캐패시터의 응용

콘덴서는 전자 및 전기 시스템에 많은 용도가 있다.그것들은 매우 어디에나 있어서 전기 제품이 어떤 목적을 위해 적어도 하나를 포함하지 않는 것은 드물다.

에너지 저장

콘덴서는 충전 회로에 연결되었을 때 전기 에너지를 저장할 수 있다.그리고 충전 회로로부터 분리되면 저장된 에너지를 소산할 수 있기 때문에 임시 배터리처럼 사용할 수 있다.콘덴서는 배터리가 교체되는 동안 전력 공급을 유지하기 위해 전자 장치에 일반적으로 사용된다.(이는 휘발성 메모리의 정보 손실을 방지한다.)

기존의 정전기 콘덴서는 에너지 밀도의 킬로그램 당 360줄 이하를 제공하는 반면, 개발 기술을 사용하는 콘덴서는 킬로그램 당 2.52킬로 줄 이상을 제공할 수 있다.^[1]

자동차 오디오 시스템에서는 대형 커패시터가 앰프가 온디맨드 방식으로 사용할 수 있도록 에너지를 저장한다.

무정전 전원 공급 장치(UPS)에는 서비스 수명을 연장하기 위해 유지보수가 필요 없는 캐패시터를 장착할 수 있다.^[2]

펄스 파워 및 무기

많은 펄스 전력 애플리케이션에서 거대한 전류 펄스를 공급하기 위해 특수하게 구성된 저인덕턴스 고전압 캐패시터(캐패시터 뱅크) 그룹이 사용된다.여기에는 전자기 형성, 마르크스 생성기, 펄스 레이저(특히 TEA 레이저), 펄스 형성 네트워크, 핵융합 연구, 입자 가속기가 포함된다.

대형 콘덴서 뱅크(저수지)는 핵무기 및 기타 특수무기에서 폭발하는 브리지와이어 기폭장치 또는 슬래퍼 기폭장치의 에너지원으로 사용된다.전자파 무장과 전자파 레일건 또는 코일건의 전원으로 캐패시터 뱅크를 사용하는 실험 작업이 진행 중이다.

전원 조절

저장용 콘덴서는 전원 공급기에서 전체 또는 반파 정류기의 출력을 부드럽게 하는 데 사용된다.입력 전압보다 높은 전압을 생성하는 과정에서 충전 펌프 회로에서도 에너지 저장 요소로 사용할 수 있다.

캐패시터는 신호 또는 제어 회로의 전류 변동을 원활하게 하기 위해 대부분의 전자 장치의 DC 전원 회로와 병렬로 연결된다.예를 들어 오디오 장비는 이러한 방식으로 여러 개의 콘덴서를 사용하여 전원 라인이 신호 회로에 들어가기 전에 웅웅거리는 소리를 분리한다.콘덴서는 DC 전원에 대한 로컬 예비역 역할을 하며 전원 공급 장치에서 AC 전류를 우회한다.이는 경화 캐패시터가 납산 자동차 배터리에 대한 리드의 인덕턴스와 저항을 보상할 때 차량 오디오 애플리케이션에 사용된다.

역률 보정

전력 분배에서 콘덴서는 전력 인자 보정에 사용된다.그러한 콘덴서는 흔히 3상 전기 부하로 연결된 3개의 콘덴서로 나온다.일반적으로 이러한 캐패시터의 값은 패러드가 아니라 VAR(Volt-Amperes reactive)의 반응 전력으로 제공된다.목적은 유도 모터, 전기 모터 및 변속기 라인과 같은 장치의 유도 부하에 대응하여 부하가 대부분 저항성이 있는 것처럼 보이도록 하는 것이다.개별 모터 또는 램프 부하에는 전력 인자 보정을 위한 커패시터가 있을 수 있으며, 일반적으로 자동 스위칭 장치가 있는 대형 콘덴서 세트를 건물 내 부하 센터 또는 대형 유틸리티 변전소에 설치할 수 있다.고전압 직류 전송 시스템에서, 전력 인자 보정 캐패시터는 AC 전원 시스템에 주입될 고조파 전류를 억제하기 위한 튜닝 인덕터를 가질 수 있다.

억제 및 결합

바람직하지 않은 주파수를 억제하는 데 사용되는 캐패시터를 필터 캐패시터라고도 한다.전기 및 전자 장비에서 공통적으로 사용되며 다음과 같은 다양한 용도에 적용된다.

• 직류(DC) 전원 레일의 글리치 제거
• 장비에 들어오고 나가는 신호 또는 전원 라인에 대한 무선 주파수 간섭(RFI) 제거
• 전압 조절기 후 DC 전원 공급을 더욱 원활하게 하기 위해 사용되는 캐패시터
• 오디오, 중간 주파수(IF) 또는 무선 주파수(RF) 필터에 사용되는 캐패시터(예: 로우패스, 하이패스, 노치 등)
• 아크 억제(예: 접촉 차단기 또는 스파크 점화 엔진의 '점')

신호 커플링

캐패시터는 AC를 통과하지만 DC 신호를 차단하기 때문에(적용된 DC 전압까지 충전된 경우), 종종 신호의 AC와 DC 구성요소를 분리하는 데 사용된다.이 방법은 AC 커플링 또는 "용량 커플링"으로 알려져 있다.여기에는 값을 정확하게 제어할 필요는 없지만 신호 주파수에서 리액턴스가 작은 대용량 캐패시턴스가 사용된다.

디커플링

디커플링 커패시터는 회로의 한 부분을 다른 부품과 분리하는 데 사용되는 커패시터다.다른 회로 요소에 의해 발생하는 노이즈는 커패시터를 통해 떨림으로써 회로의 나머지 부분에 미치는 영향을 감소시킨다.그것은 전력 공급과 접지 사이에 가장 흔히 사용된다.대체 이름은 회로의 전원 공급 장치 또는 기타 고임피던스 구성 요소를 우회하는 데 사용되므로 바이패스 캐패시터(bypass capacitor)이다.

하이패스 및 로우패스 필터

하이패스 필터(HPF)는 특정 컷오프 주파수보다 높은 주파수로 신호를 전달하고 컷오프 주파수보다 낮은 주파수로 신호를 감쇠하는 전자 필터다.각 주파수의 감쇠량은 필터 설계에 따라 달라진다.고역 통과 필터는 대개 선형 시간 변화 시스템으로 모델링된다.저컷 필터나 베이스컷 필터라고도 한다.[1] 하이패스 필터는 0이 아닌 평균 전압이나 무선 주파수 소자에 민감한 회로로부터 DC를 차단하는 등 많은 용도를 가지고 있다.저역 통과 필터와 연계해 밴드패스 필터를 제작할 수도 있다.

로우패스 필터(LPF)는 선택된 컷오프 주파수보다 낮은 주파수로 신호를 전달하고 컷오프 주파수보다 높은 주파수로 신호를 감쇠하는 필터다.필터의 정확한 주파수 응답은 필터 설계에 따라 달라진다.필터를 하이컷 필터(High-cut Filter), 또는 오디오 어플리케이션에서는 [[]^[3]라고 부르기도 한다.저역 통과 필터는 고역 통과 필터를 보완한 것이다.

노이즈 필터 및 스너버

유도 회로가 열리면 인덕턴스를 통한 전류가 빠르게 붕괴되어 스위치나 릴레이의 개방 회로에 걸쳐 큰 전압이 발생한다.인덕턴스가 충분히 크면 에너지는 전기 스파크를 발생시켜 접촉점이 산화, 열화 또는 때로는 함께 용접되거나 솔리드 스테이트 스위치를 파괴한다.새로 개방된 회로에 걸쳐 스너버 캐패시터는 접촉점을 우회하려는 충동을 위한 경로를 생성하여 접촉 차단기의 수명을 보존한다. 예를 들어 이러한 충동은 일반적으로 접촉 차단기 점화 시스템에서 발견된다.마찬가지로, 소형 회로에서는 스파크가 스위치를 손상시킬 정도는 아니지만 필터 캐패시터가 흡수하는 바람직하지 않은 무선 주파수 간섭(RFI)을 방출할 것이다.스너버 콘덴서는 에너지를 소산하고 RFI를 최소화하기 위해 일반적으로 저값 저항기와 직렬로 사용된다.그러한 저항기와 수용기 조합은 단일 패키지로 이용할 수 있다.

콘덴서는 또한 이들 장치들 사이에 전압을 균등하게 분배하기 위해 고전압 회로 차단기의 단위를 차단하는 데 병렬로 사용된다.이 경우에 그것들은 정지 캐패시터라고 불린다.

개략도 다이어그램에서 DC 충전 저장에 주로 사용되는 콘덴서는 회로 다이어그램에서 수직으로 그려지는 경우가 많으며, 더 낮은 음의 판은 호로 그려진다.직선판은 양극화된 경우 장치의 양극 단자를 나타낸다(전해 콘덴서 참조).

DC 모터 억제

세라믹 디스크 콘덴서는 낮은 인덕턴스와 낮은 비용으로 저전압 모터의 스너버 회로에 주로 사용된다.

스위치 모드 전원 공급 장치 필터링

높은 리플 전류를 처리하려면 낮은 ESR(등가 직렬 저항) 전해질이 필요한 경우가 많다.

주 필터링

주 필터 캐패시터는 낮은 비용으로 높은 전압 정격을 제공하고 자가 치유 및 퓨즈가 가능하기 때문에 일반적으로 캡슐화된 상처 플라스틱 필름 유형이다.주 필터 캐패시터는 흔히 세라믹 RFI/EMI 억제 캐패시터다.주전원 필터링을 위한 추가적인 안전 요구사항:

• 중성 콘덴서에 대한 라인은 내화성이며, 유럽에서는 X등급 유전체를 사용해야 한다.
• 선 또는 지상에서 중립: 난연제여야 한다. 또한 유전체는 자가 치유되고 용해되어야 한다.유럽에서 이것들은 클래스 Y 콘덴서들이다.

파워 레일 필터링

전해 캐패시터는 저비용과 저크기의 대용량으로 인해 주로 사용된다.고주파수에서 전해질의 저조한 성능을 보상하기 위해 소형 비전기전자전자를 이것과 병렬로 연결할 수 있다.

컴퓨터는 많은 수의 필터 콘덴서를 사용하므로 크기가 중요한 요소가 된다.고체 탄탈룸과 습식 탄탈룸 캐패시터는 가장 부피적으로 효율적인 포장에서 최고의 CV(Capacitance/전압) 성능을 제공한다.높은 전류와 낮은 전압도 저등가 직렬 저항(ESR)을 중요하게 만든다.솔리드 탄탈럼 캐패시터는 ESR 요구 사항을 충족할 수 있는 낮은 ESR 버전을 제공하지만, 모든 캐패시터 중 가장 낮은 ESR 옵션은 아니다.고체 탄탈럼은 설계 단계에서 다루어져야 하는 추가적인 문제가 있다.고체 탄탈럼 콘덴서는 모든 용도에서 전압을 낮춰야 한다.50% 전압 저하가 권장되며 일반적으로 업계 표준으로 인정된다. 예를 들어, 50V 고체 탄탈럼 콘덴서는 25V 이상의 실제 적용 전압에 노출되어서는 안 된다.고체 탄탈럼 콘덴서는 적절한 관리를 하고 모든 설계 지침을 주의 깊게 준수한다면 매우 신뢰할 수 있는 부품이다.불행하게도 고체 탄탈럼 콘덴서의 고장 메커니즘은 짧은 기간으로, 콘덴서를 완전히 파괴할 뿐만 아니라 가까운 곳에서 다른 구성품을 손상시킬 수 있는 PCB에서 격렬한 플레어링과 흡연을 야기할 것이다.다행히도 대부분의 고체 탄탈럼 콘덴서 고장은 즉각적이고 매우 명백할 것이다.일단 응용하면 고체 탄탈럼 캐패시터 성능이 시간이 지남에 따라 향상되고 부품 잘못 제조로 인한 고장 가능성이 감소한다.습식 탄탈룸은 밀폐된 전해 물질에 탄탈룸 펠릿을 사용하는 전해 콘덴서의 일종이다.이러한 유형의 탄탈럼 콘덴서는 고체 탄탈럼이 하는 것과 같은 조롱을 필요로 하지 않으며 그 고장 메커니즘이 열려 있다.85C에서 125C까지 작동할 경우 젖은 탄탈럼의 경우 10%에서 20%의 전압 저하 곡선이 권장된다.젖은 탄탈룸은 보통 '전기'라고만 부르지 않는데, 보통 '전기'는 알루미늄 전해질을 가리킬 수 있기 때문이다.

모터 시동기

단상 다람쥐 케이지 모터에서 모터 하우징 내의 1차 권선은 로터 위에서 회전 운동을 시작할 수 없지만 회전 운동을 지속할 수 있다.모터를 시동하기 위해 2차 권선을 비극성 시동 콘덴서와 직렬로 사용하여 시작 권선을 통해 사인파 전류의 지연을 발생시킨다.2차 권선이 1차 권선에 대해 각도에 놓이면 회전 전기장이 생성된다.회전장의 힘은 일정하지 않지만 로터 회전을 시작하기에 충분하다.로터가 작동 속도에 가까워지면 원심 스위치(또는 주 권선과 직렬로 연결된 전류 감지 릴레이)가 콘덴서를 분리한다.시동 콘덴서는 일반적으로 모터 하우징 측면에 장착된다.이를 캐패시터-시동 모터라고 하며 상대적으로 시동 토크가 높다.

또한 2차 권선과 직렬로 영구적으로 연결된 위상 변화 캐패시터를 가진 캐패시터 구동 유도 모터도 있다.모터는 2상 유도 모터와 매우 비슷하다.

모터 구동식 콘덴서는 일반적으로 극성이 아닌 전해질 유형인 반면, 구동식 콘덴서는 기존의 종이 또는 플라스틱 필름 유전체 유형이다.

신호처리

캐패시터에 저장된 에너지는 아날로그 샘플링 필터와 충전 커플링 장치 CCD와 같이 2진수 형태 또는 아날로그 형태로 정보를 나타내기 위해 사용될 수 있다. 캐패시터는 통합자 또는 보다 복잡한 필터의 구성 요소로 아날로그 회로와 음의 피드백 루프 안정화에서 사용될 수 있다.신호 처리 회로는 또한 캐패시터를 사용하여 전류 신호를 통합한다.

튜닝 회로

커패시터와 인덕터는 튜닝된 회로에서 함께 적용되어 특정 주파수 대역의 정보를 선택한다.예를 들어, 라디오 수신기는 스테이션 주파수를 조정하기 위해 가변 캐패시터를 사용한다.스피커는 패시브 아날로그 크로스오버를, 아날로그 이퀄라이저는 캐패시터를 사용해 다른 오디오 밴드를 선택한다.

감지

대부분의 콘덴서는 고정된 물리적 구조를 유지하도록 설계되어 있다.그러나, 다양한 요인들이 캐패시터의 구조를 바꿀 수 있다. 따라서 캐패시턴스의 변화는 그러한 요인을 감지하는 데 사용될 수 있다.

유전체 변경

유전체 특성 변화 효과는 감지 및 측정에 사용될 수도 있다.노출되고 다공성 유전체가 있는 캐패시터를 사용하여 공기 중의 습도를 측정할 수 있다.캐패시터는 비행기의 연료 레벨을 정확하게 측정하는 데 사용된다. 연료가 한 쌍의 플레이트를 더 많이 덮을수록 회로 캐패시턴스가 증가한다.

플레이트 간 거리 변경

신축성 있는 플레이트가 있는 콘덴서는 변형률이나 압력 또는 무게를 측정하는 데 사용될 수 있다.

공정 제어에 사용되는 산업용 압력 송신기는 오실레이터 회로의 콘덴서 판을 형성하는 압력 감지 다이아프램을 사용한다.콘덴서 마이크로폰에서는 다른 플레이트의 고정 위치에 비례하여 한 플레이트가 공기 압력에 의해 이동되는 센서로 캐패시터를 사용한다.일부 가속도계는 칩에 식각된 마이크로 전자기계 시스템(MEMS) 캐패시터를 사용해 가속 벡터의 크기와 방향을 측정한다.이 센서는 틸트 센서로서 가속도 변화를 감지하거나 자유 낙하 감지, 에어백 전개를 트리거하는 센서로서, 그리고 기타 많은 응용 분야에서 사용된다.일부 지문 센서는 캐패시터를 사용한다.

플레이트의 유효 영역 변경

정전식 터치 스위치는 현재 많은 소비자 전자 제품에 사용되고 있다.

오실레이터

콘덴서는 오실레이터 회로에서 스프링과 같은 품질을 가질 수 있다.이미지 예에서 캐패시터는 npn 트랜지스터 베이스의 바이어싱 전압에 영향을 주는 작용을 한다.전압 분할 저항기의 저항 값과 캐패시터의 캐패시턴스 값이 함께 진동 주파수를 제어한다.

위험 및 안전

콘덴서는 회로의 전원이 차단된 후에도 오랫동안 전하를 유지할 수 있다. 이 전장은 위험하거나 심지어 치명적 충격이나 연결된 장비 손상을 초래할 수 있다.예를 들어, 1.5볼트 AA 배터리로 구동되는 일회용 카메라 플래시 장치와 같이 외관상 무해해 보이는 장치도 300볼트 이상으로 충전될 수 있는 콘덴서를 포함하고 있다.이것은 쉽게 충격을 전달할 수 있다.전자 기기의 서비스 절차에는 일반적으로 대형 또는 고전압 캐패시터를 방전하라는 지침이 포함된다.캐패시터에는 또한 전원이 차단된 후 몇 초 이내에 저장된 에너지를 안전한 수준으로 소산하기 위한 방전 저항기가 내장되어 있을 수 있다.유전체 흡수로 인해 잠재적으로 위험한 전압으로부터 보호하기 위해 단자가 단락된 상태에서 고전압 캐패시터를 저장한다.

일부 오래된 대형 오일 충전 캐패시터에는 폴리염소화 바이페닐(PCB)이 들어 있다.폐PCB는 매립지 지하수로 유출될 수 있는 것으로 알려져 있다.PCB가 들어 있는 콘덴서는 "아스카렐"과 몇 개의 다른 상호가 들어 있는 것으로 표시되었다.PCB 충전 캐패시터는 매우 오래된(1975년 이전) 형광등 밸러스트 및 기타 용도에서 발견된다.

고전압 캐패시터는 정격 이상의 전압이나 전류를 적용받거나 정상 수명에 도달할 때 심각한 고장이 발생할 수 있다.유전체 또는 금속 상호접속 장애는 유전체 액을 기화시켜 불룩, 파열 또는 폭발을 유발하는 아크를 발생시킬 수 있다.RF 또는 지속적인 고전류 애플리케이션에 사용되는 콘덴서는 특히 콘덴서 롤의 중앙에서 과열될 수 있다.고에너지 캐패시터 뱅크에서 사용되는 캐패시터는 한 캐패시터가 단락되면 나머지 뱅크에 저장된 에너지를 고장난 유닛으로 갑자기 덤핑하는 원인이 될 때 격렬하게 폭발할 수 있다.고전압 진공 캐패시터는 정상 작동 중에도 부드러운 X선을 생성할 수 있다.적절한 격납, 결합 및 예방 유지보수는 이러한 위험을 최소화하는 데 도움이 될 수 있다.

고전압 캐패시터는 고전압 직류(HVDC) 회로의 가동 시 주입 전류를 제한하기 위한 사전 충전의 이점을 얻을 수 있다.이렇게 하면 부품의 수명이 연장되고 고전압 위험이 완화될 수 있다.

참고 항목

• 글리치 제거

참조