하다. 차이점은 배터리는 에너지를 저장하기 위해서 전기화학 과정을 사용하는 것이고, 커패시터는 단순이 전하를 저장하는 것이다. 그래서, 커패시터는 배터리보다 훨씬 더 높은 비율로 저장된 에너지를 방출할 수 있다. 왜냐하면 화학 과정은 벌어지는데 더 많은 시간이 필요하기 때문이다.

저장된 에너지의 양은 커패시터 판에 저장되는 전하의 양에 의존한다. 다르게, 저장된 에너지의 양은 커패시터를 가로지르는 전압으로 정의될 수도 있다. 이 관계를 묘사하는 공식은 다음과 같다:

        W = (1/2)(Q^2/C) = (1/2) C V^2

여 기서, W는 커패시터에 저장된 에너지이고 단위는 주울(J)이다. Q는 커패시터에 저장되는 전하 량이고, C는 커패시턴스이고 V는 커패시터를 가로지르는 전압이다. 위 식에서 보이 듯,  커패시터에 저장되는 최대 에너지 양은 커패시터의 최대 정격 전압은 물론 커패시턴스에 의존한다.

저 장된 에너지는 커패시터로부터 빠르게 방출될 수 있다. 왜냐하면 커패시터 내부 레지스턴스가 작기 때문이다. 이 속성은 간혹 큰 부하 스파이크를 생성하는 시스템에서 이용된다. 그런 경우, 배터리는 충분한 전류를 제공할 수 없고 커패시터가 보조 배터리로 사용된다. 한가히 작동하는 조건 동안에, 커패시터는 다시 재충전되어 정상 전압이 된다.
 

응용

커 패시터를 에너지 소스로 사용하는 많은 어플리케이션이 있다. 오디오 장비, UPS, 카메라 플래시, 자석 코일과 레이저 같은 펄스 부하 등이 있다. 최근에, 울트라커패시터(또는 더블 레이어 커패시터 또는 수퍼커패시터)의 혁신적 발전이 있다. 그것은 매우 큰 커패시턴를 가져서 2kF에 달한다. 이런 커패시터는 많은 양의 에너지를 저장할 수 있고 새로운 기술을 가능하게 한다. 특히 자동차 산업의 전기차, 회생 브레이크 같은 곳과 산업 모터, 정전 시 컴퓨터 메모리 백업 같은 곳이 그렇다.

카메라 플래시

전 기 카메라 플래시는 대부분 제논 플래시 튜브를 사용한다. 찍히기 전에, 내부 커패시터는 카메라 내부의 특별한 회로를 사용해서 수백 볼트로 충전된다. 이 충전 기간은 때때로 큰 노이즈를 동반한다. 커패시터가 충전된 후에, 플래시는 사용할 준비가 된다.  셔터 버튼이 눌려질 때, 커패시터는 튜브를 통해서 거의 즉각적으로 방전되어 매우 짧은 전류 펄스를 만든다. 커패시터로부터의 에너지는 대략 1ms만 지속되는 플래시 빛으로 변환된다. 플래시가 사용된 후에, 다음 사진을 찍을 때까지 다시 재충전 하는데 약간의 시간이 필요하다.

벌레 퇴치기(zapper)

벌 레 퇴치기는 케스케이드 전압 체배기라 불리는 회로에서 다이오드와 커패시터를 사용한다. 채배기는 공급 전압을 대략 2kV로 증가시킨다. 일단 벌레가 케스케이드의 두 단자 사이에서 쇼트를 만들면, 에너지는 거의 즉각적으로 방출된다. 회로의 커패시터는 zap하는 동안 재충전 된다.

회생 브레이크

움 직이는 차는 충분한 양의 운동 에너지를 갖는다. 그 에너지는 주로 브레이킹 할 때 열로 변환된다. 전기차 혹은 하이브리트 카는 가속할 때 휠을 구동하는데 전기를 사용하기 때문에, 브레이크할 때 손실되는 에너지를 대신에 저장해서 필요할 때 다시 사용할 수 있음이 분명해 진다. 기술과 관련한 유일한 문제는 자동차 배터리가 브레이킹에 의해 만들어지는 에너지를 흡수할 만큼 충분히 빠르게 재충전할 수 없다는 것이다. 현대의 진보된 커패시터 기술로, 특히 수퍼커패시터, 이제 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하고 저장하는 것이 가능하다. 이 방법으로, 차를 다운힐 드라이빙하고 회생 브레이크를 사용하면 실제로 배터리를 충전하고 자동차의 효율을 증가시킨다. 하이브리드 차의 경우, 이것은 리터 당 킬로미터수를 더 좋게 한다. 전기차의 경우 이것은 한 번 충전으로 더 많이 갈수 있는 거리를 뜻한다.
 

안전과 위험

회 로에서 다른 목적으로 사용되는 다른 커패시터를 포함해서 커패시터들은 회로로부터 분리된 후에 혹은 전원이 장치로부터 분리된 후에 전하를 오래 저장할 수 있다. 고 전압 커패시터는 정전기 전하 생성 때문에 절대 사용할 수 없을 지라도 전하를 누적할 수 있다.그래서, 그것은 전기 쇼크 위험을 노출한다. 이것 때문에, 그것을 다루기 전에 커패시터를 방전 시킬 필요가 있다. 고 전압 고 에너지 커패시터는 그 두 단자가 쇼트 되어 전하 생성을 예방해서 보관되어야 한다.

 

필터 커패시터

커 패시터는 리액티브 소자이다. 그래서 아날로그 전자 필터에 사용되기에 적합하다. 그 이유는 커패시터의 임피던스가 주파수의 함수이기 때문이다. 이것은 신호에 대한 커패시터의 효과가 주파수 의존적임을 의미한다. 주파수 의존적인 속성은 필터 설계에서 광범위하게 사용된다.

아 날로그 전자 필터는 미리 정의된 신호 처리 기능을 수행하기 위해 사용된다. 그런 기능의 한 예는 LPF(low pass filter)이다. LPF는 낮은 주파수는 통과시키지만 높은 주파수는 차단한다. 다른 예는 HPF(high pass filter)이다. HPF는 높은 주파수는 통과시키지만 낮은 주파수는 차단한다. Band-pass 또는 notch 필터 같은 다른 복잡한 필터 기능을 만들기 위해서 기본 필터 타입을 조합할 수 있다.

전 자 필터는 많은 다양한 방법으로 구현될 수 있다. 전자 필터는 커패시터, 인덕터, 레지스터, 트랜지스터, opamp 같은 아날로그 소자만을 사용해서 만들어질 수 있다. 필터는 디지털 신호 처리기 같은 디지털 기술을 사용해서 구현될 수도 있다. DSP 회로는 특별한 컴퓨터나 마이크로컨트롤러와 어플리케이션에 적절한 소프트웨어로 구성된다. 아날로그 필터는 수동 필터와 능동 필터로 세분된다. 능동 필터는 증폭 회로와 트랜지스터 또는 opamp 같은부품을 사용한다. 반면에 수동 필터는 레지스터, 인덕터, 커패시터만 사용한다. 수동 필터의 장점은 처리될 신호 자체 외에 전원 소스가 필요 없다는 것이다. 반면 능동 필터의 장점은 크기와 비용을 줄일 수 있다는 것이다.
 

라인 필터

전 자 필터 중에 라인 필터라고 하는 특별한 것이 있다. 그것은 전원 공급 선에서 오는 전기 노이즈를 억제하는데 사용된다. 전원 공급 전압을 다양한 주파수에서 출렁이게 하는 많은 파워 라인 노이즈 소스가 있다. 에어컨, 냉장고, 히터, 그리고 다른 큰 부하 같은 어떤 노이즈 소스들은 그것이 스위치 on/off 할 때 전압 스파이크를 만들어낸다. 브러시 모터는 그것에 전원이 공급되는 한 전기 노이즈를 만든다. 휴대폰, 통신 안테나 그리고 조명 조절기 같은 다른 노이즈 소스는 고주파 또는 RF 노이즈를 만들어낸다.

라 인 필터 커패시터는 어플리케이션에서 이런 노이즈 소스의 효과를 줄이기 위해서 사용되는 단순한 커패시티브 필터이다. 그래서 어플리케이션의 성능을 향상시키도록 이끈다. 예들 들어, TV 세트는 이 필터를 사용해서 이미지 깜빡임을 줄인다. 강한 노이즈 소스인 어떤 장치는 그것이 다른 장치와 간섭하는 것을 막기 위해서 라인 필터를 사용한다. 라인 필터에 사용되는 2개의 일반적인 터팔러지가 있다.  X와 Y 커패시터이다. 화재의 위험과 오작동의 경우에 손상 때문에, X와 Y 타입 커패시터는 다른 안전 규정의 대상이다.

X 커패시터

X 커패시터는 입력 라인 간에 연결된다. 이 터팔러지는 아래 회로와 같다.

X 커패시터의 역할은 전원 공급 선에서 오는 전기 노이즈 일부를 감쇄시키는 것이다.  커패시터는 고 주파수를 쇼트해서 없애는 행동을 하고, 반면 저주파를 통과시키는 행동을 한다. X 커패시터는 주로 1 uF ~ 10 uF 사이의 커패시턴스를 갖고 고주파 어플리케이션에 대해서 폴리프로필렌으로 만들어진다. 왜냐하면 폴리에스터 커패시터는 과열될 수 있기 때문이다. 만약 라인 전압이 DC이면, 전해 커패시터 같은 극성 커패시터도 사용될 수 있다. X 커패시터는 그것이 오작동하면 안전 위험에 노출될 수 있다. 커패시터는 2가지 고장 모드(open-circuit 또는 short-circuit) 중 하나가 될 수 있다.

만 약 X 커패시터가 쇼트 회로 모드이면, 회로 차단기가 적절히 선택된 퓨즈를 끊는 반응을 하지 않으면 화재의 위험이 있다. 고장 모드가 오픈 회로 모드이면, 회로는 커패시터가 없었던 것처럼 행동한다. 따라서 어플리케이션이 노이즈에 노출된다. 이 경우 주로 손상은 없지만, 필터가 동작하지 않기 때문에 성능 손실이 발생할 수 있다.

Y 커패시터

Y 커패시터는 라인과 어플리케이션의 새시 사이에 연결된다. 이 터팔러지는 다음 회로도와 같다.

Y 커패시터의 역할은 X 커패시터와 같다. 이 터팔러지는 어플리케이션이 그라운드 된 새새를 갖고 있을 때 사용된다. 새시 차체는 전자기 쉴드(패러데이 케이지)처럼 행동할 수 있어서 외부 RF 간섭으로부터 어플리케이션을 보호한다. 커패시터가 오동작할 경우, 이 터팔러지는 잠재적으로 사용자에게 더 위험하다.

Y 커패시터 하나 혹은 둘 다 오픈 회로 모드로 고장 날 경우, 효과적인 필터링의 손실 외에는 아무것도 일어나지 않는다. 이것은 성능 저하를 유발할 수 있다. 특히 민감한 장치에 그렇다. 그러나 안전 문제를 유발하지는 않을 것이다.

만 약 Y 커패시터 중에 하나가 쇼트 회로 모드로 고장 나면, 장치의 새시가 직접 라인 전압으로 연결되는 결과를 가져온다. 사용자가 새시를 만지게 되면, 전기 쇼크의 위험이 있다. 드물긴 하지만 Y 커패시터 2 개가 동시에 고장나면, 화재 위험이 있다. 왜냐하면 라인 전압 공급원이 쇼트 되었기 때문이다. 이런 위험을 막기 위해서, 새시는 반드시 3 구멍 파워 플러그를 사용해서 잘 그라운드 되어야 한다. 파워 코드 플러그의 3번째 가지는 가정용 기기의 설치에서 그라운드 와이어에 연결된다. 추가적으로, 위험을 막기 위해서 바른 퓨즈가 설치되어야만 한다.

Y 커패시터는 0.001uF ~ 1uF 사이의 넓은 커패시턴스 값을 가질 수 있다. Y 커패시터로 세라믹 커패시터보다 금속화 종이와 필름 커패시터가 선호된다. 왜냐하면 안정성, 높은 커패시턴스 값과 자가 치유 속성 등 때문이다. 그리고 금속화 커패시터의 고장 모드는 오픈 회로가 되는 경향이 있는 반면에 세라믹 커패시터의 고장 모드는 쇼트 모드가 되는 경향이 있다.

 

모터 스타팅 커패시터

비 동기 모터라고도 알려진 AC 인덕션 모터는 토크를 만들기 위해서 회전 자기장을 사용한다. 3상 모터가 널리 사용되는데 그것이 신뢰성 있고 경제적이기 때문이다. 회전 자기장은 3상 비동기 모터에서 쉽게 달성된다. 왜냐하면 개별 위상 사이의 위상 각 옵셋이 120도 이기 때문이다. 그러나 단상 AC 모터는 회전 자기장을 만들기 위해서 위상각 옵셋을 만드는 외부 회로가 필요하다. 이런 회로는 진보된 파워 전자 회로 혹은 더 간단하게는 모터 커패시터를 사용해서 구현될 수 있다.
 

AC 단상 인덕션 모더

단일 코일 AC 인덕션 모터

AC 인덕션 모터는 주로 2개 이상의 코일을 사용해서 회전하는 자기장을 만든다. 자기장은 로터에 토크를 만든다. 단일 코일이 사용될 때, 맥동성 자기장이 만들어질 것이다. 그것은 회전을 유지하기에는 충분하지만, 정지 상태에서 모터를 시작시키기에는 충분하지 않다. 단일 코일 모터는 외부 힘을 사용해서 시작되어야만 한다. 그리고 어느 방향으로든 회전할 수 있다. 회전의 방향은 외부 힘에 달려있다. 만약 모터가 시계 방향으로 시작하면, 전원 공급 주파수에 의해 정의되는 최대 속도에 도달할 때까지 시계 방향으로 스피드를 올리며 계속 회전할 것이다. 유사하게, 초기 회전이 반시계 방향이면 반시계 방향의 회전을 계속할 것이다. 이런 모터는 자력에 의한 신뢰성 있는 회전 시작을 할 수 없기 때문에 실용적이지 않다.

스타트 커패시터 AC 인덕션 모터

단 일 코일 설계를 향상 시키는 하나의 방법은 모터 시작 커패시터와 직렬로 보조 코일을 사용하는 것이다. 스타팅 코일 이라고도 불리는 보조 코일이 사용되어 초기 회전 자기장을 만든다. 회전 자기장을 만들기 위해서, 메인 와인딩을 흐르는 전류는 반드시 보조 와인딩을 흐르는 전류와 비교해서 위상이 벗어나야만 한다. 스타팅 커패시터의 역할은 보조 와인딩에서 전류를 지연시켜서 이 두 전류가 위상이 달라지게 하는 것이다. 로터가 충분한 속도에 도달 할 때, 보조 코일은 원심력 스위치에 의해서 회로에서 분리된다. 그리고 모터는 맥동성 자기장을 만드는 단일 코일에 의해서 구동된다. 이런 면에서, 이 설계의 보조 코일은 스타팅 코일로 여겨질 수 있다. 왜냐하면 모터 시작 시에만 사용되기 때문이다.

스타트/런 커패시터 AC 인덕션 모터

단 일 코일 단상 인덕션 모터 설계를 더 향상시키기 위한 다른 방법은 모터 시작 단계에만 구동되는 것 뿐만 아니라 정상 동작 동안에도 구동되는 보조 코일을 사용하는 것이다. 단지 모터 스타스 커패시터를 사용하는 AC 모터 - 정상 동작 동안에 맥동성 자기장을 만든다 - 와 다르게, 모터 스타트 크패시터와 모터 런 커패시터를 사용하는 AC 모터는 정상 동작 동안에 회전 자기장을 만든다. 모터 스타트 커패시터의 기능은 위에 설명한 것 - 원심력 스위치에 의해서 로터가 미리 정해진 속도에 도달하면 회로로 부터 분리된다 - 과 같다. 그 시점 후에, 보조 와인딩은 모터 런 커패시터를 통해서 구동된다. 아래 그림인 이런 타입의 설계를 기술한다.

 

모터 스타트와 모터 런 커패시터

스타트 커패시터

모 터 스타트 커패시터는 모터 시작 단계 동안에 사용되고 로터가 미리 정의된 속도 - 주로 모터 최대 속도의 75% 정도 - 에 도달하면 회로로부터 분리된다. 이런 커패시터는 주로 70 uF 이상의 커패시턴스 값을 갖는다. 사용하고자 하는 어플리케이션에 따라서 다양한 정격 전압을 가질 수 있다.

런 커패시터

어 떤 단상 AC 모터 설계는 모터 런 커패시터를 사용한다. 이런 설계는 회전하는 자기장을 만들어서 동작한다. 모터 런 커패시터는 끊임 없는 듀티에 대해 설계되고 모터가 구동되는 동안 계속 구동된다. 이것이 전해 커패시터를 피하고 저손실 폴리머 커패시터를 사용하는 이유이다. 런 커패시터의 커패시턴스 값은 주로 스타트 커패시터의 커패시턴스보다 작고 흔히 1.5uF ~ 100uF 사이이다. 모터에 대한 잘못 선택된 커패시턴스 값은 불균일한 자기장을 유발한다. 그것은 불균일한 모터 회전 속도로 관찰될 수 있다. 특히 부하가 있을 때 그렇다. 이것은 모터로부터 추가 노이즈, 성능 저하, 에너지 소비 증가, 모터 과열을 일으킬 수 있는 추가 열 등을 유발한다.


응용

모 터 스타트와 런 커패시터는 단상 AC 인덕션 모터에서 사용된다. 이런 모터는 3상 전원 보다 더 실용적인 단상 전원 - 가정용 어플리케이션 - 에서 사용된다. 그것은 3상 AC 모터보다 효율적이지 않다. 사실 단상 AC 모터는 3상 AC 모터보다 2~4배 덜 효율적이다. 그래서 그것을 덜 강력한 모터에만 사용한다. 스타트와 런 모터 커패시터를 활용하는 전형적인 어플리케이션은 전동 공구, 세탁기, 회전 건조기, 식기 세척기, 진공 청소기, 에너컨, 컴프레셔 등이다.


출처: www.capacitorguide.com

SERDES algorithmic model 트랜스미터와 리시버는 AMI_Init, AMI_GetWave, AMI_Close 등 3 개의 함수로 구성된다. 이 세 함수에 대한 인터페이스는 초기화, 타임 세그먼트 시뮬레이션, 시뮬레이션 종료 등에 관한 시뮬레이션 처리 단계의 다른 과정을 지원하도록 디자인되어 있다. 이 세 함수는 단일 공유 라이브러리 안에서 제공되어야만 한다. 3 가지 중에서 AMI_Init 은 항상 필요한 함수 이다.

어플리케이션 시나리오

• Linear, time-invariant equalization model

1. 시스템 netlist 로부터 EDA 플랫폼은 주워진 모델이 IBIS로 기술되는지 결정한다.

2. IBIS 파일로부터 EDA 플랫폼은 모델이 algorithmic model로서 기술되는 지와 모델의 AMI_Init 함수가 그 모델의 임펄스 응답을 돌려주는 지를 결정한다.

3. EDA 플랫폼은 algorithmic model을 포함한 공유 라이브러리를 로드하고 AMI_Init, AMI_GetWave, AMIN_Close 함수의 주소를 얻는다.

4. EDA 플랫폼은 AMI_Init 의 아규먼트를 조립한다. 아규먼트는 모델을 구동하는 채널의 임펄스 응답, 모델에 의해 사용되는 동적 메모리 핸들, 모델을 구성하는 파라미터, 옵션으로 어떤 크로스톡 간섭자의 임펄스 응답 등을 포함한다.

5. EDA 플랫폼은 앞에 준비된 아규먼트로 AMI_Init을 호출 한다.

6. AMI_Init은 구성 파라미터를 분석(parse)하고, 동적 메모리를 할당하고, 메모리 핸들에서 동적 메모리의 시작 주소를 배치하고, 블록의 임펄스 응답을 계산하고 수정된 임펄스 응답을 EDA 툴로 전달한다. 새로운 임펄스 응답은 필터된 임펄스 응답을 표현할 것이다.

7. EDA 플랫폼은 AMI_Init 으로 구한 임펄스 응답(주워진 모델의 행동에 대한 완전한 표현물)을 이용해서 시뮬레이션/분석의 나머지를 계산한다.

8. 나가기 전에, EDA 플랫폼은 AMI_Close를 호출해서 모델에 대한 메모리 핸들 주소를 준다.

9. AMI_Close는 블록에 대한 동적 매모리를 할당 해제하고 필요한 청소 작업을 수행한다.

10. EDA 플랫폼은 실행을 끝낸다.

• Nonlinear, and/or time-variant equalization model

1. 시스템 netlist 로부터 EDA 플랫폼은 주워진 모델이 IBIS로 기술되는지 결정한다.

2. IBIS 파일로부터 EDA 플랫폼은 모델이 algorithmic model로서 기술되는지 결정한다.

3. EDA 플랫폼은 algorithmic model을 포함한 공유 라이브러리를 로드하고 AMI_Init, AMI_GetWave, AMIN_Close 함수의 주소를 얻는다.

4. EDA 플랫폼은 AMI_Init 의 아규먼트를 조립한다. 아규먼트는 모델을 구동하는 채널의 임펄스 응답, 모델에 의해 사용되는 동적 메모리 핸들, 모델을 구성하는 파라미터, 옵션으로 어떤 크로스톡 간섭자의 임펄스 응답 등을 포함한다.

5. EDA 플랫폼은 앞에 준비된 아규먼트로 AMI_Init을 호출 한다.

6. AMI_Init은 구성 파라미터를 분석하고, 동적 메모리를 할당하고, 메모리 핸들에서 동적 메모리의 시작 주소를 배치하고, 블록의 임펄스 응답을 계산하고 수정된 임펄스 응답을 EDA 툴로 전달한다. 새로운 임펄스 응답은 필터된 임펄스 응답을 표현할 것이다.

7. 긴 시뮬레이션 시간은 multiple time segments로 쪼개질 수 있다. 각 time segment에 대해서, EDA 플랫폼은 모델의 input waveform을 계산한다. 예들 들어, 100만 bits가 실행되어야 한다면, 각각이 1000 bits인 1000개의 segments로 구성된다.

8. 각 time segment에서, EDA 플랫폼은 AMI_GetWave 함수를 호출해서 입력 waveform과 블록에 대한 동적 메모리 핸들의 주소를 전달한다.

9. AMI_GetWave 함수는 블록에 대한 출력 waveform 을 계산한다. 트랜스미터의 경우, 그것은 리시버에 대한 입력 전압이다. 리시버의 경우, 이것은 리시버의 결정 포인트에서 전압 파형이다.

10. EDA 플랫폼은 리시버 AMI_GetWAve 함수의 출력을 사용해서 시뮬레이션/분석을 완성한다.

11. 나가기 전에, EDA 플랫폼은 AMI_Close를 호출해서 모델에 대한 메모리 핸들 주소를 준다.

12. AMI_Close는 블록에 대한 동적 매모리를 할당 해제하고 필요한 청소 작업을 수행한다.

13. EDA 플랫폼은 실행을 끝낸다.

레퍼런스 시스템 분석 플로우

시스템 시뮬레이션은 공통적으로 TX와 RX algorithmic model을 둘 다 포함할 것이다. LTI와 non-LTI 행동 둘 다algorithmic model로 모델 될 수 있기 때문에, 어떤 모델로 실행할 것인가는 시뮬레이션 결과에 영향을 미칠 수 있다. 다음 단계는 기준 시스템 플로우 이다. 다른 방법이 사용될 수 있지만 최종 시뮬레이션 파형은 기준 시뮬레이션 플로우의 결과 파형과 일치될 것이다.

1. 시뮬레이션 플랫폼은 아날로그 채널에 대한 임펄스 응답을 구한다. 이것은 트랜스미터 출력, 채널, 리시버 아날로그 프론터 엔드 조합의 임펄스 응답을 나타낸다. 이 임펄스 응답은 이퀄라이제이션 같은 필터링이 없는 트랜스미터의 출력 특성을 표현한다.

2. 1단계의 출력은 TX 모델의 AMI_Init 호출에 표현된다. TX 모델에 대해 Use_Init_Output 이 True로 설정되면, TX AMI_Init 호출에 의한 임펄스 응답이 3단계로 전달된다. 만약 TX 모델에 대해 Use_Init_Output 이 False로 설정되면, 2단계로 전달된 임펄스 응답이 그대로 3단계로 전달된다.

3. 2단계의 출력이 RX 모델의 AMI_Init 호출에 표현된다. RX 모델에 대해 Use_Init_Output 이 True로 설정되면, RX AMI_Init 호출에 의한 임펄스 응답이 4단계로 전달된다. 만약 RX 모델에 대해 Use_Init_Output 이 False로 설정되면, 3단계로 전달된 임펄스 응답이 그대로 3단계로 전달된다.

4. 시뮬레이션 플랫폼은 3단계의 출력을 취한 후 입력 비트스트림 및 단위 펄스와 조합해서 아날로그 파형을 만든다.

5. 4단계의 출력은 TX 모델의 AMI_Getwave 호출에 표현된다. TX 모델이 AMI_Getwave 호출을 포함하지 않으면 이 단계는 건너뛰고 5단계 입력이 바로 6단계로 전달된다.

6. 5단계의 출력이 RX 모델의 AMI_Getwave 호출에 표현된다. RX 모델이 AMI_Getwave 호출을 포함하지 않으면 이 단계는 건너뛰고 6단계 입력이 바로 7단계로 전달된다.

7. 6단계의 출력이 RX 결정 포인트에서 시뮬레이션 출력 파형이 된다. 이것은 시뮬레이션 툴에 의해서 후처리 될 수 있다.

4단계에서 7단계는 full 아날로그 파형을 처리하기 위해서 한 번 이상 호출될 수 있다. Full 아날로그 파형을 다중 호출로 쪼개는 것은 긴 시뮬레이션을 할 때 요구되는 메모리를 최소화 하고 AMI_Getwave가 그 때마다 모델 상태를 돌려줄 수 있게 해준다. 입력 파형의 모든 블록이 처리되면, TX AMI_Close와 RX AMI_Close가 호출되어 마지막 처리를 수행하고 할당된 메모리를 해제한다.

툴 옵션 항목:

• Init_Returns_Impulse: EDA 플랫폼에게 AMI_Init 함수가 수정된 임펄스를  돌려줄지 여부를 말한다. True로 설정되면, 모델은 이퀄라이제이션 임펄스 응답을 포함한 임펄스 응답의 컨벌루션을 돌려준다.

• GetWave_Exists: EDA 플랫폼에게 AMI_GetWave가 이 모델에서 실행될 지 여부를 말한다. Init_Returns_Impluse가 False로 설정되면, GetWave_Exists는 반드시 True로 설정되어야 한다.

• Use_Init_Output: EDA 플랫폼에게 AMI_GetWave가 이 모델에서 실행될 지 여부를 말한다. 이 옵션이 True로 설정되면, EDA툴은 AMI_GetWave 함수의 입력 파형 표현을 만들 때, AMI_Init 함수로부터의 출력 임펄스 응답을 사용한다. False로 설정되면, AMI_GetWave 함수의 입력 파형 표현을 만들 때, 채널의 필터 되지 않은 원래 임펄스 응답을 사용한다.

측정의 정밀도는 측정된 값이 실제 값과 얼마나 가까운지를 결정한다. 아날로그 측정기는 full-scale을 읽을 때의 퍼센티지로 정확도가 표시된다. 측정된 값이 full scale에 가깝거나 full scale의 2/3 이상일 때 인쇄된 정확도가 의미가 있다. 읽은 값이 full scale에서 멀어질수록 그 값은 진짜 값에서 멀어질 수 있다.

예들 들어, 3% 정확도를 가진 아날로그 전압 측정기가 0-100 V 범위로 설정되었을 경우를 보자. 측정된 값은 진짜 값보다 3 V(=100 V x 0.03) 낮거나 높을 수 있다. 진짜 값이 90.0 V라면, 측정기는 87 - 93 V로 읽힐 수 있다. 혹은 읽은 것의 +/- 3.3% 일 수 있다.  같은 전압 측정기의 100 V 스케일에서 10.0 V를 측정하면 읽혀지는 값은 7 - 13 V일 수 있다. 읽은 것의 +/-30% 이다. 측정기는 기술적으로 규정(스펙) 안에 있다. 따라서, 합리적인 정확도를 유지하려면, 아날로그 측정기의 범위 선택을 full scale과 full scale의 3/2 사이로 설정한다.

아날로그 측정기와 비교하여, 디지털 멀티미터(DMM)는 많은 실용적 장점을 갖고 있다. 그 중 하나는 수동 범위 설정은 물론 자동 범위 설정을 제공한다는 점이다.

대부분의 휴대용 DMM은 "3 1/2 digit"이라 불리는 디스플레이를 갖고 있다. 오른쪽 3 개의 full numeric 문자는 0 에서 9 사이의 어떠한 값이든 표시할 수 있다. 그러나 처음(most significant) 숫자는 0아니면 1만 된다. 그래서 "1/2 digit"이라고 불린다. 이 측정기는 0 - 1999 숫자만 표시할 수 있다. 이것은 2000-count DMM 이라고도 알려져 있다. DMM의 해상도는 full conversion에서 ADC의 해상도에 달려있다. 이론적으로 2000-count 측정기는 0.05%(= (1/2000) x 100%)의 해상도를 갖는다. 그러나 실제 해상도는 least significant 숫자도 고려해야만 한다.

전형적으로 DC 전압 측정은 ADC의 full count 능력을 사용한다. 왜냐하면 신호 조건이 직선적이기 때문이다. 그것은 저항 분배기와 필터를 사용한다. 다른 기능은 범위에서 제한될 수 있거나 ADC 입력 범위를 제한해서 거친 해상도를 제공하는 신호 조건이 요구될 수 있다. 고 해상도 휴대용 DMM은 종종 4 1/2 digit 디스플레이(20000 count)를 갖고 있어서 0 - 19999 범위를 표시할 수 있다. 40000-count 측정기는 4 3/4 digit 디스플레이를 갖고 0 - 39999 범위를 측정할 수 있다.

높은 수의 count는 더 높은 해상도로 변환되고 일반적으로 고 해상도 DMM이 더 높은 정확도를 제공한다. 그러나 DMM 정확도는 또한 ADC 정확도, 부품 tolerance, 노이즈 레벨, 내부 기준의 안정성 등 디자인 요소에 의존한다. 따라서 4 1/2 digit 측정기가 3 1/2 digit 측정기보다 10배 더 정확하다고 자동적으로 가정하면 안 된다.

안전을 위해서 가장 높은 범위를 제일 먼저 선택한 다음 정확한 측정을 위해서 범위를 공격적으로 낮춘다. 수동 범위 변환 측정기에서 모르는 전압을 측정할 때 최대 범위를 제공하는 범위를 선택한다. 예들 들어 1.5V 배터리를 측정할 때, 1000 V 범위 측정은 "1"만 표시할 수 있다. 200 V 범위로 바꾸면 1.5 가 표시될 것이다. 20 V 범위는 1.52를 보여주고, 가장 정밀한 측정은 2 V 범위에서 1.523 V 일 수 있다.

DMM 제조사는 정확도 규정을 다음 포맷으로 제공한다:

Complete accuracy specifications: ±(% of reading + number of LSD)

여기서, reading  DMM이 측정한 실제 값

          LSD       least significant digit

LSD는 내부 옵셋, 노이즈, 라운딩 에러 등에 기인한 불확실의 크기를 표현한다. DMM에서 LDS 숫자는 기능에 따라, 그리고 범위에 따라 변한다. 정확도와 범위 선택은 독립적으로 고려되어야만 한다. 그렇지 않으면 오해가 에러로 이끌 수 있다. 다음 예를 보자:

3 1/2 digit 디스플레이 DMM이 1.2 V 레퍼런스의 출력을 측정했다. 실제 전압이 1.200 V라고 가정한다. DMM 매뉴얼은 dc 전압 정확도가 ±(0.5% + 2)라고 규정한다. 전압을 어떻게 측정하고 읽은 것을 어떻게 해석(interpret)할 것인가? 먼저, 측정기를 200 V 범위로 설정한다. 표시는 XXX.X 전압으로 표시될 것이다. 읽은 값의 퍼센티지는 0.006 V(= 1.2 * 0.5 / 100)이다. 소수점 이하로 하나의 숫자만 표시되므로 0.006으로 보이지 않을 것이다. 그러나, 3개의 허용되는 LSD를 고려할 때, 표시되는 마지막 숫자는 ±0.3 카운트로 변할 수 있다. 따라서 측정기는 1.2 ±0.3V 또는 0.9 - 1.5 V로 표시될 수 있다. 이것은 모든 요소가 결합된 잠재적 에러는 ±25%이고 정밀한 측정에 적합하지 않다. 20 V 범위로 바꿔 설정하면 XX.XX로 표시되어 정확도가 향상될 것이다. 전체 정확도는 ±0.036 V(=1.20 * 0.5/100 ± 0.03)이다. 따라서 읽은 값은 1.16 - 1.23 V 사이이다. 이 전체 정확도는 ±3%이다. 훨씬 좋아져다. 그러나 아직 충분하지는 않다. 마지막으로 DMM을 2 V 범위로 설정한다. 표시 형식은 X.XXX로 바뀐다. 읽은 값의 퍼센티지는 변하지 않지만, LSD는 더 작은 요소가 된다. 전체 정확도는 ±0.009 V(= 1.200 * 0.5/100 ± 0.003) 이다. 측정기는 1.191 - 1.209 V 범위의 좁은 범위만 허용한다. 이제 전체 정확도는 단지 0.75% 이다. 측정에 충분하다.

언제 측정기가 제조되거나 새로 캘리브레이션 되어야 하나? 대부분의 측정기 제조사와 캘리브레이션 서비스는 1년만 정확도 규정을 보증한다. 그 후에 DMM은 인쇄된 제한을 가진 정확도를 유지하지 못할 수 있다. 따라서 정확도가 보증되려면 측정기는 1년에 한 번씩 캘리브레이션 되어야 한다.

규정된 동작 온도보다 분위기 온도가 높거나 낮을 때 측정기를 사용하지 마라. 많은 고 품질 DMM 제품은 20 ~ 55 ℃ 범위에서 동작한다. 이 규정은 습도가 주로 80 ~ 90% 이하에서 유효하다. 20 ~ 55 ℃ 동작온도와 비교하여, 정확도 규정은 주로 단지 18 ~ 28 ℃ 에서만 보증된다.

전자 회로나 시스템을 디자인하는 엔지니어는 그라운딩과 매우 친숙할 것이다. 왜냐하면 모든 회로와 시스템은 그라운딩 지점을 어떻게 배치할 지 다루어야만 하기 때문이다. 그런 이유로 교과서와 전자기 호환 디자인 핸드북 등에서 그라운딩 지침을 가능하면 자세히 다루는 이유이다. 이런 책들을 읽을 때, 개념은 분명히 기술되고 나는 회로, 블랙박스, 서브시스템, 시스템 등에 대에 어떻게 그라운딩 할 지를 이해하는 듯 보였다. 그런데, 그라운딩 포인트를 어디에 어떻게 설치할지를 결정할 해야만 할 때 혼란스러워 지기 시작했다.

어떤 가이드 북에 그라운딩은 엔지니어가 구조(structure), 안전(safety), 파워(power supply), 신호(signal), 노이즈(noise), 시스템(system) 그리고, 낙뢰(lightning) 등에 대한 그라운딩 포인트를 자세히 식별해서 분류해야 한다고 되어 있다. 나는 너무 당황해서 그라운딩에 대한 아이디어가 전혀 나지지 않았다. 예들 들어, 어떤 그라운딩 포인트는 신호용으로 고려될 수 있지만, 안전이나 파워에 대해서도 기능할 수 있다. 3개의 그라운딩 포인트에 대해서 각각 다른 위치에 설정해야만 하나? 예전에 어떤 시스템에서 대해서  파워, 안전, 신호, 노이즈, 시스템 등등을 분리해서 그라운딩 포인트에 대해서 분석해 보았다. 이 시스템에서 파워에 대한 그라운드가 빠졌을 때 정상적으로 동작하는 것이 확인되었다. 이 시스템에서 파워에 대한 그라운딩 포인트가 정말로 필요한 것인지 의구심이 들기 시작했다.

"밀폐된 방에 6(n) 명의 전기 전자 엔지니어가 있다. 5명(n-1)은 그라운딩 전문가다".  이들이 같은 PCB, 블랙박스, 또는 시스템에 대해서 일할 때 그라운딩에 접근하는 많은 다양함이 있는 것은 사실이다. 이것이 그라운딩이 개념적으로는 기만적으로 간단하면서 어플리케이션에서는 낙심할 정도로 복잡한 이유이고 논란과 논쟁이 끝나지 않는 이유이다.

엔지니어링에서 단일 점(single-point)과 다 점(multi-point) 그라운딩은 매우 보편적이다. 어떤 특별한 경우에 두 가지가 같이 요구된다. 이것은 회로가 정상적으로 동작하고 EMI가 어떤 규정된 레벨 안에서 제어되고 있음을 의미한다. 다른 경우에, 상황은 변할 수 있다. 단일 점 그라운딩이 다 점 그라운딩보다 나을 수 있거나 그 반대 일 수 있다. 단일 점, 다 점, 하이브리드 중에 어떤 선택이 최선인가? 이것은 엔지니어가 알고 싶어하는 질문이고 대답하기 매우 어려운 질문이다. 보통 달성해야 할 특정한 목표에 의존한다. 그라운딩을 더 잘 알리기 위해서, 더 많은 이론과 엔지니어링 문서를 읽어야 한다고 생각했다. 그리고 이론은 실제와 조합되어야만 한다. 다음에서 내가 배운 실제 이야기 이다.

몇 년 전에, 컴퓨터 한 대가 수입되어 건물의 2층에 위치한 우리 연구실에 설치 되었다. 컴퓨터 회사 엔지니어는 우리 연구실에 배설된 파워 네트워크에 대해서 신경 쓰지 않았다. 그들은 그들의 문서에 따라서 설치를 했다. 파워 네트워크로부터 EMI를 제어하고 컴퓨터의 안전을 유지하기 위해서 380V/50Hz 트랜스포머(그림.1의 C)를 설치했고 안전 그라운딩(그림.1의 D)을 위해서 건물의 남쪽에 접지 파일(plie)을 설치했다. 접지 저항은 2Ω 미만이어야 한다고 그들의 문서에 규정되어 있었다. 이 환경에서 컴퓨터는 몇 년 동안 잘 동작했다.

우리는 어떤 시스템에서 소프트웨어와 하드웨어의 시뮬레이션 테스트를 했다. 이 테스트를 할 때, 시스템의 신호는 케이블을 통해서 컴퓨터로 전달된다. 컴퓨터는 즉각적으로 이 신호에 응답을 했을 것이다. 시스템과 컴퓨터가 연결 되기 전에, 각각은 독립적으로 잘 돌아갔다. 불행하게도, 통신을 시작한 바로 그 순간 믿을 수 없는 현상이 나타났다. 컴퓨터와 시스템 모두 동작하지 않았다.

그림.1 연구실의 파워 공급

그것들은 분리되어 있을 때만 동작 했다. 무엇이 잘못된 것일까? 왜 호환되지 않는 것일까? 이 이상한 현상은 무리를 혼란스럽게 만들었고 이 현상을 없애기 위해서 많은 시도를 해 보았다.

컴퓨터와 시스템 근처에 엘리베이터가 있었기 때문에, 엘리베이터 안에 있는 릴레이 배열에서 오는 EMI 신호가 이 테스트에 영향을 주는 것이라고 의심했다. 엔리베이터를 셧 다운  시키고 테스트를 반복했다. 이상 현상을 없앨 수 없었다. 건물이 교통량이 많은 길 가에 있었기 때문에, 테스트를 자정에 시도해 보았다. 간섭을 없앨 수 없었다. 이런 실험 후에, 컴퓨터와 시스템 안에 있는 EMI 소스를 찾기 시작했다. 먼저, 전원 공급 와이어 간의 커플링을 의심했다. 그래서 와이어의 적절한 위치에 EMI 필터를 설치했다. 역시 작동하지 않았다. 이런 상황에 직면한 채 조심스런 조사가 수행되었다. 우리는 컴퓨터가 설치되기 전에 연구실과 시스템에 파워를 공급하는 다른 삼상 380V/50Hz 트랜스포머(그림.1의 A)가 있다는 것을 발견했다. 파워 공급 인입 레귤레이션에 따라서, 접지 파일이 건물의 북쪽에 설치 되었다(그림.1의 B). 그리고 이것은 트랜스포머 A의 외곽 쉴딩과 연결된다. 쉴딩에는 뉴트런(neutron) 와이어도 역시 연결된다. 문제는 접지 파일 B와 D 모두에 의해서 유발되었을 것이다. 그림.1을 일치하는 그림.2로 보여주면, B(트랜스포머 A의 접지 파일), Ga(연구실의 안전 그라운드 포인트), G(컴퓨터와 시스템 간의 그라운딩 기준), Gb(컴퓨터의 안전 그라운드 포인트), D(트랜스포머 C의 접지 파일)가 그라운딩 루프를 형성하는 것이 분명해 진다.

그림.2 그라운딩 루프

D(또는 Gb)와 B(또는 Ga) 사이의 거리가 대략 15미터 이고 Gb(또는 Ga)와 D(또는 B) 사이의 거리가 최소 3미터 이기 때문에, 그라운딩 루프는 대략 45평방미터이다. 이것은 심각한 EMI를 유발하기에 충분히 크다. 이 EMI 문제를 해결하기 위해서, 취해야 할 행동은 접지 파일을 Ga(또는 Gb)에서 끊는 것 뿐이다. 이런 마법적 처리 뒤에, B-Ga-G-Gb-D-B 그라운딩 루프가 제거되었기 때문에 컴퓨터는 시스템과 잘 매치되었다. 그라운딩 루프에 의해 형서오디는 EMI가 제거 되었다.

그라운딩 루프의 효과가 그림.3에 추상화 되어 있다.

그림.3 EMI 소스

루프 B-Ga-G-Gb-D-B를 통해서 변하는 장(field)는 유도된 전압 e를 만든다. 다음과 같이 예상할 수 있다.

E = - d * Φ/dt  = - sdB/dt

s:         루프 면적(m2)

dB/dt:   루프에 수직하는 자기 플럭스 강도

유도된 전압의 크기가 충분히 클 때 이 루르에 연결된 어떤 회로를 방해할 수 있다. 컴퓨터나 시스템이 동작하면, 루프를 통해 변화하는 전자기장이 반드시 있다. 유도된 신호 전위는 루프 경로를 따라서 만들어진다. 루프의 g 포인트에서 전위 eg는 다음처럼 예상될 수 있다.

eg = ig (rg + jωlg) - sdB/dt

ig:            루프에서 모멘트 전류

rg + jωlg:  땅을 기준으로하는 포인트 g에서의 리액턴스

유도된 전압이 얼마나 큰지 알기 위해서, 오실로스코프를 통해서 관측을 시도 했다. 오실로스코프의 그라운드 포인트는 최대한 그림.2의 Ga에 가깝게 연결하였다. 그리고 오실로스코프의 입력은 가능한 한 연결된 케이블 가깝게 달린다. 관측된 신호는 랜덤하고 오실로스코프와 동기되지 않을 것이다. 최대 크기는 3V 이상이었다. 그것은 믿기에 너무 큰 값이었다.

컴퓨터와 시스템을 포함한 이 시뮬레이션 연구실은 새로운 건물로 이사를 갔다. 그라운딩 루프로부터 EMI를 제어하기 위해서, 새로운 그라운딩 시스템을 조심스럽게 설계했다. 우리가 취한 첫 번째 단계는 연구실 밖에 있는 땅에 직경 20mm, 길이 3m의 구리 막대기 4개를 박는 것이었다. 그것은 접지 파일을 구성한다. 두 번째 단계는 4개의 막대기 모두를 폭 20mm, 두께 3mm의 구리 리본으로 솔더링 하여 연결하는 것이다. 3 포인트 방법으로 측정된 그라운딩 저항은 0.6Ω 이다. 세 번째 단계는 연구실 안에 그라운딩 버스를 설치하는 것이다. 그 다음 접지 파일과 그라운딩 버스를 폭 200mm, 두께 3mm의 구리 리본으로 연결한다(그림.4) 네 번째 단계는 전원 공급 네트워크에서 적당한 위치에 EMI 필터를 설치하는 것이다.

그림.4 새로운 그라운딩 시스템

1991년 이후로 이 연구실에서 많은  시뮬레이션 실험이 테스트 되었고 가끔은 하나 이상의 시스템이 같은 컴퓨터와 통신하였다. 지금까지 어떤 EMI도 관찰되지 않았다. 이 그라운딩 시스템은 호환이 되는 것을 보여준다.

그라운딩 루프는 어떤 PCB, 블랙박스, 서브시스템, 스시템에도 존재할 가능성이 있다. 시스템이 더 커질수록, 예를 들어 비행기나 배에서의 전기 시스템, 그라운딩 루프에 의해 유발 되는 EMI는 더욱 두드러질 것이다. 이런 종류의 EMI를 제어하기 위해서 가장 좋은 방법은 그라운드 루프를 제거하는 것이다. 제거하는 것이 불가능할 때, 유효한 방법은 그라운딩 루프의 면적을 가능한 한 작게 제한하는 것이다.

전자기 호환성이 승인된 옛날 시스템에 새로운 장비나 서브시스템을 추가하는 경우가 종종 있다. 이런 경우 EMI 제어는 모든 방면에서 고려되어야 한다. 어떤 부주의가 파워 공급, 케이블링, 그라운딩에 의해 그라운딩 루프를 형성할 수 있다.

원문: EMI Caused by A Grounding Loop. Guangfu Lui, AERODEV Electromagnetic Tech. Inc.

다축 모션 제어 서보 시스템은 EMI로 영향 받을 수 있는 디지털과 마이크로프로세서 회로를 포함한다. 또한 10~300 MHz에서 상당한 EMI를 만들 수 있는 고 에너지 스위칭 앰프를 포함하고 있다. 스위칭 노이즈는 분명히 모션 컨트롤러와 다른 전자 장비의 바른 동작을 간섭할 잠재성이 있다. 대부분의 모션 제어기 제조사들은 그들의 제품이 EMI에 민감하지 않게 매우 조심한다. 그러나 완벽한 면역은 불가능하다. EMI 문제를 회피하는 약간의 책임은 불가피하게 제어 시스템 통합자에게 있다. 이 가이드는 효과적인 EMI 억제 모션 제어 시스템을 설계하기 위한 패널 레이아웃(layout), 와이어링(wiring), 그라운딩(grounding), 쉴딩(shielding) 테크닉에 대해서 설명한다. 모든 엔지니어링 설계에서 완벽한 설계와 실용성 사이에서 타협은 불가피하다. 여기서 제안 하는 모든 것을 채용할 수 없을지 모른다. 그러나 EMI를 줄이기 위해 조심하는 것은 시작 비용과 미래의 운영 문제를 줄일 것이다.

설계 목표와 테크닉

첫 번째 디자인 목표 중 하나는 모든 신호 공통 리턴 지점을 같은 전위로 유지하는 것이다. 스위칭 앰프에 의해 생성되는 고주파 하모닉(최대 300MHz)에서, 이것이 항상 쉬운 것은 아니다. 이런 주파수에서, 전형적인 12 게이지(직경 약 2mm, 최대 전류 약 40A) 그라운드 와이어는 그라운드로의 낮은 저항성 경로가 아니라 인덕터와 커패시터의 직렬처럼 보인다. 통상적인 와이어보다 실버 주석 도금된 평평한 브레이드(braid)와 철 서브 패널 자체를 사용하는 것이 더 좋은 리턴 경로를 제공한다. 똑같이 중요한 두 번째 목표는 회로 간에 자기(magnetic) 커플링을 최소화 하는 것이다. 이것은 일반적으로 최소 간격과 와이어 라우팅으로 달성된다. 라디오 주파수 커플링은 적절한 쉴딩과 그라운딩 기술로 우선 다뤄지는 문제이다. 전이 스파이크로부터 보호하고 스파이크를 제거하는 것은 파워 라인 필터와 릴레이 코일의 적절한 서프레서(suppressor) 그리고 다른 인덕티브 한 부하로 달성한다.

모터 케이블 설치

쉴드 드레인 와이어와 안전 그라운드 와이어 둘 다 모터 파워 단자 옆에 위치한 서보 드라이브 그라운드 단자에 테미네이트 시킨다. 모터 케이블의 서보 드라이브 쪽 끝 쉴드 되지 않은 돼지꼬리와 쉴드 드레인 와이어는 20 cm를 넘지 않게 한다. 모터 케이블은 분리된 선로로 배선하거나 바른 배치를 위해 안전하게 묶여 고정될 수 있다.

가능한 모든 경우에, 서보 드라이브와 모터 사이에 단자 블록을 추가지 마라. 그렇게 함으로써 반드시 피해야 할 서보 드라이브로 돌아가는 고 에너지 노이즈 경로를 효과적으로 줄일 수 있다.

엔코더/리졸버 케이블

엔코더 또는 리졸버 피드백 케이블과 모터 케이블 혹은 AC 파워 케이블 사이에 최소한 30cm의 분리가 유지되도록 한다. 엔코더 케이블보다 리졸버 케이블에 더 치명적인데 왜냐하면 신호가 아날로그 속성을 갖기 때문이다. 리졸버와 엔코더 피드백 케이블을 분리된 배선관이나 선로에 배치할 것을 강력히 권고한다. 50 m 이상의 엔코더 케이블에서 전압 강하는 엔코더에서 전압을 최소값 이하로 줄인다. 50 m 보다 긴 케이블을 사용해야만 한다면 엔코더에 전압을 공급하기 위해서 모터/엔코더 가까이에 5 VDC 전원을 공급할 필요가 있다. 엔코더나 리졸버 케이블이 모터나 AC 파워 케이블을 가로질러야 한다면, 서로 직각이 되도록 한다. 가능한 모든 경우에, 엔코더/리졸버와 서보 드라이브나 컨트롤러 사이에 단자 블록을 추가지 마라. 그렇게 함으로써 반드시 피해야 할 서보 드라이브나 컨트롤러로 돌아가는 고 에너지 노이즈 경로를 효과적으로 줄일 수 있다.

DC 파워 서플라이 와이어링

모든 파워 서플라이 리턴(기준 공통)은 낮은 임피던스 그라운드 스트랩을 사용해서 패널에 묶어야 한다. 이런 목적으로 최소 6mm 폭을 갖는 실버 주석 도금된 평평한 구리 브레이드가 이상적이다. 일반적인 와이어보다 브레이드를 사용하는 것이 선형 서플라이보다 스위칭 파워 서플라이를 사용할 때 더 중요하다. 이런 그라운딩 스트랩은 10 cm보다 짧아야 한다. 그라운드 스트랩은 어플리케이션 전기 코드의 요구에 따라 어떤 안전 그라운드 와이어에 추가로 사용되어져야 한다. PLC에 묶인 하나 이상의 컨트롤러 시스템에서 각 컨트롤러는 DC I/O 회로를 위해 각각 자신의 24VDC 파워 서플라이를 가져야 한다. 아날로그와 디지털회로를 포함한 파워 반도체 로직 보드에서 사용되는 저 전압 DC 파워 서플라이에서, 리드 와이어 길이를 최소로 유지하라. 20 cm 이하가 선호된다. 멀리 떨어진 회로 간에 하나의 파워 서플라이를 공유하기 보다는 가능하면 하나 이상의 파워를 사용해라. 서보 드라이브에 사용되는 고 전압 DC 파워 서플라이는 설치 매뉴얼의 지시에 따라서 서보 드라이브 가까이에 배치되어야 한다. 서보 드라이브가 외부 재생(regeneration) 저항을 갖고 있으면, 재생 와이어링은 모터 케이블과 같이 취급되어야 한다. 그것은 낮은 임피던스로 브레이드 된 쉴드를 가져야 하며 쉴드는 드라이브 끝에서만 패널에 테미네이트 되어야 한다.