Contents
1. 필름 커패시터란?
필름 커패시터는 이름에서 알 수 있듯이 플라스틱 필름을 유전체로 사용합니다.
이 유형의 커패시터의 기술적 선구자는 19세기 후반에 발명된 페이퍼 커패시터입니다.
이 커패시터는 종이에 오일이나 파라핀으로 적셔져 있는 층이 알루미늄 호일 사이에 쌓여 둥근 모양으로 말려진 구조였습니다.
금속 호일을 종이 대신 증착 증기에 의해 직접 만든 금속층으로 대체한 커패시터를 MP(메탈라이즈드 페이퍼) 커패시터라고 합니다.
이 기술을 기반으로 1930년대에 필름 커패시터가 개발되었습니다.
필름 커패시터는 다층 세라믹 칩 커패시터에 비해 작게 만드는 것이 어렵지만 고절연 저항과 높은 신뢰성을 제공합니다.
이 커패시터는 가정용 전기제품, 자동차 전자 회로, 산업용 장비, 전력 전자기기 등 다양한 곳에서 찾을 수 있습니다.
내부 전극이 형성되는 방식에 따라 필름 커패시터는 주로 두 가지 주요 범주로 나뉩니다.
즉, 호일 전극 형식과 증착 전극(메탈라이즈드 필름) 형식입니다.
구조에 따른 하위 범주에는 감싼 유형, 적층 유형, 인덕티브 및 무인덕티브 유형 등이 있습니다.
- 호일 전극 형식: 이 형식의 커패시터는 알루미늄 또는 다른 금속으로 만들어진 호일을 사용합니다.
이 호일은 필름과 함께 쌓이고 커패시터의 전기 용량을 형성합니다.
호일 전극 형식은 높은 정확도와 안정성을 제공하며, 넓은 주파수 범위에 사용될 수 있습니다. - 증착 전극(메탈라이즈드 필름) 형식: 이 형식의 필름 커패시터 (Film Capacitor)는 필름에 직접 금속 층을 증착하여 전기 용량을 형성합니다.
이러한 형식은 더 높은 효율성과 안정성을 제공하며, 일반적으로 더 작고 경량입니다.
이러한 이점으로 인해 증착 전극 형식은 고주파 응용 및 고온 환경에서 더 많이 사용됩니다.
플라스틱 필름을 사용하는 커패시터는 다양한 설계와 구성 요소를 통해 다양한 응용 분야에서 사용됩니다.
이러한 다양성은 전자 기기의 성능과 안정성을 향상시키는 데 기여합니다.
- 연관 참조 : 커패시터 원리, 동작, 특징과 장.단점, 선정 및 주의 사항
- 연관 참조 : 커패시터의 종류별 특징,극성 종류, 무극성 종류, 선택과 수명 관리
- 연관 참조 : 커패시터 직병렬, 직렬 예제, 병렬 예제, 직.병렬 예제
- 연관 참조 : MLCC 구조와 원리, SLCC vs. MLCC, 커패시턴스 값 결정, 세라믹 커패시터 특성
- 연관 참조 : AC 회로 커패시터, 동작, Phasor Diagram, 리액턴스, 예제 풀이 2개
- 연관 참조 : 탄탈 커패시터,구조, 종류, vs. 알루미늄 커패시터, vs. 세라믹 커패시터,용량값 읽는법
- 연관 참조 : 바이패스 커패시터 원리,역활,디커플링?,커플링?,종류와 특징, 설계 주의
- 연관 참조 : 슈퍼 커패시터 원리, 구조, 구조별 종류 3가지, 장.단점 비교,기술 개발 동향
2. 구조 및 동작원리
필름 커패시터는 얇은 유전체 필름으로 설계되었으며, 커패시터의 한쪽은 금속화되어 있습니다.
이 필름은 매우 얇으며 두께는 1 µm 미만입니다.
2-1) 구조 및 동작 원리
2-1-1) 구조
- 유전체 필름: 이 커패시터의 핵심 구성 요소는 얇은 유전체 필름입니다.
이 필름은 주로 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리페닐렌 술파이드(PPS) 등의 플라스틱 소재로 만들어집니다. - 전극: 이 커패시터에는 한 쪽 필름이 금속화되어 있습니다.
금속화된 쪽은 전극과 연결됩니다.
2-1-2) 동작 원리
- 필름 커패시터는 두 개의 전극 사이에 유전체 필름을 두고 구성됩니다.
전압이 가해지면 전극 사이의 유전체에 전기장이 형성됩니다. - 유전체 필름이 매우 얇기 때문에 전기장이 유전체를 통해 빠르게 전파됩니다.
이 과정에서 전기장이 축적되어 전기 용량이 형성됩니다. - 필름 커패시터 (Film Capacitor)의 한 측면에 금속화된 필름은 전극으로 동작하며, 전기를 저장하고 전기장을 형성합니다.
- 전압이 가해지면 이 커패시터의 유전체 내부에서 전기장이 형성되고 저장됩니다.
이것은 커패시터의 주요 기능인 전기 용량을 형성합니다.
커패시터는 기본적으로 전기장을 저장하고 전기 용량을 생성하여 전기적 에너지를 보관하는 장치입니다.
필름 커패시터 (Film Capacitor)의 동작 원리는 유전체를 이용하여 전기 용량을 형성하는 것에 있습니다.
이러한 구조와 동작 원리로 인해 필름 커패시터는 다양한 응용 분야에서 널리 사용되며, 고전압 및 고주파 응용에 특히 효과적입니다.
2-2) 용량 및 전압 등급
필름 커패시터 (Film Capacitor)의 용량과 전압 등급은 커패시터의 성능과 사용 환경을 결정하는 중요한 요소입니다.
2-2-1) 용량(Capacitance)
필름 커패시터의 용량은 커패시터가 저장할 수 있는 전하량을 나타냅니다.
용량은 피코패럿(pF) 또는 마이크로패럿(µF) 단위로 측정됩니다.
필름 커패시터 (Film Capacitor)의 용량은 커패시터의 크기, 유전체 소재 및 구조에 따라 결정됩니다.
일반적으로 용량이 큰 커패시터는 더 많은 전하를 저장할 수 있으며, 높은 용량은 저주파 응용에 적합합니다.
필름 커패시터의 용량은 전기 회로에서 필요한 특정 용량에 따라 선택됩니다.
작은 용량은 고주파 응용에 적합하며, 큰 용량은 저주파 응용에 적합합니다.
2-2-2) 전압 등급(Voltage Rating)
전압 등급은 커패시터가 견딜 수 있는 최대 전압을 나타냅니다. 전압 등급은 볼트(V) 단위로 표시됩니다.
필름 커패시터의 전압 등급은 커패시터의 신뢰성 및 안정성을 보장하는 데 중요합니다.
커패시터에 가해지는 전압이 전압 등급을 초과하면 커패시터가 손상될 수 있습니다.
전압 등급은 커패시터가 사용될 예상 환경과 응용 분야에 따라 선택되어야 합니다.
고전압 응용에서는 높은 전압 등급이 필요하며, 낮은 전압 응용에서는 낮은 전압 등급이 필요합니다.
전압 등급은 커패시터의 설계 및 재료에 따라 결정되며, 주로 제조업체가 정의하고 테스트합니다.
즉, 용량과 전압 등급은 커패시터의 성능과 안정성을 결정하는 중요한 요소이며, 적절한 용량과 전압 등급을 선택하는 것이 중요합니다.
적절한 용량과 전압 등급을 선택하여 커패시터가 해당 응용 분야에서 올바르게 작동하고 장기간에 걸쳐 안정적으로 작동할 수 있도록 보장해야 합니다.
3. 필름 커패시터의 사용되는 주요 유전체 및 특징
필름 커패시터의 유전체로 사용되는 플라스틱 필름은 여러 종류가 있습니다.
- PET 필름 (폴리에틸렌 테레프탈레이트)
PET 필름은 필름 커패시터의 유전체로 사용됩니다.
PET 필름은 DuPont사의 Mylar 브랜드 이름으로 유명합니다.
따라서 PET을 유전체로 사용하는 커패시터는 종종 Mylar 커패시터로 불립니다.
PET 필름은 열 및 습도에 대해 우수한 내구성을 가지고 있으며, 일반적으로 저비용으로 제공됩니다. - 스티롤 필름 (폴리스티렌 레진)
스티롤 필름은 폴리스티렌(스티롤 레진)을 유전체로 사용합니다.
스티롤 커패시터는 과거에는 널리 사용되었지만, 현재는 PP(폴리프로필렌) 유형에 대부분 교체되었습니다.
스티롤 커패시터는 현재 중요한 양으로 생산되지 않습니다. - PP 필름 (폴리프로필렌)
PP 필름은 현재 필름 커패시터의 주요 유전체 중 하나입니다.
PP 필름은 내구성이 뛰어나고 높은 절연 성능을 제공하여 다양한 응용 분야에서 사용됩니다.
PP 필름은 PET이나 스티롤에 비해 더 우수한 전기적 특성을 가지고 있습니다.
이러한 플라스틱 필름은 각각의 장단점과 특성을 가지고 있으며, 커패시터의 사용 환경과 요구 사항에 따라 선택되어야 합니다.
필름 커패시터는 다양한 기술적 요구 사항을 충족시키기 위해 다양한 유형의 유전체를 사용하여 제조됩니다.
4. 필름 커패시터 주요 특성
4-1) 최대 전압 (Rated voltage)
커패시터에 적용할 수 있는 최대 전압을 지정합니다.
최대 전압은 직류(DC)와 교류(AC)에 대해 제공될 수 있습니다.
필름 커패시터의 경우, DC 및 AC 최대 전압은 일반적으로 수십 볼트부터 수백 볼트 범위에 있습니다.
전력 시스템용 고전압 타입은 수천 볼트 이상의 AC 전압 등급을 가질 수 있습니다.
AC 등급은 교류 전류를 처리하는 회로에 사용되는 커패시터의 전압을 가리킵니다.
AC 사용 시 일정 수준의 전압을 초과하면 코로나 방전이 발생할 수 있습니다.
지속적인 코로나 방전은 절연 파단을 유발할 수 있습니다.
최대 전압은 온도가 상승함에 따라 감소하는 경향이 있으므로, 커패시터는 충분한 여유 마진을 갖고 선택되어야 합니다.
4-2) 자가 발열 (Self-heating)
자가 발열(Self-heating)은 필름 커패시터에서 발생하는 현상으로, 고주파 전류나 리플 전류 등의 전류가 흐를 때 발생합니다.
전류가 흐를 때 콘덴서 내부의 저항에서 열이 발생하여 콘덴서의 온도가 상승합니다.
일반적으로 필름 커패시터에서의 자가 발열은 약 5℃에서 10℃ 정도로 유지되지만, 주위 온도와 자가 발열 온도의 합이 콘덴서의 사용 범위를 초과하지 않도록 주의해야 합니다.
즉, 콘덴서의 최대 사용 온도와 주위 온도, 그리고 자가 발열로 인한 온도 상승을 모두 고려하여 적절한 콘덴서를 선택해야 합니다.
자가 발열은 고주파 전류나 리플 전류와 같은 특정한 전류 유형에 의해 발생하는데, 이러한 현상을 관리하기 위해서는 적절한 콘덴서 선택과 설계가 필요합니다.
고정류나 리플 전류로 인한 자가 발열이 콘덴서의 성능에 부정적인 영향을 미칠 수 있으므로, 이러한 측면을 고려하여 회로를 설계해야 합니다.
4-3) 열 특성 및 용량의 주파수 특성
필름 커패시터의 용량은 온도에 영향을 받습니다.
변화 비율은 유전체로 사용되는 플라스틱 필름의 종류에 따라 다릅니다.
PPS의 경우 용량 변화가 거의 없습니다.
PET의 경우 양의 온도 계수로 특징 지어지며, PP는 음의 온도 계수를 가집니다.
용량은 주파수에 따라도 변할 수 있습니다.
PPS의 특징은 열 특성과 주파수 특성이 우수하다는 것입니다.
4-4) 탄젠트(절연체 탄젠트)의 열 특성 및 주파수 특성
탄젠트(절연체 탄젠트) 값이 작을수록 열 손실이 적어지므로 필름 커패시터의 품질이 높아집니다.
그러나 탄젠트는 주파수가 높아질수록 증가하는 경향이 있습니다.
이 증가는 PP 커패시터에서 가장 뚜렷하며, 이러한 특성으로 인해 고전류 응용에 적합합니다.
PP 커패시터의 경우 온도에 따른 탄젠트의 변화가 거의 없습니다.
4-5) 증착 전극의 자가 치유 및 보호 기능
증착 전극 필름 커패시터의 주요 특징은 증착 전극의 자가 치유 기능입니다.
필름의 전기적으로 약한 지점이나 과도한 전압이 적용되면 절연 파단이 발생할 수 있습니다.
이때 증착된 필름은 순간적으로 산화되어 절연 상태를 복원합니다.
이러한 속성을 향상시키기 위해 대부분의 이 유형의 커패시터에는 증착 필름에 보호 기능이 포함됩니다.
필름 전체 영역에 균일하게 증착하는 대신, 필름은 여러 개의 타일 모양 영역으로 나누어져 얇은 퓨즈 섹션으로 연결됩니다.
자가 치유 능력을 초과하는 절연 파단 상황이 발생하면 퓨즈 섹션이 녹아 절연 파단을 막습니다.
이러한 속성을 달성하기 위해 다양한 종류의 증착 패턴이 사용됩니다.