Capacitor Guide 2/3 - 타입편

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.

문자	전압
e	2.5
G	4
J	6.3
A	10
C	16
D	20
E	25
V	35
H	50

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