축전기 종류

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커패시터는 다양한 스타일, 형태, 치수 및 다양한 재료로 제조됩니다. 이들은 모두 절연 층(유전체)으로 분리된 플레이트라고 불리는 적어도 두 개의 전기 도체를 포함합니다. 커패시터는 많은 일반적인 전기 장치에서 전기 회로의 일부로 널리 사용됩니다.

커패시터는 저항기 및 인덕터와 함께 전자 장비의 수동 구성 요소 그룹에 속합니다. 소형 커패시터는 증폭기의 단계 사이에 신호를 커플링하거나 전기 필터 및 튜닝된 회로의 구성 요소 또는 정류 전류를 평활화하기 위한 전원 공급 시스템의 일부로 전자 장치에서 사용됩니다. 더 큰 커패시터는 스트로브 조명과 같은 용도, 일부 유형의 전기 모터의 부품으로 에너지 저장을 위해 사용되거나 AC 배전 시스템에서 역률 보정을 위해 사용됩니다. 표준 커패시터는 고정된 용량 값을 갖지만 조정 가능한 커패시터는 튜닝된 회로에서 자주 사용됩니다. 필요한 정전 용량, 작동 전압, 전류 처리 용량 및 기타 특성에 따라 다양한 유형이 사용됩니다.

절대 수치에서 가장 일반적으로 제조되는 커패시터는 동적 랜덤 액세스 메모리, 플래시 메모리 및 기타 장치 칩에 통합되지만 이 문서에서는 이산 구성 요소를 다룹니다.

일반적 특성

재래식 공사

종래의 축전기는 두 개의 전극판 사이의 전기장에서 전하 분리에 의해 정전기로서 전기 에너지를 저장하고 있습니다. 전하 캐리어는 일반적으로 전자이며, 단위 전압당 저장되는 전하량은 기본적으로 플레이트의 크기, 플레이트 재료의 특성, 플레이트 사이에 배치된 유전체 재료의 특성 및 이격 거리(즉, 유전체 두께)의 함수입니다. 판 사이의 전위는 유전체 재료의 특성과 이격 거리에 의해 제한됩니다.

"피드스루 커패시터"와 같은 일부 특수 스타일을 제외한 거의 모든 기존 산업용 커패시터는 전극과 유전체가 감겨지거나 말려도 "플레이트 커패시터"로 구성됩니다. 플레이트 커패시터의 용량 C는 다음과 같습니다.

${\displaystyle C}$ =$ε$ 애드 {\displaystyl${\displaystyle e}$ C = {\frac {\varepsilon A}{d}}.

커패시턴스는 판의 면적 A와 유전체 재료의 유전율 ε에 따라 증가하고, 판 이격 거리 d에 따라 감소합니다. 따라서 유전율이 높고 판 면적이 크며 판 사이의 거리가 작은 재료로 만든 장치에서 정전용량이 가장 큽니다.

전기화학적 구조

또 다른 유형인 전기 화학 커패시터는 전기 에너지를 저장하기 위해 두 가지 다른 저장 원리를 사용합니다. 슈퍼커패시터(EDLC(Electrical Double Layer Capacitor) 또는 울트라커패시터라고도 함)는 세라믹, 필름 및 전해 커패시터와 달리 종래의 유전체를 갖지 않습니다. 전기화학 커패시터의 용량 값은 두 가지 고용량 저장 원리에 의해 결정됩니다. 이러한 원칙은 다음과 같습니다.

• 전극 표면과 전해질 사이의 위상 계면에서 달성되는 헬름홀츠 이중층 내의 정전기 저장(이중층 정전용량); 및
• 산화환원 반응(pseud 용량)과 함께 특정 흡수 이온에 의해 파라다 이스 전자 전하-전달에 의해 달성되는 전기화학적 저장. 이러한 반응에서 이온은 배터리와 달리 화학적 결합을 만들거나 끊지 않고 전극의 원자 구조에 달라붙을 뿐이며, 충방전에는 화학적 변화가 전혀 또는 무시할 정도로 작은 변화가 수반되지 않습니다.

각 원리에 따른 저장량의 비율은 전극 설계 및 전해질 구성에 따라 크게 달라질 수 있습니다. 의사 정전용량은 자체적으로 이중 레이어의 정전용량보다 10배 정도 커패시턴스 값을 증가시킬 수 있습니다.^[1]

분류

커패시터는 두 가지 기계적 그룹으로 나뉩니다. 정전 용량이 일정하고 가변 커패시터가 있는 고정 용량 장치입니다. 가변 커패시터는 일반적으로 회로 보정 중에만 조정되는 트리머 및 전자 기기 작동 중에 조정 가능한 장치로 만들어집니다.

가장 일반적인 그룹은 고정 커패시터입니다. 많은 것들은 유전체의 유형에 따라 이름이 지어집니다. 이러한 특성은 체계적인 분류를 위해 사용할 수 없습니다. 가장 오래된 것 중 하나인 전해 커패시터가 음극 구조로 명명되었기 때문입니다. 그래서 가장 많이 사용되는 이름은 단순히 역사적입니다.

가장 일반적인 종류의 캐패시터는 다음과 같습니다.

• 세라믹 콘덴서에는 세라믹 유전체가 있습니다.
• 필름 및 종이 커패시터는 유전체의 이름을 따서 명명되었습니다.
• 알루미늄, 탄탈륨 및 니오븀 전해 커패시터는 양극으로 사용되는 재료와 음극(전해액)의 구조를 따서 명명되었습니다.
• 폴리머 커패시터는 전도성 폴리머를 전해질로 사용하는 알루미늄, 탄탈륨 또는 니오븀 전해 커패시터입니다.
• 슈퍼커패시터(Supercapacitor)는 다음을 가리키는 말입니다.
  • 이중층 커패시터는 헬름홀츠 이중층의 물리적 현상에 따라 명명되었습니다.
  • Pseudocapacitors는 가역적인 파라다이틱 전하 전달과 함께 전기 화학적으로 전기 에너지를 저장하는 능력에 따라 이름이 지어졌습니다.
  • 하이브리드 커패시터는 이중층 커패시터와 의사 커패시터를 결합하여 전력 밀도를 높임
• 은 운모, 유리, 실리콘, 에어 갭 및 진공 커패시터는 유전체로 이름이 지어졌습니다.

역사적인 발전에서 이름을 따온 위의 커패시터 유형 외에도 용도에 따라 이름이 지정된 개별 커패시터가 많이 있습니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.

• 전력 커패시터, 모터 커패시터, DC-링크 커패시터, 억제 커패시터, 오디오 크로스오버 커패시터, 조명 밸러스트 커패시터, 스너버 커패시터, 커플링, 디커플링 또는 바이패스 커패시터.

종종, 간섭 억제가 세라믹 콘덴서 또는 필름 콘덴서를 사용할 수 있는 등, 이들 용도에 둘 이상의 콘덴서 패밀리가 채용됩니다.

다른 종류의 캐패시터는 #Special capacitors 섹션에서 설명합니다.

유전체

가장 일반적인 유전체는 다음과 같습니다.

• 도자기
• 플라스틱 필름
• 금속 위의 산화물층(알루미늄, 탄탈륨, 니오븀)
• 운모, 유리, 종이, 공기, SF₆, 진공과 같은 천연 재료

이들 모두는 두 개의 (병렬) 전극 사이의 전기장 내에서 전하를 정적으로 저장합니다.

이 전통적인 커패시터 아래에 슈퍼커패시터라고 불리는 전기화학 커패시터 제품군이 개발되었습니다. 슈퍼커패시터에는 기존 유전체가 없습니다. 전하를 헬름홀츠 이층에 고정적으로 저장하고 전극 표면에 고정적으로 저장합니다.

• 이중층 커패시터에 정적 이중층 캐패시턴스가 있는 경우
• 의사 커패시터에 의사 용량(극단 전하 전송)이 있는 경우
• 또는 하이브리드 커패시터에서 두 가지 스토리지 원리를 함께 사용할 수 있습니다.

사용되는 다양한 유전체의 가장 중요한 재료 파라미터와 대략적인 헬름홀츠 층 두께는 아래 표에 나와 있습니다.

주요 매개변수^{[2][3][4][5][6]}

콘덴서 스타일	유전체	관련있는 유전율 1kHz로	최대/실현됨 유전체 강도 (볼트/μm)	최소두께 유전체의 (μm)
세라믹 콘덴서, 클래스 1	부전성의	12~40	< 100(?)	1
세라믹 콘덴서, 클래스 2	강유전체의	200~14,000	< 35	0.5
필름콘덴서	폴리프로필렌(PP)	2.2	650 / 450	1.9 ~ 3.0
필름콘덴서	폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에스터(PET)	3.3	580 / 280	0.7 ~ 0.9
필름콘덴서	폴리페닐렌설파이드(PPS)	3.0	470 / 220	1.2
필름콘덴서	폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)	3.0	500 / 300	0.9~1.4
필름콘덴서	폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)	2.0	450(?) / 250	5.5
용지 콘덴서	종이.	3.5 ~ 5.5	60	5 대 10
알루미늄 전해 콘덴서	산화알루미늄 알오23	9.6[7]	710	< 0.01 (6.3V) < 0.8(450V)
탄탈륨 전해 커패시터	탄탈륨 오산화물 타오25	26[7]	625	< 0.01 (6.3V) < 0.08 (40V)
니오븀 전해 콘덴서	니오븀 오산화물, Nb2O5	42	455	< 0.01 (6.3V) < 0.10(40V)
슈퍼커패시터 이중층 콘덴서	헬름홀츠 이층	-	5000	< 0.001 (2.7 V)
진공콘덴서	진공.	1	40	-
에어 갭 콘덴서	항공사	1	3.3	-
유리콘덴서	유리	5 대 10	450	-
운모콘덴서	운모	5~8	118	4 대 50

커패시터의 플레이트 면적을 원하는 정전 용량 값에 맞게 조정할 수 있습니다. 유전율과 유전체 두께는 커패시터를 결정하는 매개변수입니다. 가공의 용이성도 중요합니다. 얇고 기계적으로 유연한 시트는 쉽게 감싸거나 쌓을 수 있어 높은 정전 용량 값으로 큰 디자인을 얻을 수 있습니다. 그러나 금속화 전극으로 덮인 레이저 박막화 소결 세라믹 층은 SMD 스타일의 회로를 소형화하기 위한 최상의 조건을 제공합니다.

위 표의 수치를 간략하게 살펴보면 다음과 같은 몇 가지 간단한 사실을 알 수 있습니다.

• 슈퍼커패시터는 특수한 전하 저장 원리로 인해 정전 용량 밀도가 가장 높습니다.
• 전해 커패시터는 슈퍼 커패시터보다 정전용량 밀도가 낮지만 유전체가 얇아 기존 커패시터보다 정전용량 밀도가 가장 높습니다.
• 세라믹 커패시터 클래스 2는 유전율이 훨씬 높기 때문에 클래스 1 커패시터보다 주어진 경우에 훨씬 더 높은 정전 용량 값을 갖습니다.
• 상이한 플라스틱 필름 재료를 갖는 필름 커패시터는 상이한 필름 재료들 간에 최소 유전체 필름 두께가 상이하기 때문에 필름 커패시터의 주어진 용량/전압 값에 대한 치수에 작은 확산을 갖습니다.

정전용량 및 전압 범위

용량은 피코파라드에서 수백 개 이상의 파라드에 이르기까지 다양합니다. 전압 정격은 100kV에 이를 수 있습니다. 일반적으로 정전 용량 및 전압은 물리적 크기 및 비용과 상관관계가 있습니다.

소형화

전자 제품의 다른 분야와 마찬가지로 체적 효율은 단위 체적당 전자 기능의 성능을 측정합니다. 커패시터의 경우 용량(C)에 최대 전압 등급(V)을 곱하고 부피를 나눈 "CV 제품"으로 체적 효율을 측정합니다. 1970년부터 2005년까지 체적 효율이 크게 향상되었습니다.

• 콘덴서 소형화
• 
  1923년부터 전신선의 노이즈 디커플링(차단)을 위한 적층형 종이 커패시터
• 
  1930년대 초부터 금속화된 종이 커패시터를 하드 페이퍼 케이스에 권선하고 cgs 시스템에서 "cm"로 지정된 정전용량 값; 5,000cm는 0.0056 µF에 해당합니다.
• 
  접힌 습식 알루미늄 전해 커패시터, 벨 시스템 1929, 액체 전해질로 채워진 사각형 하우징(미도시)에 장착된 접힌 양극에 대한 보기
• 
  두 개의 8μF, 525V 습식 알루미늄 전해 커패시터를 1930년대 라디오에서 타르로 밀봉한 종이 하우징에 감았습니다.

응용프로그램의 중복 범위

이러한 개별 커패시터는 위에 표시된 커패시터 유형과의 관련성에 관계없이 애플리케이션을 수행할 수 있으므로 상이한 커패시터 유형 간에 중복되는 애플리케이션 범위가 존재합니다.

유형 및 스타일

세라믹 콘덴서

세라믹 커패시터는 세라믹 물질이 유전체 역할을 하고 금속이 전극 역할을 하는 세라믹과 금속의 2층 이상의 교대층으로 구성된 비극성 고정 커패시터입니다. 세라믹 재료는 부전성 또는 강유전성 재료의 미세하게 분쇄된 과립의 혼합물로서 커패시터의 원하는 특성을 달성하기 위해 필요한 혼합 산화물에 의해 변형됩니다. 세라믹 재료의 전기적 거동은 두 가지 안정성 등급으로 나뉩니다.

1. 안정성이 높고 손실이 적은 1등급 세라믹 커패시터로 공진 회로 적용 시 온도의 영향을 보상합니다. Common EIA/IEC code abbreviations are C0G/NP0, P2G/N150, R2G/N220, U2J/N750 etc.
2. 버퍼, 바이패스 및 커플링 애플리케이션을 위한 체적 효율이 높은 클래스 2 세라믹 커패시터 일반적인 EIA/IEC 코드 약어는 X7R/2XI, Z5U/E26, Y5V/2F4, X7S/2C1 등입니다.

세라믹 원료의 뛰어난 가소성은 많은 특수 응용 분야에서 잘 작동하며 세라믹 콘덴서의 엄청난 다양한 스타일, 모양 및 거대한 치수 확산을 가능하게 합니다. 예를 들어, 가장 작은 이산 커패시터는 0.4 mm × 0.2 mm 크기의 "01005" 칩 커패시터입니다.

대부분 교대 층을 갖는 세라믹 다층 커패시터의 구성은 병렬로 연결된 단일 커패시터로 이어집니다. 이 구성은 캐패시턴스를 증가시키고 모든 손실과 기생 인덕턴스를 감소시킵니다. 세라믹 커패시터는 고주파 및 고전류 펄스 부하에 적합합니다.

세라믹 유전체 층의 두께는 원하는 인가 전압에 의해 쉽게 제어되고 생산될 수 있기 때문에 세라믹 커패시터는 30kV 범위까지 정격 전압으로 제공됩니다.

특별한 모양과 스타일의 일부 세라믹 콘덴서는 메인 공급을 위한 연결을 위한 RFI/EMI 억제 콘덴서(안전 콘덴서라고도 함),^[8] X2Y 및 바이패스 및 디커플링을 위한 3단자 콘덴서를 포함하여 특별한 용도의 콘덴서로 사용됩니다.^[9][10] 저역 통과 필터에^[11] 의한 소음 억제를 위한 피드 스루 커패시터 및 송신기 및 HF 애플리케이션을 위한 세라믹 전원 커패시터.^[12][13]

• 다양한 스타일의 세라믹 콘덴서
• 
  SMD 장착을 위한 다층 세라믹 콘덴서(MLCC 칩)
• 
  세라믹 X2Y® 디커플링 커패시터
• 
  공급 주전원에 연결하기 위한 세라믹 EMI 억제 커패시터(안전 커패시터)
• 
  고전압 세라믹 전원 커패시터

필름콘덴서

필름 커패시터 또는 플라스틱 필름 커패시터는 절연성 플라스틱 필름을 유전체로 하는 비극성 커패시터입니다. 유전체 필름은 금속 전극과 함께 얇은 층으로 끌려가 원통형 권선으로 감깁니다. 필름 콘덴서의 전극은 금속화된 알루미늄 또는 아연일 수 있으며 플라스틱 필름의 한쪽 또는 양쪽에 도포되어 금속화된 필름 콘덴서 또는 필름 위에 별도의 금속 호일(필름/호일 콘덴서)을 형성할 수 있습니다.

메탈라이즈드 필름 커패시터는 자가 치유 특성을 제공합니다. 전극 사이의 유전체 고장이나 단락은 구성 요소를 파괴하지 않습니다. 금속화된 구조를 통해 필름/호일 구조보다 작은 경우에 더 큰 정전용량 값(최대 100μF 이상)을 갖는 권선형 커패시터를 생산할 수 있습니다.

필름/호일 커패시터 또는 금속 호일 커패시터는 두 개의 플라스틱 필름을 유전체로 사용합니다. 각 필름은 얇은 금속 호일(대부분 알루미늄)로 덮여 있어 전극을 형성합니다. 이 구조의 장점은 우수한 전류 펄스 강도와 함께 금속 호일 전극을 쉽게 연결할 수 있다는 것입니다.

모든 필름 커패시터의 내부 구조의 핵심 이점은 권선의 양쪽 끝에 있는 전극에 직접 접촉한다는 것입니다. 이 접점은 모든 현재 경로를 매우 짧게 유지합니다. 설계는 병렬로 연결된 다수의 개별 커패시터처럼 작동하므로 내부 옴 손실(등가 직렬 저항 또는 ESR)과 등가 직렬 인덕턴스(ESL)를 줄입니다. 필름 커패시터 구조의 고유한 기하학적 구조는 낮은 오믹 손실과 낮은 기생 인덕턴스를 초래하므로 높은 서지 전류(스너버)와 AC 전력 애플리케이션 또는 더 높은 주파수의 애플리케이션에 적합합니다.

필름 커패시터의 유전체로 사용되는 플라스틱 필름은 폴리프로필렌(PP), 폴리에스테르(PET), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)입니다. 폴리프로필렌은 약 50%의 시장 점유율을 가지고 있으며 약 40%의 폴리에스테르가 가장 많이 사용되는 필름 소재입니다. 나머지 10%는 각각 약 3%의 PPS와 종이를 포함한 다른 모든 재료를 사용합니다.^[14][15]

필름콘덴서용 플라스틱 필름소재의 특성

		필름 소재, 약어 코드
필름 특성		애완동물	펜	PPS	피피
1kHz에서의 상대 유전율		3.3	3.0	3.0	2.2
최소막두께(μm)		0.7–0.9	0.9–1.4	1.2	2.4–3.0
수분흡수율(%)		저음의	0.4	0.05	<0.1
유전체 강도(V/μm)		580	500	470	650
상업적 실현 내전압(V/μm)		280	300	220	400
DC 전압 범위(V)		50–1,000	16–250	16–100	40–2,000
정전용량범위		100 pF–22 μF	100pF–1μF	100 pF–0.47 μF	100 pF–10 μF
응용온도범위(°C)		-55 ~ +125 /+150	-55 ~ +150	-55 ~ +150	-55 ~ +105
C/C0 대 온도 범위(%)		±5	±5	±1.5	±2.5
소산계수(•10−4)
	1kHz로	50–200	42–80	2–15	0.5–5
	10kHz로	110–150	54–150	2.5–25	2–8
	100kHz로	170–300	120–300	12–60	2–25
	1MHz로	200–350	–	18–70	4–40
시정수Insul R•C (s)	25 °C에서	≥10,000	≥10,000	≥10,000	≥100,000
	섭씨 85도에서	1,000	1,000	1,000	10,000
유전체 흡수율(%)		0.2–0.5	1–1.2	0.05–0.1	0.01–0.1
비용량(nF•V/mm3)		400	250	140	50

특별한 모양과 스타일의 일부 필름 커패시터는 안전 커패시터라고도 알려진 공급 주전원 연결을 위한 RFI/EMI 억제 커패시터,^[16] 매우 높은 서지 전류를 위한 스너버 커패시터,^[17] 모터 구동 커패시터 및 모터 구동 애플리케이션을 위한 AC 커패시터를 포함하여 특수 애플리케이션용 커패시터로 사용됩니다.^[18]

• 높은 펄스 전류 부하는 필름 커패시터의 가장 중요한 특징이므로 사용 가능한 많은 스타일은 높은 전류에 대한 특수 종단 기능을 갖습니다.
• 
  인쇄 회로 기판의 관통 구멍 솔더 장착을 위한 방사형 스타일(단일 끝)
• 
  양쪽 가장자리에 메탈라이즈드 접점이 있는 인쇄회로기판 표면 장착용 SMD 스타일
• 
  스너버 애플리케이션 및 높은 서지 펄스 부하를 위한 견고한 솔더 단자가 있는 방사형 스타일
• 
  나사 단자가 있는 견고한 스너버 캐패시터

파워필름 콘덴서

관련된 유형은 파워 필름 커패시터입니다. 대형 파워 필름 콘덴서에 사용되는 재료 및 구성 기술은 대부분 일반 필름 콘덴서와 유사합니다. 그러나 전력 시스템 및 전기 설비에 적용하기 위한 전력 등급이 높은 또는 매우 높은 캐패시터는 역사적인 이유로 별도로 분류되는 경우가 많습니다. 일반 필름 커패시터의 표준화는 전기적 및 기계적 매개변수를 기반으로 합니다. 대조적으로 전력 커패시터의 표준화는 지역 규제 당국이 제시한 대로 인력과 장비의 안전을 강조합니다.

현대의 전자 장비가 "전력" 부품의 독점 영역이었던 전력 수준을 처리할 수 있는 능력을 확보함에 따라 "전기" 전력 등급과 "전기" 전력 등급의 구분이 모호해졌습니다. 역사적으로, 이 두 가족 사이의 경계는 대략 200볼트 암페어의 무효 전력이었습니다.

필름 전원 커패시터는 대부분 폴리프로필렌 필름을 유전체로 사용합니다. 다른 유형으로는 금속화된 종이 커패시터(MP 커패시터) 및 폴리프로필렌 유전체가 있는 혼합 유전체 필름 커패시터가 있습니다. MP 커패시터는 비용 적용을 위한 것이며 높은 AC 또는 높은 전류 펄스 부하를 위한 필드 없는 캐리어 전극(소그 포일 커패시터) 역할을 합니다. 권선에 절연유나 에폭시 수지를 채워 기포를 줄일 수 있어 합선을 방지할 수 있습니다.

그들은 전압, 전류 또는 주파수를 변경하거나 갑자기 전기 에너지를 저장하거나 전달하거나 역률을 향상시키는 컨버터로 사용됩니다. 이 커패시터의 정격 전압 범위는 약 120V AC(용량 조명 밸러스트)에서 100kV입니다.^[19]

• 전원 시스템, 전기 설비 및 플랜트에 적용하기 위한 전원 필름 커패시터
• 
  원통형 금속 캔에 포장된 AC 역률 보정(PFC)용 파워 필름 커패시터
• 
  사각형 하우징의 전원 필름 커패시터
• 
  HERA(Hadron-Electron Ring Accelerator)의 자기장 생성을 위한 여러 에너지 저장용 전력 필름 커패시터 뱅크 중 하나로 함부르크의 DESY 부지에 위치하고 있습니다.
• 
  150kV에서 75MVAR 변전소 커패시터 뱅크

전해콘덴서

전해 커패시터는 유전체로 사용되는 산화층으로 덮인 금속 양극을 가지고 있습니다. 두 번째 전극은 고체가 아닌(습윤) 또는 고체 전해질입니다. 전해 커패시터는 극성화되어 있습니다. 유전체에 따라 분류된 세 개의 패밀리를 사용할 수 있습니다.

• 산화알루미늄을 유전체로 하는 알루미늄 전해 커패시터
• 탄탈륨 오산화물을 유전체로 하는 탄탈륨 전해 커패시터
• 니오븀 오산화물을 유전체로 하는 니오븀 전해 콘덴서.

양극은 표면적을 증가시키기 위해 고도로 거칠어집니다. 이와 산화물 층의 상대적으로 높은 유전율은 필름 또는 세라믹 커패시터와 비교하여 이러한 커패시터에 단위 부피당 매우 높은 정전용량을 제공합니다.

산화탄탈륨의 유전율은 산화알루미늄의 유전율보다 약 3배 높아 훨씬 작은 성분을 생성합니다. 그러나 유전율은 치수만 결정합니다. 전기적 매개변수, 특히 전도성은 전해질의 재료와 조성에 의해 결정됩니다. 일반적으로 다음과 같은 세 가지 유형의 전해질이 사용됩니다.

• 비고체(습윤, 액체)—전도성은 약 10 mS/cm이며 가장 낮은 비용임
• 고체 산화 망간—전도성이 약 100 mS/cm로 높은 품질과 안정성을 제공합니다.
• 고체 전도성 고분자(Polypyrole 또는 PEDOT:PSS)—전도도 약 100...500 S/cm, ESR 값이 <10 M ω 이하로 낮음

디커플링 및 완충 용도로 널리 사용되는 전해 커패시터의 내부 손실은 전해질의 종류에 따라 결정됩니다.

다양한 유형의 전해 커패시터 벤치마크

음극재	전해질	정전용량 범위 (μF)	최대 정격 전압의 섭씨 85도에서 (V)	위쪽의 범주의 온도 (°C)	특정한 리플 전류 (mA/mm3) 1)
알루미늄 (rou한 포일)	고체가 아닌 예를 들면 에틸렌 글리콜, DMF, DMA, GBL	0.1–2,700,000	600	150	0.05–2.0
	단단한, 이산화망간 (MnO2)	0.1–1,500	40	175	0.5–2.5
	단단한 전도성 고분자 (예: PEDOT:PSS)	10–1,500	250	125	10–30
탄탈룸 (rou한 포일)	고체가 아닌 황산	0.1–1,000	630	125	–
탄탈룸 (소결된)	고체가 아닌 황산	0.1–15,000	150	200	–
	단단한 이산화망간 (MnO2)	0.1–3,300	125	150	1.5–15
	단단한 전도성 고분자 (예: PEDOT:PSS)	10–1,500	35	125	10–30
니오븀 또는 산화니오븀 (소결된)	단단한 이산화망간 (MnO2)	1–1,500	10	125	5–20
1) 100kHz 및 85°C/볼륨(공칭 치수)에서의 리플 전류

전해 커패시터의 단위 부피당 큰 커패시턴스는 비교적 고전류 및 저주파 전기 회로, 예를 들어 DC 전원 연결로부터 원치 않는 AC 구성 요소를 분리하기 위한 전원 공급 필터 또는 오디오 증폭기의 커플링 커패시터에서 가치가 있습니다. 저주파 신호를 통과시키거나 우회하고 많은 양의 에너지를 저장하는 데 사용됩니다. 특히 SMD 스타일에서 폴리머 커패시터의 폴리머 전해질의 매우 낮은 ESR과 결합된 전해 커패시터의 상대적으로 높은 용량 값은 개인용 컴퓨터 전원 장치에서 MLC 칩 커패시터의 경쟁자가 됩니다.

양극성 알루미늄 전해 커패시터(Non-Polarized capacitors라고도 함)에는 양극 산화 알루미늄 포일 2개가 포함되어 있어 직렬로 연결된 두 개의 커패시터처럼 작동합니다.

특수 용도용 전해 커패시터에는 모터 스타트 커패시터,^[22] 손전등 커패시터^[23] 및 오디오 주파수 커패시터가 포함됩니다.^[24]

• 도식적 표현
• 
  비고체(액체) 전해질을 사용한 권선형 알루미늄 전해 커패시터 구조의 개략적인 표현
• 
  고체전해질과 공기극 접촉층을 갖는 소결 탄탈 전해 커패시터의 구조를 개략적으로 나타낸 것

• 알루미늄, 탄탈륨 및 니오븀 전해 커패시터
• 
  알루미늄 전해 콘덴서의 축방향, 방사방향(단일단) 및 V-칩 스타일
• 
  전력 용도용 알루미늄 전해 콘덴서의 스냅인 스타일
• 
  고분자전해질 알루미늄 전해콘덴서의 표면실장용 SMD 스타일에 관한 연구
• 
  표면 실장용 탄탈륨 전해 칩 콘덴서

슈퍼커패시터

슈퍼커패시터(^[25]SC)는 전기화학적 커패시터 제품군으로 구성됩니다. 때때로 울트라 커패시터라고 불리는 슈퍼 커패시터는 전기 이중층 커패시터(EDLC), 의사 커패시터 및 하이브리드 커패시터의 총칭입니다. 그들은 일반적인 고체 유전체를 가지고 있지 않습니다. 전기 화학 커패시터의 용량 값은 두 가지 저장 원리에 의해 결정되며, 두 가지 원리는 모두 커패시터의 총 용량에 기여합니다.^[26][27][28]

• 이중층 용량 – 전도체 표면과 전해용액 사이의 계면에서 헬름홀츠 이중층에서 전하를 분리하여 저장합니다. 이중층에서 전하의 분리 거리는 몇 옹스트롬(0.3~0.8 nm) 정도입니다. 이 저장소는 원래 정전식입니다.^[1]
• 유사 정전용량 – 저장은 산화환원 반응, 전극 표면에서의 전기 흡수 또는 삽입 또는 가역적인 파라다 이스 전하-전달을 초래하는 특정 흡수 이온에 의해 달성됩니다. 의사 정전용량은 기원이 원초적입니다.^[1]

각 원리에 따른 저장량의 비율은 전극 설계 및 전해질 구성에 따라 크게 달라질 수 있습니다. 의사 정전용량은 자체적으로 이중 레이어의 정전용량보다 10배 정도 커패시턴스 값을 증가시킬 수 있습니다.^[25]

슈퍼커패시터는 전극 설계에 따라 세 가지 계열로 구분됩니다.

• 이중층 커패시터 – 탄소 전극이 있거나 파라다 이스 의사 용량보다 훨씬 높은 정적 이중층 정전 용량을 가진 유도체
• 유사 축전기 – 금속 산화물에서 전극이 나오거나 파라다이아틱 유사 정전 용량이 큰 전도성 고분자가 있는 경우
• 하이브리드 커패시터 – 리튬 이온 커패시터와 같이 상당한 이중층 용량과 의사 용량을 모두 나타내는 특수 및 비대칭 전극이 있는 커패시터

슈퍼커패시터는 기존 커패시터와 충전식 배터리 사이의 격차를 해소합니다. 단위 부피당 사용 가능한 용량 값이 가장 높고 모든 캐패시터 중 에너지 밀도가 가장 높습니다. 최대 12,000 패러드/1.2V를 지원하며 정전 ^[29]용량 값은 전해 커패시터의 최대 10,000배입니다.^[25] 기존 슈퍼커패시터의 에너지 밀도는 기존 배터리의 약 10%이지만 전력 밀도는 일반적으로 10~100배 더 높습니다. 전력 밀도는 에너지 밀도의 곱으로 정의되며, 여기에 에너지가 부하로 전달되는 속도를 곱합니다. 전력 밀도가 높아지면 배터리보다 충방전 사이클이 훨씬 짧아지고 수많은 충방전 사이클에 대한 공차가 커집니다. 따라서 배터리와 병렬 연결에 적합하며 전력 밀도 측면에서 배터리 성능을 향상시킬 수 있습니다.

전기화학 커패시터 내에서, 전해질은 두 전극 사이의 전도성 연결로서, 전해질이 제2 전극인 음극만을 형성하는 전해질 커패시터와 구별됩니다.

슈퍼커패시터는 극성화되어 있으며 올바른 극성으로 작동해야 합니다. 극성은 비대칭 전극을 사용한 설계에 의해 제어되거나 대칭 전극의 경우 제조 공정 중에 인가되는 전위에 의해 제어됩니다.

슈퍼커패시터는 다음과 같은 전력 및 에너지 요구사항에 대한 광범위한 응용프로그램을 지원합니다.

• 전자 장비의 SRAM(메모리 백업) 시간이 길어지는 동안 낮은 공급 전류
• 화학식 1 자동차의 KERS 시스템과 같이 매우 짧고 높은 전류를 필요로 하는 전력 전자 장치
• 버스, 열차 등 차량의 제동 에너지 회수

슈퍼커패시터는 거의 교환할 수 없으며, 특히 에너지 밀도가 더 높은 커패시터입니다. IEC 표준 62391-1 전자 장비에 사용하기 위한 고정식 전기 이중층 커패시터는 다음과 같은 4가지 응용 등급을 식별합니다.

• 클래스 1, 메모리 백업, 방전 전류(mA = 1 • C (F))
• 등급 2, 에너지 저장, 방전 전류(mA = 0.4 • C (F) • V (V)
• 등급 3, 전력, 방전 전류(mA = 4 • C (F) • V (V)
• 등급 4, 순간 전력, 방전 전류(mA = 40 • C (F) • V (V)

커패시터와 같은 전자 부품에는 APowerCap, BestCap, BoostCap, CAP-XX, DLCAP, EneCapTen, EVerCAP, DynaCap, FaradCap, GreenCap, GoldCap, HY-CAP, Kapton capacitor, SuperCap, PAS capacitor, PowerStor, PseudoCap, 사용자가 이러한 커패시터를 분류하기 어렵게 만드는 울트라 커패시터.

• 이중층, 리튬이온 및 슈퍼커패시터
• 
  전원이 꺼졌을 때 데이터 유지를 위해 5.5V에서 1F의 이중 레이어 커패시터입니다.
• 
  고에너지 밀도를 위한 리튬 이온 커패시터의 방사형(단일단) 스타일
• 
  슈퍼커패시터

클래스 X 및 클래스 Y 커패시터

많은 안전 규정에서 X급 또는 Y급 커패시터는 커패시터 고장 시에도 갈바닉 절연을 보장하기 위해 "단락 실패"로 인해 사람이 위험에 처할 때마다 사용해야 합니다.

낙뢰 및 기타 소스는 주전원에 고전압 서지를 발생시킵니다. 안전 커패시터는 서지 에너지를 접지에 단락하여 고전압 서지로부터 인간과 장치를 보호합니다.^[30]

특히 안전 규정은 클래스 X 및 클래스 Y 메인 필터링 커패시터의 특정 배치를 의무화합니다.^[31]

원칙적으로 모든 유전체를 사용하여 클래스 X 및 클래스 Y 커패시터를 구축할 수 있습니다. 아마도 내부 퓨즈를 포함하여 안전성을 향상시킬 수 있을 것입니다.^{[32][33][34][35]} 실제로, 클래스 X 및 클래스 Y 사양을 충족하는 커패시터는 일반적으로 세라믹 RFI/EMI 억제 커패시터 또는 플라스틱 필름 RFI/EMI 억제 커패시터입니다.

기타콘덴서

이산형 커패시터의 전체 시장을 어느 정도 커버하는 위에서 설명한 커패시터 아래에서 일부 새로운 개발 또는 매우 특수한 커패시터 유형 및 구형 유형을 전자 제품에서 찾아볼 수 있습니다.

일체형 커패시터

• 집적 커패시터 - 집적 회로에서 나노 스케일 커패시터는 절연 기판에 적절한 패턴의 금속화에 의해 형성될 수 있습니다. 다른 반도체 부품이 없는 여러 개의 커패시터 어레이에서 개별 구성 요소로 패키징될 수 있습니다.^[36]
• 유리 콘덴서—최초의 Leyden jar 콘덴서는 유리로 제작되었으며, 2012년^[update] 현재 유리 콘덴서는 매우 안정적이고 안정적인 서비스가 필요한 애플리케이션을 위한 SMD 버전으로 사용되고 있습니다.

전원콘덴서

• 진공 커패시터—고전력 RF 송신기에 사용
• SF₆ 가스 충전 커패시터—브릿지 회로 측정 시 정전용량 표준으로 사용

특수콘덴서

• 인쇄 회로 기판—다층 인쇄 회로 기판의 여러 층에 있는 금속 전도성 영역은 분산 소자 필터에서 매우 안정적인 커패시터 역할을 할 수 있습니다. 한 PCB 레이어의 사용되지 않는 영역을 접지 도체로 채우고 다른 레이어는 전원 도체로 채워 두 레이어 사이에 큰 분산 커패시터를 형성하는 것이 일반적인 업계 관행입니다.
• 와이어—절연 와이어 2개가 서로 꼬여 있습니다. 용량 값은 일반적으로 3pF에서 15pF 사이입니다. 발진 피드백을 위한 홈메이드 VHF 회로에 사용됩니다.

다층 인쇄회로기판의 서로 다른 층에 금속 전도 영역이 내장된 콘덴서, 두 개의 절연 와이어를 함께 꼬는 것과 같은 클루드와 같은 특화된 장치도 존재합니다.

절연 와이어 두 개를 꼬아서 만든 콘덴서를 기믹 콘덴서라고 합니다. 김믹 커패시터는 상업용 및 아마추어 무선 수신기에 사용되었습니다.^{[37][38][39][40][41]}

쓸모없는 콘덴서

• 가장 초기에 알려진 콘덴서인 레이든병
• 고정 마이카 콘덴서 - 안정적인 주파수 거동과 낮은 손실을 가진 최초의 콘덴서로, 제2차 세계 대전 중 군사용 라디오 응용에 사용됨
• 에어 갭 커패시터—최초 스파크 갭 송신기에 사용

• 기타콘덴서
• 
  일부 1nF × 500VDC 정격 은 운모 커패시터
• 
  우라늄 유리 캡슐화 진공 커패시터

가변 커패시터

가변 커패시터는 기계적 운동에 의해 용량이 변경될 수 있습니다. 크게 두 가지 유형이 있습니다.

• 튜닝 커패시터 – 라디오 또는 다른 튜닝된 회로에서 오실레이터 회로를 의도적으로 반복적으로 튜닝하기 위한 가변 커패시터
• 트리머 커패시터 – 일반적으로 1회 발진기 회로 내부 조정용 소형 가변 커패시터

가변 커패시터는 기계 구조를 사용하여 플레이트 사이의 거리를 변경하거나 플레이트 표면적이 겹치는 양을 변경하는 커패시터를 포함합니다. 그들은 주로 유전체 매개체로 공기를 사용합니다.

반도체 가변 용량 다이오드는 수동적인 구성 요소라는 의미에서 커패시터가 아니라 인가된 역 바이어스 전압의 함수로 용량을 변화시킬 수 있으며 가변 커패시터처럼 사용됩니다. 튜닝 및 트리머 캐패시터의 대부분을 교체했습니다.

• 가변 커패시터
• 
  에어 갭 튜닝 캐패시터
• 
  진공튜닝커패시터
• 
  관통 구멍 장착용 트리머 캐패시터
• 
  표면 장착용 트리머 캐패시터

유형의 비교

콘덴서의 단점뿐만 아니라 특징과 용도

축전기형	유전체	기능/응용 프로그램	단점들
세라믹 콘덴서
세라믹 1등급 콘덴서	첨가제에 의해 변형된 이산화티타늄의 부전기 세라믹 혼합물	작동 온도에 따라 예측 가능한 선형 및 저용량 변화. 손실이 적은 우수한 고주파 특성입니다. 공진 회로 적용 시 온도 보상을 위해. 최대 15,000V 전압에서 사용 가능	유전율이 낮은 세라믹, 부피 효율이 낮은 콘덴서, Class 2 콘덴서보다 큰 치수
세라믹 2등급 콘덴서	타이타늄산바륨과 적절한 첨가제를 혼합한 강유전체 세라믹 혼합물	높은 유전율, 높은 체적 효율, 클래스 1 커패시터보다 작은 치수입니다. 버퍼, 바이패스 및 커플링 애플리케이션용입니다. 최대 50,000V 전압으로 제공됩니다.	클래스 1보다 낮은 안정성과 높은 손실. 정전용량은 인가 전압의 변화에 따라, 주파수 및 노화 효과에 따라 변화합니다. 약간 마이크
필름콘덴서
메탈라이즈드 필름 콘덴서	PP, PET, PEN, PPS, (PTFE)	메탈라이즈드 필름 커패시터는 필름/호일 버전보다 크기가 현저히 작고 자가 치유 특성을 가지고 있습니다.	얇은 금속화 전극은 각각 최대 가능한 펄스 전압의 최대 전류 전달 능력을 제한합니다.
필름/호일 필름 콘덴서	PP, PET, PTFE	필름/호일 필름 커패시터는 각각 가장 높은 서지 등급/펄스 전압을 갖습니다. 피크 전류는 금속화된 유형보다 높습니다.	자체 복원 속성이 없습니다. 내부 단락이 비활성화되어 있을 수 있습니다. 금속화된 대안보다 더 큰 차원입니다.
폴리프로필렌(PP) 필름 콘덴서	폴리프로필렌	가장 인기 있는 필름 커패시터 유전체입니다.[citation needed] 작동 온도에 따라 예측 가능한 선형 및 저용량 변화. Class-1 주파수 결정 회로 및 정밀 아날로그 응용 분야에 적합합니다. 매우 좁은 용량입니다. 극도로 낮은 소산 계수입니다. 수분 흡수율이 낮기 때문에 코팅이 없는 "나체" 디자인에 적합합니다. 단열 저항이 높습니다. 스너버 또는 IGBT와 같은 고출력 애플리케이션에서 사용할 수 있습니다. 모터 또는 역률 보정과 같은 AC 전원 애플리케이션에도 사용됩니다. 유전 손실이 매우 적습니다. 유도 가열과 같은 고주파 및 고출력 애플리케이션입니다. 전원 공급기 메인 연결을 포함하여 안전/EMI 억제에 널리 사용됩니다.	최대 작동 온도는 105°C입니다. 상대적으로 유전율이 낮은 2.2. PP 필름 커패시터는 다른 필름 커패시터보다 큰 경향이 있습니다. 펄스 전원 애플리케이션용 오일이 함침된 MKV 커패시터보다 과도 과전압 또는 전압 반전으로 인한 손상에 더 취약합니다.
폴리에스터(PET) 필름 (마일러) 콘덴서	폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에스터(Hostaphan, Mylar)	기능적으로 비교 가능한 폴리프로필렌 필름 커패시터보다 크기가 작습니다. 수분 흡수율이 낮습니다. 대부분의 DC 용도에서 금속화된 종이와 폴리스티렌 필름을 거의 완전히 교체했습니다. 주로 작동 온도가 최대 125°C인 범용 애플리케이션 또는 반임계 회로에 사용됩니다. 최대 60,000 V DC의 작동 전압입니다.	낮은(AC 전력) 주파수에서 사용할 수 있습니다. 온도와 주파수가 증가함에 따라 손실이 커지므로 전력 전자 제품의 사용이 제한됩니다.
폴리에틸렌나프탈레이트 (PEN) 필름 콘덴서	폴리에틸렌 나프탈레이트(칼라덱스)	PET보다 고온에서 더 나은 안정성을 제공합니다. 고온 애플리케이션과 SMD 포장에 더 적합합니다. 온도 의존성이 크지 않기 때문에 주로 중요하지 않은 필터링, 커플링 및 디커플링에 사용됩니다.	낮은 상대 유전율과 낮은 유전 강도는 PET보다 주어진 정전 용량과 정격 전압에 대한 더 큰 치수를 의미합니다.
폴리페닐렌 설파이드(PPS) 필름 콘덴서	폴리페닐렌(Torelina)	전체 온도 범위에 걸쳐 작은 온도 의존성과 넓은 주파수 범위에서 좁은 주파수 의존성. 소산 계수는 상당히 작고 안정적입니다. 작동 온도는 최대 270°C입니다. SMD에 적합. RoHS 2002/95/유럽연합 지침에 의해 규정된 무연 납땜을 위해 증가된 리플로우 납땜 온도 허용	100°C 이상에서는 소산 계수가 증가하여 구성 요소 온도가 증가하지만 성능 저하 없이 작동할 수 있습니다. 비용은 보통 PP보다 높습니다.
폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) (테프론 필름) 콘덴서	폴리테트라플루오로에틸렌(테프론)	가장 낮은 손실 고체 유전체입니다. 작동 온도는 최대 250°C입니다. 극도로 높은 절연 저항력을 자랑합니다. 안정성이 좋습니다. 미션 크리티컬 애플리케이션에 사용됩니다.	크기가 큽니다(유전율이 낮기 때문에). 다른 필름 커패시터보다 비용이 높습니다.
폴리카보네이트(PC) 필름 콘덴서	폴리카보네이트	PP로 거의 완전히 대체됨	한정 제조업체
폴리스티렌(PS) 필름 콘덴서	폴리스티렌(스티로플렉스)	열 안정성이 좋고, 단열성이 높으며, 왜곡이[42] 적지만 SMT에는 적합하지 않으며, 이제는 PET로 거의 완전히 대체됩니다.	한정 제조업체
폴리술폰 필름 콘덴서	폴리술폰	폴리카보네이트와 유사합니다. 비교적 높은 온도에서 풀 전압을 견딜 수 있습니다.	개발만 있고 시리즈를 찾을 수 없음(2012)
폴리아미드 필름 콘덴서	폴리아미드	작동 온도는 최대 200°C입니다. 단열 저항이 높습니다. 안정성이 좋습니다. 낮은 소산율.	개발만 있고 시리즈를 찾을 수 없음(2012)
폴리이미드 필름 (캡톤) 콘덴서	폴리이미드(캡톤)	알려진 플라스틱 필름 유전체 중 가장 높은 유전 강도를 자랑합니다.	개발만 있고 시리즈를 찾을 수 없음(2012)
필름 기반 전원 캐패시터
메탈라이즈드 페이퍼 파워 콘덴서	절연유 또는 에폭시 수지가 함침된 종이	자가 치유 특성. 원래 왁스, 오일 또는 에폭시로 함침되었습니다. 특정 고전압 용도에 사용되는 Oil-Kraft 종이 버전입니다. 대부분 PP로 대체됩니다.	라지 사이즈. 플라스틱 인클로저와 함침물에도 불구하고 대기의 수분을 흡수하는 흡습성이 높습니다. 수분은 유전체 손실을 증가시키고 절연 저항을 감소시킵니다.
종이 필름/호일 전원 커패시터	기름을 함침시킨 크래프트지	금속 포일로 덮인 종이를 전극으로 사용합니다. 저비용. 간헐적인 임무, 높은 방전 적용.	신체적으로 크고 무겁습니다. PP 유전체보다 에너지 밀도가 현저히 낮습니다. 자기 치유가 아니라. 높은 저장 에너지로 인해 잠재적인 치명적인 고장이 발생할 수 있습니다.
PP 유전체, 논밭이 없는 종이 전원 축전기 (MKV 전원 커패시터)	전극 캐리어로서 양면(필드 프리) 메탈라이즈드 종이입니다. 절연성 오일, 에폭시 수지 또는 절연성 가스로 함침된 유전체로서의 PP	셀프 힐링. 손실이 아주 적습니다. 단열 저항이 높습니다. 높은 돌입 전류 강도. 높은 열적 안정성을 제공합니다. 높은 무효 전력, 높은 주파수 및 높은 피크 전류 부하 및 기타 AC 애플리케이션으로 통근하는 것과 같은 헤비 듀티 애플리케이션입니다.	PP 전원 커패시터보다 물리적으로 큽니다.
단면 또는 양면 금속화 PP 전원 콘덴서	절연성 오일, 에폭시 수지 또는 절연성 가스로 함침된 유전체로서의 PP	볼륨 전력 커패시터당 최대 용량입니다. 셀프 힐링. 범용, AC 커패시터, 모터 커패시터, 평활 또는 필터링, DC 링크, 스너빙 또는 클램핑, 감쇠 AC, 직렬 공진 DC 회로, DC 방전, AC 정류, AC 역률 보정과 같은 광범위한 응용.	안정적인 고전압 작동과 매우 높은 돌입 전류 부하, 제한된 내열성(105°C)에 매우 중요합니다.
PP필름/호일 전원콘덴서	함침 PP 또는 절연 가스, 절연 오일, 에폭시 수지 또는 절연 가스	최고 돌입 전류 강도	PP 메탈라이즈드 버전보다 큽니다. 자기 치유가 아니라.
전해콘덴서
전해콘덴서 견고하지 않은 (wet, 액체) 전해질의	산화알루미늄 알오23	부피 대비 매우 큰 정전 용량 비율입니다. 정전 용량 값은 최대 2,700,000μF/6.3V, 전압은 최대 550V입니다. 캐패시턴스/전압 값당 최저 비용입니다. 낮은 손실과 높은 정전 용량 안정성이 크게 중요하지 않은 경우에 사용되며, 특히 전원 공급 장치 및 DC-링크의 바이패스, 커플링, 스무딩 및 버퍼 적용과 같은 낮은 주파수의 경우에 사용됩니다.	편광. 상당한 누출입니다. 상대적으로 높은 ESR 및 ESL 값으로 높은 리플 전류 및 고주파 적용을 제한합니다. 건조 현상 때문에 수명 계산이 필요합니다. 과부하, 과열 또는 잘못된 극성 연결 시 환기 또는 파열됩니다. 수명이 다하면 수성 전해질이 분출하여 "커패시터 페스트"와 같은 실패를 보일 수 있습니다.
	탄탈륨 오산화물 타오25	습식 탄탈륨 전해콘덴서(wet slug)[43] 전해액 중 누설이 가장 적습니다. 630V(탄탈륨 필름) 또는 125V(탄탈륨 소결체)까지의 전압. 밀봉되어 있습니다. 안정적이고 신뢰할 수 있습니다. 군사 및 우주 응용 프로그램.	편광. 전압, 리플 전류 또는 슬루 레이트가 초과되거나 역전압 상태일 때 격렬한 폭발이 발생합니다. 비싼.
전해콘덴서 고체 이산화망간 전해질을 사용하여	산화알루미늄 알오 2 3 탄탈륨 오산화물 타오25. 니오븀 오산화물 Nb 2O 5	알루미늄 대비 주어진 용량/전압에 대해 더 작은 치수를 갖는 탄탈륨 및 니오븀. 안정적인 전기 파라미터입니다. 좋은 장기 고온 성능을 제공합니다. ESR이 고체가 아닌(습윤) 전해보다 낮습니다.	편광. 약 125V. 저전압 및 제한, 과도, 역 또는 서지 전압 허용치. 고장 시 연소 가능성이 있습니다. 전도성 고분자 전해보다 훨씬 높은 ESR. 망간은 고분자로 대체될 것으로 예상됩니다.
전해콘덴서 고체 고분자 전해질을 사용하여 (폴리머 콘덴서)	산화알루미늄 ALO 2 3, 탄탈륨 오산화물 타오25. 니오븀 오산화물 Nb 2O 5	망간 또는 비고체(습윤) 전해에 비해 ESR을 크게 낮춥니다. 더 높은 리플 전류 등급. 운영 수명이 연장됩니다. 안정적인 전기 파라미터입니다. 셀프 힐링.[44] 특히 SMD에서 소규모 전원 공급 장치의 평활화 및 버퍼링에 사용됩니다.	편광. 전해 물질 중 가장 높은 누설 전류입니다. 고체가 아닌 이산화망간보다 가격이 높습니다. 전압은 약 100V로 제한됩니다. 전압, 전류 또는 슬루 레이트가 초과되거나 역전압일 때 폭발합니다.
슈퍼커패시터
슈퍼커패시터 의사 커패시터	헬름홀츠 이중층 + 패러다익 의사 정전용량	에너지 밀도는 일반적으로 기존의 전기분해보다 수십 배에서 수백 배 더 높습니다. 다른 캐패시터보다 배터리와 더 유사합니다. 큰 용량/부피 비율입니다. 상대적으로 낮은 ESR. 수천 개의 파라다이스. RAM 메모리 백업. 배터리 교체 중 일시적인 전원 공급 배터리보다 훨씬 더 큰 전류를 빠르게 흡수/전달합니다. 수십만 번의 충방전 사이클. 하이브리드 차량. 요양	편광. 셀당 낮은 동작 전압. (적층된 셀은 더 높은 동작 전압을 제공합니다.) 상대적으로 비용이 많이 듭니다.
하이브리드 콘덴서 리튬이온콘덴서 (LIC)	헬름홀츠 2중 레이어 + 패러다이스 유사 정전용량. 리튬 이온이 도핑된 양극.	작동 전압이 높아집니다. 일반적인 EDLC보다 에너지 밀도가 높지만 리튬 이온 배터리(LIB)보다는 작습니다. 열폭주 반응은 없습니다.	편광. 셀당 낮은 동작 전압. (적층된 셀은 더 높은 동작 전압을 제공합니다.) 상대적으로 비용이 많이 듭니다.
기타콘덴서
에어 갭 콘덴서	항공사	유전 손실이 적습니다. 고출력 HF 용접을 위한 HF 회로 공진에 사용됩니다.	신체적으로 큰. 상대적으로 낮은 정전 용량.
진공콘덴서	진공.	손실이 극히 적습니다. 송신기, 유도 가열과 같은 고전압, 고출력 RF 애플리케이션에 사용됩니다. 아크 오버 전류가 제한된 경우 자가 치유됩니다.	비용이 아주 많이 듭니다. 깨지기 쉬운. 큰. 상대적으로 낮은 정전 용량.
SF 가스 6 충전 콘덴서	SF가스 6	정밀도가 높습니다.[45] 손실이 극히 적습니다. 매우 높은 안정성을 제공합니다. 최대 1600kV 정격 전압입니다. 브리지 회로 측정 시 정전용량 표준으로 사용됩니다.	매우 높은 비용
메탈라이즈드 마이카(은미카) 콘덴서	운모	매우 높은 안정성을 제공합니다. 노노. 손해가 적습니다. HF 및 낮은 VHF RF 회로에 사용되며 브리지 회로 측정 시 정전용량 표준으로 사용됩니다. 대부분 1등급 세라믹 콘덴서로 대체	클래스 1 세라믹 콘덴서보다 비용이 높습니다.
유리콘덴서	유리	은 운모보다 안정성과 주파수가 뛰어납니다. 매우 신뢰할 수 있습니다. 초안정적입니다. 핵 방사선에 강합니다. 작동 온도: -75 °C ~ +200 °C, 심지어 +250 °C까지 짧은 과다 노출.[46]	1등급 세라믹보다 높은 비용
일체형 커패시터	산화물-질화물-산화물(ONO)	얇습니다(최대 100μm). 대부분의 MLCC에 비해 설치 공간이 작습니다. 낮은 ESL. 200°C까지 매우 높은 안정성을 제공합니다. 고신뢰성	맞춤제작
가변 커패시터
에어 갭 튜닝 콘덴서	항공사	다양한 정전 용량 곡선에 대한 회전자 전극의 원형 또는 다양한 로그 절단. 대칭 조정을 위한 분할 로터 또는 스테이터 컷. 소음 감소 조정을 위한 볼 베어링 축입니다. 고도의 전문가용 장치입니다.	큰 치수. 고비용.
진공조율콘덴서	진공.	손실이 극히 적습니다. 송신기, 유도 가열과 같은 고전압, 고출력 RF 애플리케이션에 사용됩니다. 아크 오버 전류가 제한된 경우 자가 치유됩니다.	비용이 아주 많이 듭니다. 깨지기 쉬운. 큰 치수.
SF 6 가스 충전 튜닝 커패시터	SF 6	손실이 극히 적습니다. 매우 높은 전압의 고출력 RF 애플리케이션에 사용됩니다.	매우 높은 비용, 깨지기 쉬운 큰 치수
에어 갭 트리머 콘덴서	항공사	대부분 반도체 가변 용량 다이오드로 대체됨	고비용
세라믹 트리머 콘덴서	1급 세라믹	넓은 온도 범위에서 선형적이고 안정적인 주파수 거동	고비용

전기적 특성

직렬 등가 회로

이산 커패시터는 이상적인 커패시터에서 벗어납니다. 이상적인 커패시터는 전기 에너지만 저장하고 방출하며 소멸은 없습니다. 커패시터 구성 요소에는 손실과 기생 유도 부분이 있습니다. 이러한 재료 및 구성의 불완전성은 클래스 1 세라믹 콘덴서의 선형 주파수 및 온도 거동과 같은 긍정적인 의미를 가질 수 있습니다. 반대로, 부정적인 영향으로는 2등급 세라믹 콘덴서의 비선형 전압 의존 용량 또는 누설 전류로 이어지는 콘덴서의 유전 절연 부족이 있습니다.

모든 특성은 커패시터의 모든 손실과 유도 파라미터를 모델링하는 이상적인 정전 용량과 추가 전기 구성 요소로 구성된 직렬 등가 회로로 정의 및 지정할 수 있습니다. 이 직렬 등가 회로에서 전기적 특성은 다음과 같이 정의됩니다.

• C, 축전기의 용량
• R_insul, 하우징의 절연과 혼동되지 않는 유전체의 절연 저항
• R_leak, 커패시터의 누설 전류를 나타내는 저항
• R_ESR, 커패시터의 모든 옴 손실을 요약하는 등가 직렬 저항(일반적으로 "ESR"이라고 약칭함)
• L_ESL, 등가 직렬 인덕턴스로 커패시터의 유효 자기 인덕턴스이며, 일반적으로 "ESL"로 약칭됩니다.

병렬 등가 회로 대신 직렬 등가 회로를 사용하는 것은 IEC/EN 60384-1에 명시되어 있습니다.

표준 정전용량 값 및 허용오차

정격 커패시턴스_R C 또는 공칭_N 커패시턴스 C는 커패시터가 설계된 값입니다. 실제 정전용량은 측정된 주파수와 주변 온도에 따라 달라집니다. 표준 측정 조건은 20°C의 온도에서 저전압 교류 측정 방법이며 주파수는 다음과 같습니다.

• C_R ≤ 1 nF인 비전해성 캐패시터의 경우 100 kHz, 1 MHz(선호) 또는 10 MHz:
• 1_R nF < C ≤ 10 μF인 비전해성 캐패시터의 경우 1 kHz 또는 10 kHz
• 전해 커패시터의 경우 100/120Hz
• C_R > 10μF인 비전해성 커패시터의 경우 50/60Hz 또는 100/120Hz

슈퍼커패시터의 경우 정전용량 값을 측정하기 위해 전압 강하 방법이 적용됩니다.

커패시터는 IEC/EN 60063에 명시된 기하학적으로 증가하는 선호 값(E 시리즈 표준)으로 제공됩니다. 10년당 값의 수에 따라 이들을 E3, E6, E12, E24 시리즈라고 불렀습니다. 커패시터 값을 지정하는 데 사용되는 단위의 범위는 피코(pF), 나노(nF) 및 마이크로파라드(μF)에서 파라드(F)에 이르기까지 모든 것을 포함하도록 확장되었습니다. 밀리파라드와 킬로파라드는 흔하지 않습니다.

정격 값에서 허용되는 편차의 백분율을 공차라고 합니다. 실제 정전 용량 값은 허용 오차 한계 내에 있어야 합니다. 그렇지 않으면 규격을 벗어납니다. IEC/EN 60062는 각 공차에 대한 문자 코드를 지정합니다.

콘덴서의 허용오차 및 그 문자 코드

E계열	관용
	CR >10pFR	문자코드	CR < 10pF	문자코드
E 96	1%	F	0.1pF	B
E 48	2%	G	0.25pF	C
E 24	5%	J	0.5pF	D
E 12	10%	K	1pF	F
E 6	20%	M	2pF	G
E3	−20/+50%	S	-	-
	−20/+80%	Z	-	-

필요한 공차는 특정 용도에 따라 결정됩니다. E24에서 E96까지의 좁은 공차는 정밀 발진기 및 타이머와 같은 고품질 회로에 사용됩니다. 중요하지 않은 필터링 또는 커플링 회로와 같은 일반적인 응용 프로그램은 E12 또는 E6를 사용합니다. 커패시터를 필터링하고 우회하는 데 자주 사용되는 전해 커패시터는 대부분 ±20%의 허용 오차 범위를 가지며 E6(또는 E3) 시리즈 값을 준수해야 합니다.

온도 의존성

용량은 일반적으로 온도에 따라 달라집니다. 서로 다른 유전체는 온도 민감도의 큰 차이를 표현합니다. 온도 계수는 클래스 1 세라믹 콘덴서의 경우 섭씨 100만 도당 ppm(ppm) 단위로 표시되거나 기타 모든 세라믹 콘덴서의 경우 전체 온도 범위에 걸쳐 % 단위로 표시됩니다.

일부 일반 커패시터의 온도 계수

캐패시터의 종류, 유전체 재료	온도계수 C/C0	어플 온도 범위
세라믹 콘덴서 클래스 1 부전성 NP0	± 30 ppm/K (±0.5%)	-55 ~ +125 °C
세라믹 콘덴서 클래스 2 강유전체 X7R	±15%	-55 ~ +125 °C
세라믹 콘덴서 클래스 2, 강유전체 Y5V	+22% / −82 %	-30 ~ +85 °C
필름 축전기 폴리프로필렌(PP)	±2.5%	-55 ~ +85/105 °C
필름 축전기 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에스터(PET)	+5%	-55 ~ +125/150 °C
필름 축전기 폴리페닐렌설파이드(PPS)	±1.5%	-55 ~ +150 °C
필름 축전기 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)	±5%	-40 ~ +125/150 °C
필름 축전기 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)	?	-40 ~ +130 °C
메탈라이즈드페이퍼커패시터(임신)	±10%	-25 ~ +85 °C
알루미늄 전해 커패시터 알오23	±20%	-40 ~ +85/105/125 °C
탄탈륨 전해 커패시터 타오25	±20%	-40 ~ +125 °C

주파수 의존성

대부분의 이산 커패시터 유형은 주파수가 증가함에 따라 용량 변화가 다소 줄어듭니다. 2급 세라믹 및 플라스틱 필름의 유전체 강도는 주파수가 증가함에 따라 감소합니다. 따라서 주파수가 증가함에 따라 정전 용량 값이 감소합니다. 세라믹 클래스 2 및 플라스틱 필름 유전체에 대한 이러한 현상은 유전율의 주파수 의존성의 이유가 전기 쌍극자의 시간 상수인 유전체 이완과 관련이 있습니다. 아래 그래프는 세라믹 및 필름 커패시터의 정전 용량의 일반적인 주파수 거동을 보여줍니다.

• 세라믹 콘덴서와 필름 콘덴서의 정전용량 주파수 의존성
• 
  세라믹 클래스 2 커패시터의 정전용량 주파수 의존성(비교용 NP0 클래스 1)
• 
  필름 소재가 다른 필름 콘덴서의 정전용량 주파수 의존성

고체 전해질이 아닌 전해 커패시터의 경우 이온의 기계적 운동이 발생합니다. 이들의 이동성은 제한적이어서 더 높은 주파수에서 거칠어진 양극 구조의 모든 영역이 전하 운반 이온으로 덮이지는 않습니다. 더 높은 애노드 구조는 주파수가 증가함에 따라 커패시턴스 값이 더 많이 감소함에 따라 거칠어집니다. 고도로 조화된 양극이 있는 저전압 유형은 100kHz에서 측정된 값의 약 10~20%의 정전 용량을 표시합니다.

전압 의존성

정전 용량은 인가된 전압에 따라 변경될 수도 있습니다. 이 효과는 클래스 2 세라믹 콘덴서에서 더 널리 사용됩니다. 강유전체 등급 2 물질의 유전율은 인가된 전압에 따라 달라집니다. 더 높은 인가 전압은 유전율을 낮춥니다. 정전 용량의 변화는 표준화된 측정 전압 0.5 또는 1.0V로 측정한 값의 80%까지 떨어질 수 있습니다. 이 동작은 저 왜곡 필터 및 기타 아날로그 응용 프로그램에서 비선형성의 작은 원인입니다. 오디오 애플리케이션에서는 왜곡이 발생할 수 있습니다(THD를 사용하여 측정).

필름 커패시터와 전해 커패시터는 큰 전압 의존성이 없습니다.

• 일부 다른 클래스 2 세라믹 콘덴서의 정전 용량 전압 의존성
• 
  다양한 세라믹 등급의 25-V 커패시터에 대한 인가 전압의 함수에 따른 정전용량 변화의 단순화도
• 
  정격전압이 다른 X7R 세라믹의 인가전압에 따른 정전용량 변화를 간략화한 도표

정격 및 범주 전압

유전체가 전도성이 되는 전압을 항복 전압이라고 하며, 유전체 강도와 전극 사이의 분리의 곱으로 주어집니다. 유전체 강도는 온도, 주파수, 전극의 모양 등에 따라 달라집니다. 일반적으로 커패시터의 고장은 단락이며 부품을 파괴하기 때문에 동작 전압이 고장 전압보다 낮습니다. 작동 전압은 커패시터의 수명 동안 전압이 지속적으로 인가될 수 있도록 지정됩니다.

IEC/EN 60384-1에서 허용되는 작동 전압을 "등급 전압" 또는 "공칭 전압"이라고 합니다. 정격 전압(UR)은 정격 온도 범위 내의 어떤 온도에서도 연속적으로 인가될 수 있는 최대 DC 전압 또는 피크 펄스 전압입니다.

거의 모든 커패시터의 전압 증명은 온도가 증가함에 따라 감소합니다. 일부 애플리케이션에는 더 높은 온도 범위가 필요합니다. 더 높은 온도에서 인가된 전압을 낮추면 안전 마진이 유지됩니다. 일부 커패시터 유형 및 IEC 표준은 더 높은 온도 범위에 대한 두 번째 "온도 저하 전압", 즉 "카테고리 전압"을 지정합니다. 범주 전압(UC)은 범주 온도 범위 내의 임의의 온도에서 커패시터에 연속적으로 인가될 수 있는 최대 DC 전압 또는 피크 펄스 전압입니다.

전압과 온도 사이의 관계는 그림 오른쪽에 나와 있습니다.

임피던스

일반적으로 축전기는 전기 에너지의 저장 구성 요소로 간주됩니다. 하지만 이것은 하나의 커패시터 기능에 불과합니다. 커패시터는 AC 저항기 역할도 할 수 있습니다. 대부분의 경우 커패시터는 원치 않는 바이어스 AC 주파수를 접지로 필터링하거나 우회하는 디커플링 커패시터로 사용됩니다. 다른 응용 프로그램은 AC 신호의 용량성 결합을 위한 커패시터를 사용합니다. 유전체는 DC 차단에만 사용됩니다. 이러한 애플리케이션의 경우 AC 저항이 정전 용량 값만큼 중요합니다.

주파수에 따른 AC 저항을 임피던스 $Z{\displaystyle }$ ${\$ Z$}$라고 하며 AC 회로의 전류에 대한 전압의 복잡한 비율입니다. 임피던스는 AC 회로에 대한 저항 개념을 확장하고 특정 주파수에서 크기와 위상을 모두 갖습니다. 이는 크기만 있는 저항과는 다릅니다.

${\displaystyle \ Z= Ze^{j\theta}}$

크기 ${\displaystyle Z}$ $displaystyle \scriptstyle Z}$는 전압 차이 진폭과 전류 진폭의 비율을 나타내고 j ${\displaystyle \scriptstyle j}$는 가상 단위이며 인수$$θ${\$displaystyle $\scriptstyle$\theta}는 전압과 전류의 위상 차이를 제공합니다.

커패시터 데이터 시트에서는 임피던스 크기 Z만 지정하고 간단히 "Z"로 표기하여 임피던스 공식을 데카르트 형식으로 표기할 수 있습니다.

${\displaystyle \ Z=R+jX}$

여기서 임피던스의 실제 부분은 $저항{\displaystyle }$ R ${\$캐패시터 ${\displaystyle \mathrm{ESR}}$ ${\$의 경우$)$이고 가상 부분은 리액턴스 $X{\displaystyle }$ ${\$ X$}$입니다$.$

커패시터의 직렬 등가 회로에서 볼 수 있듯이 실제 구성 요소에는 이상적인 커패시터 $C{\displaystyle }$ ${\displaystyle$ C$\},$ 인덕턴스 $L{\displaystyle (\mathrm{ESL})}$ ${\displaystyle L(ESL)}$ 및$$ 저항 $R{\displaystyle (\mathrm{ESR})}$ ${\displaystyle$ R$(ESR)}$이 포함됩니다$.$ 따라서 각 주파수$$ω {\displaystyle$$\omega }에서의 총 리액턴스는 용량성 리액턴스(${\displaystyle {Capacitance}_{}}$) X ${\displaystyle \frac{C}{}}$ = -$$1 ω C${\displaystyle$ X_{C} =-{\frac {1}{\omega C}} 및 유도 리액턴스(인덕턴스): X L = ω L E L {\displaystyle$X_{L}=\omega L_{\mathrm {ESL} }}$.

임피던스 $Z{\displaystyle }$ ${\$ Z$}$을(를) 계산하려면$$ 저항을 기하학적으로 $추가$한$$다음 Z {\$displaystyle$ Z$}$을(를) 다음과 같이 계산합니다.

${\displaystyle Z}$ = $2$+ (X C + ( - X L ) ) 2 {\displaysty${\displaystyle l}$e Z={\sqrt {ESR}^{2}+(X_{\mathrm {C}}+(-X_{\mathrm {L})^{2}}}. 임피던스는 교류 전류를 통과시키는 커패시터의 능력을 측정합니다. 이러한 의미에서 임피던스는 옴 법칙처럼 사용될 수 있습니다.

${\displaystyle Z={\frac {\hat {u}}{\hat {\imath}}}={\frac {U_{\mathrm {eff}}}{I_{\mathrm {eff} }}}.}$

전류 또는 전압의 피크 또는 유효 값을 계산합니다.

양쪽의 반응 저항이 있는 공진의 특별한 경우

${\displaystyle X_{}}$ ${\displaystyle C_{}}$ =${\displaystyle {}_{}}$- ${\displaystyle 1}$ω C {\$displaystyle$_{C}=-{\$frac$ {1}{\omega C}} 및${\displaystyle {}_{}}$X${\displaystyle {}_{}}$L = ω L {\displaystyle ${\displaystyle X_{}}$_{L}=\omega L_{\mathrm {ESL}}

값이 동일한 경우(${\displaystyle {XC}_{}}$ = ${\$displaystyle X_{C} = X_{L$}})$ 임피던스는 ESR {\displaystyle {ESR}}에 의해서만 결정됩니다.

데이터 시트에 지정된 임피던스는 종종 다양한 정전 용량 값에 대한 일반적인 곡선을 보여줍니다. 임피던스가 최소로 감소함에 따라 주파수가 증가합니다. 임피던스가 낮을수록 교류 전류를 커패시터에 쉽게 통과시킬 수 있습니다. XC가 XL과 동일한 값을 갖는 공진점인 정점에서 커패시터가 가장 낮은 임피던스 값을 갖습니다. 여기서는 ESR만이 임피던스를 결정합니다. 공진 이상의 주파수에서는 커패시터의 ESL로 인해 임피던스가 다시 증가합니다. 커패시터가 인덕턴스가 됩니다.

그래프에서 볼 수 있듯이 정전 용량 값이 높을수록 낮은 주파수에 더 잘 맞을 수 있고 낮은 정전 용량 값이 높은 주파수에 더 잘 맞을 수 있습니다.

알루미늄 전해 커패시터는 용량 값이 크기 때문에 약 1 MHz까지 낮은 주파수 범위에서 디커플링 특성이 비교적 양호합니다. 이는 응용을 원활하게 하기 위해 정류기 뒤에 있는 표준 또는 스위치 모드 전원 공급 장치에서 전해 커패시터를 사용하는 이유입니다.

세라믹 및 필름 커패시터는 이미 수 100MHz까지 더 높은 주파수에 적합한 더 작은 용량 값에서 벗어났습니다. 또한 기생 인덕턴스가 현저히 낮아서 전극의 단면 접촉 구조로 인해 더 높은 주파수 적용에 적합합니다. 주파수 범위를 늘리기 위해 전해 커패시터를 세라믹 또는 필름 커패시터와 병렬로 연결하는 경우가 많습니다.^[47]

기생 인덕턴스(ESL)를 줄이기 위한 많은 새로운 개발이 목표입니다. 이는 커패시터의 공진 주파수를 증가시키며, 예를 들어 디지털 회로의 지속적으로 증가하는 스위칭 속도를 따를 수 있습니다. 특히 SMD 적층 세라믹 칩 커패시터(MLCC)의 소형화는 공진 주파수를 증가시킵니다. 측면이 아닌 칩의 길이 방향에 전극을 배치하여 기생 인덕턴스를 더욱 낮춥니다. 탄탈륨 전해 커패시터의 다중 애노드 기술과 관련된 "페이스-다운" 구조는 ESL을 더욱 감소시켰습니다. 이른바 MOS 커패시터나 실리콘 커패시터와 같은 커패시터 제품군은 GHz 범위까지의 주파수에 있는 커패시터가 필요할 때 해결책을 제공합니다.

인덕턴스(ESL) 및 자체 공진 주파수

산업용 커패시터의 ESL은 주로 커패시터 플레이트를 외부와 연결하는 데 사용되는 리드 및 내부 연결에 의해 발생합니다. 대형 커패시터는 플레이트까지의 거리가 길고 mm마다 인덕턴스로 계산되기 때문에 소형 커패시터보다 ESL이 높은 경향이 있습니다.

임의의 이산 커패시터의 경우, 순수 커패시터의 동작을 중지하는 DC 이상의 주파수가 존재합니다. ${\displaystyle {XC}_{}}$ ${\$가 ${\displaystyle {XL}_{}}$ ${\$만큼 높은 이 주파수를 자체 공진 주파수라고 합니다$.$ 자체 공진 주파수는 임피던스가 최소값을 통과하는 가장 낮은 주파수입니다. 모든 AC 애플리케이션의 경우 자체 공진 주파수는 커패시터를 용량성 구성 요소로 사용할 수 있는 가장 높은 주파수입니다.

이는 고속 논리 회로를 전원 공급 장치에서 분리하는 데 매우 중요합니다. 디커플링 커패시터는 칩에 과도 전류를 공급합니다. 디커플러 없이 IC는 회로의 일부가 빠르게 켜지고 꺼지기 때문에 전원 공급 장치에 대한 연결이 공급할 수 있는 속도보다 더 빠른 전류를 요구합니다. 이러한 잠재적인 문제에 대응하기 위해 회로는 고주파용으로 평가된 소형(100nF 이하) 커패시터, 더 낮은 주파수용으로 평가된 대형 전해 커패시터, 때로는 중간값 커패시터 등 여러 개의 바이패스 커패시터를 자주 사용합니다.

Ohmic loss, ESR, dissance factor, quality factor

이산 커패시터의 요약된 손실은 옴 AC 손실입니다. DC 손실은 "누출 전류" 또는 "절연 저항"으로 지정되며 AC 사양에서는 무시할 수 있습니다. AC 손실은 비선형적이며 주파수, 온도, 연령 또는 습도에 따라 달라질 수 있습니다. 손실은 두 가지 물리적 조건에서 발생합니다.

• 내부 공급 라인 저항, 전극 접촉부의 접촉 저항, 전극들의 라인 저항, 및 "wet" 알루미늄 전해 커패시터들, 특히 슈퍼 커패시터들에서, 액체 전해질들의 제한된 전도도, 그리고
• 유전체 분극에 의한 유전체 손실

더 큰 캐패시터에서 이러한 손실의 가장 큰 부분을 차지하는 것은 일반적으로 주파수에 의존하는 옴 유전체 손실입니다. 특히 습식 전해 커패시터의 경우, 더 작은 부품의 경우, 액체 전해질의 전도도가 유전체 손실을 초과할 수 있습니다. 이러한 손실을 측정하려면 측정 주파수를 설정해야 합니다. 상용 구성 요소는 pF(10F⁻¹²)에서 슈퍼커패시터의 약 1000F에 이르는 15배의 용량 값을 제공하기 때문에 하나의 주파수만으로 전체 범위를 캡처할 수는 없습니다. IEC 60384-1은 정전용량 측정에 사용되는 주파수와 동일한 주파수에서 옴 손실을 측정해야 한다고 명시하고 있습니다. 다음은 다음과 같습니다.

• C_R ≤ 1 nF인 비전해성 캐패시터의 경우 100 kHz, 1 MHz(선호) 또는 10 MHz:
• 1_R nF < C ≤ 10 μF인 비전해성 캐패시터의 경우 1 kHz 또는 10 kHz
• 전해 커패시터의 경우 100/120Hz
• C_R > 10μF인 비전해성 커패시터의 경우 50/60Hz 또는 100/120Hz

커패시터의 요약 저항성 손실은 애플리케이션 요구사항에 따라 ESR, 소산 계수(DF, tan δ) 또는 품질 계수(Q)로 지정될 수 있습니다.

전해 커패시터와 같이 더 높은 $리플{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {전류}_{}}$IR {\$displaystyle I_{$R$$} 부하를 갖는 커패시터는 등가 직렬 저항 ESR로 지정됩니다. ESR은 위 벡터 다이어그램에서 옴 부분으로 표시할 수 있습니다. ESR 값은 개별 유형별 데이터 시트에 지정됩니다.

필름 커패시터 및 일부 클래스 2 세라믹 커패시터의 손실은 대부분 소산 계수 tan δ로 지정됩니다. 이러한 커패시터는 전해 커패시터보다 손실이 작고 대부분 수백 MHz까지 높은 주파수에서 사용됩니다. 그러나 동일한 주파수에서 측정된 소산 계수의 숫자 값은 정전 용량 값과 무관하며 정전 용량 범위가 있는 커패시터 시리즈에 대해 지정할 수 있습니다. 소산 계수는 리액턴스(${\displaystyle X_{}}$ C${\displaystyle {}_{}}$- X ${\displaystyle L_{}}$ ${\display X_{C}-X_{L$와 ESR의 접선으로 결정되며 가상과 임피던스 축 사이의 각도 δ으로 표시할 수 있습니다.

인덕턴스 ${\displaystyle \mathrm{ESL}}$ ${\displaystyle ESL}$이(가) 작으면 소산 계수는 다음과 같이 근사화할 수 있습니다.

${\displaystyle \tan \delta =ESR\cdot \omega C}$

세라믹 클래스 1 및 클래스 2 커패시터와 같이 손실이 매우 낮은 커패시터는 품질 계수(Q)를 사용하여 저항성 손실을 지정합니다. 세라믹 클래스 1 커패시터는 GHz 범위까지의 주파수와 정밀한 고역 통과 필터가 있는 LC 공진 회로에 특히 적합합니다. 전기 공진 시스템의 경우 Q는 전기 저항의 영향을 나타내며, 공진 $주파수{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {f0\mathrm{}}_{}}${\$displaystyle f_{0}$에 대한$$ 공진기의 대역폭 $B{\displaystyle }${\$displaystyle B}$를 특징으로 합니다$.$ Q는 소산 계수의 역수 값으로 정의됩니다.

${\displaystyle Q={\frac {1}{\tan \delta }}={\frac {f_{0}}{B}}\}$

높은 Q 값은 공진 회로에 대한 공진 품질의 표시입니다.

커패시터 종류에 따른 옴 손실 비교
공진 회로의 경우(기준 주파수 1MHz)

축전기형	정전용량 (pF)	ESR 100kHz로 (M ω)	ESR 1MHz로 (M ω)	태닝하다 1MHz로 (10−4)	퀄리티 인자의
실리콘 축전기[48]	560	400	—	2,5	4000
운모 축전기[49]	1000	650	65	4	2500
클래스1 세라믹 콘덴서 (NP0)[50]	1000	1600	160	10	1000

전류 부하 제한

커패시터는 AC 저항으로 작용하여 AC 전압과 AC 전류를 두 지점 사이에 결합할 수 있습니다. 커패시터를 통과하는 모든 교류 전류는 커패시터 본체 내부에서 열을 발생시킵니다. 이러한 소산 전력 $손실$ $P{\displaystyle }$ ${\displaystyle$ P$}$는 ${\displaystyle \mathrm{ESR}}$ ${\displaystyle ESR}$에 의해 발생하며$$$$ 유효(RMS) $전류{\displaystyle }$ I ${\displaystyle$ I$}$의 제곱 값입니다.

${\displaystyle P=I^{2}\cdot ESR}$

동일한 전력 손실을 소산 계수 $tan$⁡ δ ${\displaystyle \tan \$delta }로 기록할 수 있습니다.

${\displaystyle P={\frac {U^{2}\cdot \tan \delta }{2\pif\cdot C}}$

내부에서 발생한 열은 주변으로 분산되어야 합니다. 생산된 열과 분배된 열 사이의 균형에 따라 설정된 커패시터의 온도는 커패시터의 최대 지정 온도를 초과해서는 안 됩니다. 따라서 ESR 또는 소산 계수는 커패시터가 지정한 최대 전력(AC 부하, 리플 전류, 펄스 부하 등)에 대한 표시입니다.

교류 전류는 다음과 같습니다.

• 리플 전류—DC 바이어스가 중첩된 AC 전압에서 나오는 유효(RMS) AC 전류,
• 펄스 전류—전압 피크 또는 전압 피크에서 나오는 교류 피크 전류
• AC 전류—유효(RMS) 정현파 전류

리플과 교류 전류는 주로 커패시터 본체를 따뜻하게 합니다. 이 전류에 의해 내부에서 발생한 온도는 유전체의 항복 전압에 영향을 미칩니다. 더 높은 온도는 모든 커패시터의 전압 증명을 낮춥니다. 습식 전해 커패시터에서는 온도가 높을수록 전해질이 증발하여 커패시터의 수명이 단축됩니다. 필름 커패시터의 온도가 높으면 플라스틱 필름이 커패시터의 특성을 변화시킬 수 있습니다.

펄스 전류, 특히 금속화된 필름 콘덴서에서는 엔드 스프레이(스쿠파지)와 금속화된 전극 사이의 접촉 영역을 가열합니다. 이는 전극과의 접촉을 줄여 소산 계수를 높일 수 있습니다.

안전한 작동을 위해 커패시터를 통과하는 AC 전류 흐름에 의해 발생하는 최대 온도는 제한 요소이며, 이는 AC 부하, 리플 전류, 펄스 부하 등을 제한합니다.

리플 전류

"리플 전류"는 지정된 온도에서 연속적으로 작동하기 위해 중첩된 주파수의 AC 전류와 전류 곡선의 파형의 RMS 값입니다. AC 전압을 정류한 후 주로 전원 공급 장치(스위치 모드 전원 공급 장치 포함)에서 발생하며 디커플링 또는 평활 커패시터를 통해 충전 및 방전 전류로 흐릅니다. "정격 리플 전류"는 지정된 최대 주변 온도에서 커패시터 유형에 따라 3, 5 또는 10 °C의 온도 상승을 초과할 수 없습니다.

리플 전류는 커패시터의 ESR로 인해 커패시터 본체 내에서 열을 발생시킵니다. 커패시터 ESR의 구성 요소는 유전체의 전계 강도 변화로 인한 유전체 손실, 공급 도체의 저항 및 전해질의 저항입니다. 전기 이중층 커패시터(ELDC)의 경우 이러한 저항 값은 커패시터의 복잡한 임피던스의 나이퀴스트 도표에서 도출될 수 있습니다.^[51]

ESR은 주파수와 온도에 따라 달라집니다. 세라믹 및 필름 커패시터의 경우 일반적으로 ESR은 온도가 증가함에 따라 감소하지만 유전체 손실이 증가함에 따라 주파수가 증가함에 따라 증가합니다. 전해 커패시터의 경우 주파수와 온도가 증가함에 따라 약 1MHz ESR이 감소합니다.

전력 애플리케이션에 사용되는 커패시터 유형은 최대 리플 전류에 대해 지정된 정격 값을 갖습니다. 이들은 주로 알루미늄 전해 커패시터, 탄탈륨, 일부 필름 커패시터 및 클래스 2 세라믹 커패시터입니다.

가장 일반적인 전원 공급 장치 유형인 알루미늄 전해 커패시터는 더 높은 리플 전류에서 더 짧은 수명을 경험합니다. 한도를 초과하면 폭발적인 실패를 초래하는 경향이 있습니다.

고체 이산화망간 전해질을 사용하는 탄탈륨 전해 커패시터도 리플 전류에 의해 제한됩니다. 리플 한계를 초과하면 구성 요소가 단락되고 연소되는 경향이 있습니다.

일반적으로 손실 계수 tan δ로 지정되는 필름 및 세라믹 콘덴서의 경우 리플 전류 한계는 약 10°C의 본체 내 온도 상승에 의해 결정됩니다. 이 한도를 초과하면 내부 구조물이 파괴되어 쇼트가 발생할 수 있습니다.

펄스 전류

특정 캐패시터의 정격 펄스 부하는 정격 전압, 펄스 반복 주파수, 온도 범위 및 펄스 상승 시간에 의해 제한됩니다. "펄스 상승 시간" ${\displaystyle \mathrm{dv}}$/ ${\displaystyle \mathrm{dt}}$ ${\displaystyle dv/dt$은 펄스의 가장 가파른 전압 구배(상승 또는 하강 시간)를 나타내며 μs당 볼트(V/μs)로 표시됩니다.

정격 펄스 상승 시간은 적용 가능한 피크 전류 ${\displaystyle {Ip}_{}}$ ${\$의 최대 용량이기도 합니다$.$ 피크 전류는 다음과 같이 정의됩니다.

${\displaystyle I_{p}=C\cdot dv/dt}$

여기서 ${\displaystyle {ip}_{}}$ ${\$는 A $안$에 있고$,$C {\$displaystyle$ C}는$$ ${\displaystyle \mathrm{\mu F}안}$에 $,$dv / $dt$ {\$displaystyle$ dv$$/dt}는 V/μs 안에 있습니다.

금속화 필름 커패시터의 허용 펄스 전류 용량은 일반적으로 8~10K의 내부 온도 상승을 허용합니다.

메탈라이즈드 필름 커패시터의 경우, 펄스 부하는 유전체 재료의 특성, 메탈라이즈드의 두께 및 커패시터의 구성, 특히 엔드 스프레이와 메탈라이즈드 전극 사이의 접촉 영역의 구성에 의존합니다. 피크 전류가 높으면 엔드 스프레이와 금속화 전극 사이의 국소 접촉이 선택적으로 과열되어 접촉 중 일부가 파괴되어 ESR이 증가할 수 있습니다.

메탈라이즈드 필름 커패시터의 경우 표준 사양에 따라 소위 펄스 테스트가 애플리케이션 중에 발생할 수 있는 펄스 부하를 시뮬레이션합니다. IEC 60384 파트 1, 시험 회로가 간헐적으로 충전 및 방전됨을 명시합니다. 테스트 전압은 정격 DC 전압에 해당하며 테스트에는 반복 주파수가 1Hz인 10000개의 펄스가 포함됩니다. 펄스 스트레스 용량은 펄스 상승 시간입니다. 정격 펄스 상승 시간은 테스트 펄스 상승 시간의 1/10로 지정됩니다.

펄스 부하는 각 애플리케이션에 대해 계산해야 합니다. 필름 커패시터의 전력 처리를 계산하는 일반적인 규칙은 공급업체와 관련된 내부 구성 세부 정보 때문에 사용할 수 없습니다. 커패시터가 과열되는 것을 방지하려면 다음과 같은 작동 매개 변수를 고려해야 합니다.

• μF당 최대 전류
• 펄스 상승 또는 하강 시간 dv/dt(V/μs)
• 상대적 충전 및 방전 기간(pulse 모양)
• 최대 펄스 전압(피크 전압)
• 피크 역전압;
• 펄스의 반복 주파수
• 주변온도
• 방열(냉각)

정격 전압보다 낮은 펄스 전압의 경우 더 높은 펄스 상승 시간이 허용됩니다.

WIMA^[52] 및 Kemet과 같은 많은 제조업체에서 개별 펄스 부하 계산에 대한 예를 제공합니다.^[53]

교류 전류

AC 부하는 비극성 커패시터에만 적용할 수 있습니다. AC 용도의 콘덴서는 주로 필름 콘덴서, 금속화 종이 콘덴서, 세라믹 콘덴서 및 양극 전해 콘덴서입니다.

AC 커패시터의 정격 AC 부하는 지정된 온도 범위 내에서 커패시터에 연속적으로 인가될 수 있는 최대 정현파 유효 AC 전류(rms)입니다. 데이터 시트에서 AC 부하는 다음과 같이 표현될 수 있습니다.

• 저주파에서 정격 교류 전압,
• 중간 주파수에서의 정격 무효전력,
• 감소된 AC 전압 또는 고주파에서 정격 AC 전류.

필름 커패시터의 정격 AC 전압은 일반적으로 8~10K의 내부 온도 상승이 안전한 작동을 위해 허용되는 한계가 되도록 계산됩니다. 유전체 손실은 주파수가 증가함에 따라 증가하기 때문에 지정된 AC 전압은 더 높은 주파수에서 감소되어야 합니다. 필름 커패시터의 데이터 시트는 더 높은 주파수에서 AC 전압을 감소시키기 위한 특별한 곡선을 지정합니다.

필름 커패시터나 세라믹 커패시터가 DC 사양만 있는 경우, 인가되는 AC 전압의 피크 값은 지정된 DC 전압보다 낮아야 합니다.

AC 부하는 AC 모터 구동 커패시터, 전압 배증, 스너버, 조명 밸러스트, PFC의 위상 변환에서 발생할 수 있으며, 이는 대형 전력 커패시터의 가장 중요한 응용 분야 중 하나입니다. 이러한 대부분의 대형 PP 필름 또는 금속화된 종이 커패시터는 정격 무효 전력 VAr에 의해 제한됩니다.

AC 전압을 적용할 수 있는 바이폴라 전해 커패시터는 정격 리플 전류로 지정됩니다.

절연저항 및 자가방전 상수

유전체의 저항은 유한하여 충전된 축전기가 시간이 지남에 따라 전하를 잃게 하는 일정 수준의 DC "누출 전류"를 발생시킵니다. 세라믹 및 필름 커패시터의 경우 이 저항을 "절연 저항 R"이라고_ins 합니다. 이 저항은 커패시터의 직렬 등가 회로에서 커패시터와 병렬로 저항 R로_ins 표시됩니다. 절연 저항은 환경과 관련하여 구성 요소의 외부 절연과 혼동되어서는 안 됩니다.

커패시터 전압 감소에 따른 절연 저항 초과 방전의 시간 곡선은 다음 공식을 따릅니다.

${\displaystyle u(t)=U_{0}\cdot \mathrm {e} ^{-t/\tau _{\mathrm {s} }},}$

저장된 DC 전압 $U{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {0\mathrm{}}_{}}$ ${\$ 및$$ 자가 방전 상수 사용

${\displaystyle \tau_{\mathrm {s} = R_{\mathrm {ins}\cdot C}$

따라서${\displaystyle }$τ ${\displaystyle \tau_{\mathrm {$s}}\,}$$ U 0 {\$displaystyle$U_{0}} 후에는 초기 값의 37%로 떨어집니다.

자가 방전 상수는 세라믹과 필름 커패시터의 전극 사이의 유전체 절연에 중요한 매개 변수입니다. 예를 들어, 커패시터는 시간 릴레이의 시간 결정 구성 요소로 사용되거나 샘플 및 홀드 회로 또는 연산 증폭기에서와 같이 전압 값을 저장하는 데 사용될 수 있습니다.

클래스 1 세라믹 콘덴서는 절연 저항이 10G ω 이상이고, 클래스 2 콘덴서는 4G ω 이상이거나 자가 방전 상수가 100초 이상인 것을 특징으로 하는 세라믹 콘덴서. 플라스틱 필름 커패시터는 일반적으로 6~12G ω의 절연 저항을 갖습니다. 이는 약 2000~4000초의 자가 방전 상수의 uF 범위에 있는 커패시터에 해당합니다.^[54]

습도가 권선으로 침투할 경우 절연 저항이 각각 자가 방전 상수를 감소시킬 수 있습니다. 부분적으로 온도 의존성이 강하며 온도가 증가함에 따라 감소합니다. 둘 다 온도가 증가함에 따라 감소합니다.

전해 커패시터에서 절연 저항은 누설 전류로 정의됩니다.

누설전류

전해 커패시터의 경우 유전체의 절연 저항을 "누출 전류"라고 합니다. 이 직류 전류는 전해 커패시터의 직렬 등가 회로에서 커패시터와 병렬로 저항 R에_leak 의해 표시됩니다. 커패시터 단자 사이의 이 저항도 유한합니다. R은_leak 세라믹이나 필름 콘덴서보다 전해에서 더 낮습니다.

누설 전류에는 원치 않는 화학 공정 및 기계적 손상으로 인한 유전체의 약한 불완전성이 모두 포함됩니다. 전압을 인가한 후 유전체를 통과할 수 있는 것도 직류 전류입니다. 전압이 인가되지 않은 간격(저장 시간), 납땜으로 인한 열응력, 인가된 전압, 커패시터 온도 및 측정 시간에 따라 달라집니다.

DC 전압을 인가한 후 첫 몇 분 만에 누설 전류가 떨어집니다. 이 기간 동안 유전체 산화물 층은 새로운 층을 쌓음으로써 약점을 스스로 복구할 수 있습니다. 소요 시간은 일반적으로 전해질에 따라 다릅니다. 고체 전해질은 고체 전해질이 아닌 전해질보다 더 빨리 떨어지지만 약간 높은 수준을 유지합니다.

비고체 전해 커패시터와 망간 산화물 고체 탄탈륨 커패시터의 누설 전류는 자가 치유 효과로 인해 전압 연결 시간에 따라 감소합니다. 세라믹 또는 필름 커패시터에서 절연 저항을 초과하는 전류 흐름보다 전해 누설 전류가 더 높지만, 현대적인 비고체 전해 커패시터의 자가 방전에는 몇 주가 걸립니다.

전해 커패시터의 특별한 문제는 저장 시간입니다. 누설 전류는 저장 시간이 길기 때문에 발생할 수 있습니다. 이러한 행동은 물의 비율이 높은 전해질에 국한됩니다. GBL과 같은 유기용제는 보관 시간이 길어 누출이 높지 않습니다.

누설 전류는 정격 전압을 인가한 후 2분 또는 5분 후에 정상적으로 측정됩니다.

마이크로포닉스

모든 강유전체 물질은 압전 효과를 나타냅니다. 2급 세라믹 콘덴서는 강유전성 세라믹 유전체를 사용하기 때문에 이러한 콘덴서는 마이크로포닉스라고 불리는 전기적 효과가 있을 수 있습니다. 마이크로포닉스(microphonics)는 전자 부품이 기계적 진동을 원치 않는 전기 신호(소음)로 변환하는 방법을 설명합니다.^[55] 유전체는 두께를 변화시키고 전극 분리를 변화시킴으로써 충격이나 진동으로부터 기계적 힘을 흡수하여 정전용량에 영향을 미치고, 이는 다시 교류 전류를 유도할 수 있습니다. 결과적인 간섭은 오디오 응용 프로그램에서 특히 문제가 되어 피드백 또는 의도하지 않은 녹음을 유발할 가능성이 있습니다.

역마이크 효과에서 축전기 판 사이의 전기장을 변화시키는 것은 물리적인 힘을 가하여 오디오 스피커로 바꿉니다. 높은 전류 임펄스 부하 또는 높은 리플 전류는 커패시터 자체에서 가청음을 생성하여 에너지를 고갈시키고 유전체에 스트레스를 줄 수 있습니다.^[56]

유전체 흡수(소카게)

유전체 흡수는 오랫동안 충전된 상태를 유지한 축전기가 잠시 방전되었을 때 불완전하게만 방전될 때 발생합니다. 방전 후 이상적인 커패시터는 0V에 도달하지만 실제 커패시터는 시간 지연 쌍극자 방전으로 인해 작은 전압이 발생하며, 이 현상을 유전체 이완, "소카지" 또는 "배터리 작용"이라고도 합니다.

자주 사용되는 일부 커패시터의 유전체 흡수 값

축전기 종류	유전체 흡수
공기 및 진공 콘덴서	측정 불가
Class-1 세라믹 콘덴서, NP0	0.6%
Class-2 세라믹 콘덴서, X7R	2.5%
폴리프로필렌 필름 콘덴서(PP)	0.05~0.1%
폴리에스테르필름커패시터(PET)	0.2~0.5%
폴리페닐렌 설파이드 필름 콘덴서(PPS)	0.05~0.1%
폴리에틸렌 나프탈레이트 필름 콘덴서(PEN)	1.0~1.2%
고체 전해질이 포함된 탄탈륨 전해 커패시터	2~3%,[57] 10%.[58]
고체 전해질이 아닌 알루미늄 전해 커패시터	10~15%
이중층 커패시터 또는 슈퍼 커패시터	데이터를 사용할 수 없음

커패시터의 많은 응용 분야에서 유전체 흡수는 문제가 되지 않지만 장기간 일정한 적분기, 샘플 및 홀드 회로, 스위치-커패시터 아날로그-디지털 변환기 및 매우 낮은 왜곡 필터와 같은 일부 응용 분야에서 커패시터는 완전 방전 후 잔류 전하를 회복하지 않아야 합니다. 흡수율이 낮은 커패시터가 지정되어 있습니다.^[59] 유전체 흡수에 의해 생성된 단자의 전압은 경우에 따라 전자 회로의 기능에 문제를 일으키거나 작업자에게 안전 위험이 될 수 있습니다. 충격을 방지하기 위해 대부분의 매우 큰 캐패시터는 사용 전에 제거해야 하는 단락 와이어와 함께 배송됩니다.^[60]

에너지 밀도

커패시턴스 값은 유전체 재료( ε), 전극 표면(A) 및 전극을 분리하는 거리(d)에 따라 다르며 플레이트 커패시터의 공식으로 표시됩니다.

${\displaystyle C\approx {\frac {\varepsilon A}{d}}$

전극의 분리와 유전체 재료의 전압 증명은 커패시터의 항복 전압을 정의합니다. 항복 전압은 유전체의 두께에 비례합니다.

이론적으로, 동일한 기계적 치수와 유전체를 가진 두 개의 커패시터가 주어지지만, 그 중 하나는 유전체 두께의 절반을 갖습니다. 동일한 치수로 내부에 평행판 면적의 두 배를 배치할 수 있습니다. 이 커패시터는 이론적으로 첫 번째 커패시터의 4배 용량이지만 전압 증명은 절반입니다.

축전기에 저장된 에너지 밀도는 다음과 같습니다.

${\displaystyle E_{\mathrm {stored} ={\frac {1}{2}}CV^{2}}$

따라서 유전체 두께가 다른 것보다 절반인 커패시터는 용량이 4배 더 높지만 1 ⁄2 전압 증명으로 동일한 최대 에너지 밀도를 산출합니다.

따라서 유전체 두께는 고정된 전체 치수의 커패시터 내에서 에너지 밀도에 영향을 미치지 않습니다. 몇 개의 두꺼운 유전체 층을 사용하면 높은 전압을 지원하지만 낮은 용량을 지원할 수 있는 반면 얇은 유전체 층은 낮은 항복 전압을 생성하지만 높은 용량을 제공합니다.

이는 전극 표면이나 유전체의 유전율이 전압 증명에 따라 변하지 않는다고 가정합니다. 두 개의 기존 커패시터 시리즈와의 간단한 비교는 현실이 이론과 일치하는지 여부를 보여줄 수 있습니다. 제조업체는 시리즈 내에서 다양한 정전 용량/전압 값에 대해 표준화된 케이스 크기 또는 상자를 사용하기 때문에 비교가 쉽습니다.

동일한 치수이지만 정격 전압 및 정전용량 값이 다른 커패시터에 저장된 에너지 비교

전해콘덴서 NCC, KME 시리즈 Ǿ D × H = 16.5 mm × 25 mm[61]		메탈라이즈드 PP 필름 콘덴서 KEMET; PHE 450 시리즈 W × H × L = 10.5 mm × 20.5 mm × 31.5 mm[62]
정전용량/전압	저장된 에너지	정전용량/전압	저장된 에너지
4700 μF/10 V	235mW·s	1.2μF/250V	37.5mW·s
2200 μF/25 V	688mW·s	0.68 μF/400 V	54.4mW·s
220μF/100V	1100mW·s	0.39 μF/630 V	77.4mW·s
22μF/400V	1760mW·s	0.27 μF/1000 V	135mW·s

실제로 현대 커패시터 시리즈는 이론에 맞지 않습니다. 전해 커패시터의 경우, 전압이 높을수록 양극 호일의 스폰지와 같은 거친 표면이 매끄럽게 되어 양극의 표면적이 감소합니다. 그러나 전압에 따라 에너지가 제곱으로 증가하고, 전압 증명보다 연료극 표면이 더 작게 감소하기 때문에 에너지 밀도가 분명히 증가합니다. 필름 커패시터의 경우 유전체 두께 및 기타 기계적 매개변수에 따라 유전율이 변하므로 이론으로부터의 편차는 다른 이유가 있습니다.^[63]

테이블의 커패시터를 가장 높은 에너지 밀도의 커패시터 제품군인 슈퍼 커패시터와 비교합니다. 이를 위해 Maxwell HC Series로부터의 치수 D × H = 16 mm × 26 mm의 커패시터 25 F/2.3 V는 표에서 거의 동일한 크기의 전해 커패시터와 비교됩니다. 이 슈퍼커패시터는 4700/10 전해 커패시터보다 용량은 약 5000배 높지만 전압은 1 ⁄4이며 저장된 전기 에너지는 약 66,000mW(0.018Wh)로 전해 커패시터보다 약 100배(40~280배) 더 높습니다.

장시간 행동, 노화

축전기의 전기적 매개변수는 저장 및 적용 중 시간에 따라 변경될 수 있습니다. 파라미터 변경의 이유는 서로 다르며, 비고형 재료에 대한 유전체, 환경 영향, 화학 공정 또는 건조 효과의 특성일 수 있습니다.

노화

강유전체 클래스 2 세라믹 콘덴서에서는 시간이 지남에 따라 정전 용량이 감소합니다. 이런 행동을 "노화"라고 부릅니다. 이러한 노화는 유전체의 분극 영역이 전체 분극에 기여하는 강유전체 유전체에서 발생합니다. 유전체에서 극성화된 도메인의 열화는 유전율을 감소시키고 따라서 시간이 지남에 따라 커패시턴스를 감소시킵니다.^[65][66] 노화는 로그 법칙을 따릅니다. 이는 규정된 온도에서 납땜 회수 시간(예를 들어 20°C에서 1~10시간) 후 10년 동안 정전 용량 감소를 일정한 백분율로 정의합니다. 이 법칙은 대수이므로 정전용량 손실 백분율은 1시간에서 100시간 사이에 두 번, 1시간에서 1,000시간 사이에 세 번입니다. 노화는 초기에 가장 빠르고 절대 정전용량 값은 시간이 지남에 따라 안정화됩니다.

Class 2 세라믹 콘덴서의 노화 속도는 주로 재료에 따라 다릅니다. 일반적으로 세라믹의 온도 의존성이 높을수록 노화율이 높아집니다. X7R 세라믹 콘덴서의 일반적인 노화는 10년에 약 2.5%입니다.^[67] Z5U 세라믹 콘덴서의 노화율은 상당히 높으며 10년당 최대 7%까지 가능합니다.

Class 2 세라믹 콘덴서의 에이징 프로세스는 구성 요소를 퀴리 포인트 이상으로 가열하여 되돌릴 수 있습니다.

1급 세라믹 콘덴서와 필름 콘덴서는 강유전체 관련 노화가 없습니다. 높은 온도, 높은 습도 및 기계적 스트레스와 같은 환경적 영향은 장기간에 걸쳐 때때로 노화라고 불리는 정전용량 값의 작은 비가역적 변화로 이어질 수 있습니다.

P 100 및 N 470 Class 1 세라믹 콘덴서의 정전용량 변화는 1% 미만이며, N 750 ~ N 1500 세라믹 콘덴서의 경우 2% 미만입니다. 필름 커패시터는 자가 치유 과정으로 정전 용량이 손실되거나 습도 영향으로 인해 증가할 수 있습니다. 일반적으로 40°C에서 2년 동안의 변화는 PE 필름 커패시터의 경우 ±3%, PP 필름 커패시터의 경우 ±1%입니다.

라이프타임

전해질이 증발함에 따라 고체가 아닌 전해질이 노화되는 전해 커패시터. 이 증발은 온도와 커패시터가 경험하는 전류 부하에 따라 달라집니다. 전해질 탈출은 정전용량과 ESR에 영향을 미칩니다. 정전용량은 감소하고 ESR은 시간이 지남에 따라 증가합니다. 고체 전해질이 포함된 세라믹, 필름 및 전해 커패시터와 달리 "습윤" 전해 커패시터는 지정된 "수명 종료"에 도달하여 정전 용량 또는 ESR의 최대 변화에 도달합니다. 수명 종료, "하중 수명" 또는 "수명"은 공식 또는 도표로^[68] 추정하거나 소위 "10도 법칙"으로 대략 추정할 수 있습니다. 전해 커패시터의 일반적인 사양은 85°C에서 2,000시간의 수명을 가지며, 온도가 10도 낮아질 때마다 두 배로 증가하여 실온에서 약 15년의 수명을 달성합니다.

슈퍼커패시터는 시간이 지남에 따라 전해질 증발도 경험합니다. 추정은 습식 전해 커패시터와 유사합니다. 온도 외에도 전압 및 전류 부하는 수명에 영향을 미칩니다. 정격 전압보다 낮은 전압과 낮은 전류 부하는 물론 낮은 온도로 수명을 연장합니다.

실패율

커패시터는 정상적인 조건에서 수십 년의 수명을 달성하는 낮은 고장률을 가진 신뢰할 수 있는 구성 요소입니다. 대부분의 캐패시터는 생산 종료 시 "번인"과 유사한 테스트를 통과하여 생산 중 초기 고장이 발견되어 출고 후 고장 횟수가 줄어듭니다.

커패시터에 대한 신뢰도는 일반적으로 일정한 무작위 고장 기간 동안 FIT(Failure In Time)로 지정됩니다. FIT는 고정된 작업 조건(예: 40°C 및 0.5U에서_R 각각 100만 시간 동안 1000개의 장치 또는 1000시간 동안 100만 개의 장치)에서 10억(10⁹) 구성 요소 작동에서 예상할 수 있는 고장 횟수입니다. 다른 조건의 인가 전압, 전류 부하, 온도, 기계적 영향 및 습도의 경우 산업 또는 군사적^[69] 상황에^[70] 맞게 표준화된 용어를 사용하여 FIT를 다시 계산할 수 있습니다.

추가정보

납땜

커패시터는 납땜, 기계적 스트레스 요인(진동, 충격) 및 습도와 같은 환경적 영향으로 인해 전기 파라미터가 변경될 수 있습니다. 가장 큰 스트레스 요인은 납땜입니다. 솔더 배스의 열, 특히 SMD 커패시터의 경우, 세라믹 커패시터가 단자와 전극 사이의 접촉 저항을 변화시킬 수 있고, 필름 커패시터의 경우, 필름이 수축될 수 있으며, 습식 전해 커패시터의 경우, 전해질이 끓을 수 있습니다. 복구 기간을 통해 납땜 후 특성을 안정화할 수 있습니다. 일부 유형의 경우 최대 24시간이 소요될 수 있습니다. 일부 속성은 납땜으로 인해 몇 %만큼 비가역적으로 변경될 수 있습니다.

보관 또는 불용으로 인한 전해 거동

고체 전해질이 아닌 전해 커패시터는 제조 중에 정격 전압을 고온에서 충분한 시간 동안 인가하여 제조 중에 "숙성"되어 생산 중에 발생했을 수 있는 모든 균열과 약점을 복구합니다. 수분 함량이 높은 일부 전해질은 보호되지 않은 알루미늄과 상당히 공격적이거나 심지어 격렬하게 반응합니다. 이는 1980년대 이전에 제조된 전해 커패시터의 "저장" 또는 "폐기" 문제로 이어집니다. 화학 공정은 이러한 커패시터를 너무 오래 사용하지 않을 경우 산화물층을 약화시켜 과도한 누출과 같은 고장 또는 성능 저하로 이어집니다. 1980년대에는 이런 문제를 줄이기 위해 '억제제'나 '패시베이션제'를 첨가한 새로운 전해질이 개발됐습니다.^[71][72]

고체가 아닌 전해질이 포함된 전해 커패시터, 심지어 최근에 제조된 것도 장기간 사용되지 않은 경우 "사전 컨디셔닝"을 권장할 수 있습니다. 사전 조절 시 커패시터 전체에 전압이 인가되고 의도적으로 제한된 전류가 커패시터를 통과합니다. 커패시터를 통해 제한된 전류를 보내면 사용하지 않는 동안 손상된 산화물 층이 복구됩니다. 인가 전압이 커패시터의 정격 전압보다 낮거나 같습니다. 예를 들어 직렬 저항을 사용하여 전류를 제한할 수 있습니다. 누설 전류가 원하는 전압에서 허용 가능한 수준 이하가 되면 사전 조정이 중지됩니다. 2015년 기준으로 한 제조업체에 따르면 보관 기간이 1년에서 10년 이상인 고체 전해질이 아닌 캐패시터의 경우 사전 조절이 유용하게 수행될 수 있으며, 이는 캐패시터의 종류에 따라 최대 보관 시간입니다.^[73]

IEC/EN 표준

표준 형식으로 승인을 위해 전자 장비에 사용하기 위해 커패시터가 충족해야 하는 시험과 요건은 다음 섹션의 일반 규격 IEC/EN 60384-1에 명시되어 있습니다.^[74]

일반사양

• IEC/EN 60384-1 - 전자 장비에 사용하기 위한 고정 캐패시터

세라믹 콘덴서

• IEC/EN 60384-8—세라믹 유전체의 고정 콘덴서, 클래스 1
• IEC/EN 60384-9—세라믹 유전체의 고정 콘덴서, 클래스 2
• IEC/EN 60384-21—세라믹 유전체의 고정 표면 장착 다층 콘덴서, 클래스 1
• IEC/EN 60384-22—세라믹 유전체의 고정 표면 장착 다층 콘덴서, 클래스 2

필름콘덴서

• IEC/EN 60384-2—고정 금속화 폴리에틸렌-테레프탈레이트 필름 유전체 직류 콘덴서
• IEC/EN 60384-11—고정 폴리에틸렌-테레프탈레이트 필름 유전체 금속박 d.c. 콘덴서
• IEC/EN 60384-13—고정 폴리프로필렌 필름 유전체 금속박 직류 콘덴서
• IEC/EN 60384-16—고정 금속화 폴리프로필렌 필름 유전체 직류 콘덴서
• IEC/EN 60384-17—고정 금속화 폴리프로필렌 필름 유전체 교류 및 펄스
• IEC/EN 60384-19—고정 금속화 폴리에틸렌-테레프탈레이트 필름 유전체 표면 마운트 d.c. 커패시터
• IEC/EN 60384-20—고정 금속화 폴리페닐렌 설파이드 필름 유전체 표면 마운트 d.c 커패시터
• IEC/EN 60384-23—고정 금속화 폴리에틸렌 나프탈레이트 필름 유전체 칩 d.c 커패시터

전해콘덴서

• IEC/EN 60384-3—이산화망간 고체 전해질이 포함된 표면 장착 고정 탄탈륨 전해 커패시터
• IEC/EN 60384-4—고체(MnO2) 및 비고체 전해질이 포함된 알루미늄 전해 커패시터
• IEC/EN 60384-15—고체 및 고체 전해질이 없는 고정 탄탈 콘덴서
• IEC/EN 60384-18—고체(MnO₂) 및 비고체 전해질이 포함된 고정 알루미늄 전해 표면 마운트 커패시터
• IEC/EN 60384-24—전도성 고분자 고체 전해질이 포함된 표면 장착 고정 탄탈륨 전해 커패시터
• IEC/EN 60384-25—전도성 고분자 고체 전해질이 포함된 표면 장착 고정 알루미늄 전해 커패시터
• IEC/EN 60384-26- 전도성 고분자 고체 전해질이 포함된 고정 알루미늄 전해 커패시터

슈퍼커패시터

• IEC/EN 62391-1—전기 및 전자 장비에 사용하기 위한 고정식 전기 이중층 커패시터 - 1부: 일반 사양
• IEC/EN 62391-2—전자 장비에 사용하기 위한 고정식 전기 이중층 커패시터 - 제2부: 단면 사양 - 전력 적용을 위한 전기 이중층 커패시터

축전기 기호

마킹

각인

커패시터는 대부분의 다른 전자 부품과 마찬가지로 제조업체, 유형, 전기 및 열 특성 및 제조 날짜를 나타내는 각인 표시가 있습니다. 용량이 충분히 클 경우 커패시터는 다음과 같이 표시됩니다.

• 제조업체의 이름 또는 상표
• 제조업체 형식 지정,
• 종단의 극성(편광 커패시터의 경우)
• 정격 커패시턴스;
• 정격 정전 용량에 대한 공차
• 정격 전압 및 공급 특성(AC 또는 DC)
• 기후 범주 또는 정격 온도,
• 제조 연도 및 월(또는 주)
• 안전기준 인증마크(안전 EMI/RFI 억제 커패시터용)

극성 커패시터에는 극성 표시가 있으며, 일반적으로 전해 커패시터의 경우 음극 측면에 "-"(마이너스) 기호 또는 스트라이프 또는 "+"(플러스) 기호가 있습니다. #극성 표시를 참조하십시오. 또한 납 "습윤" 전자 캡의 음의 리드는 일반적으로 더 짧습니다.

소형 커패시터는 약어 표기법을 사용합니다. 가장 일반적으로 사용되는 형식은 XYZ J/K/M VOLTS V입니다. 여기서 XYZ는 커패시턴스(XY × 10^Z pF로 계산됨), 문자 J, K 또는 M은 공차(각각 ±5%, ±10% 및 ±20%)를 나타내고 VOLTS V는 작동 전압을 나타냅니다.

예:

• 105K 330V는 330V의 작동 전압으로 10 × 10 pF = 1μF(K = ±10%)의 정전 용량을 의미합니다.
• 473M 100V는 47 × 10 pF = 47 nF (M = ±20%)의 정전 용량을 의미하며, 작동 전압은 100V입니다.

IEC/EN 60062에 명시된 짧은 코드로 정전 용량, 공차 및 제조 날짜를 표시할 수 있습니다. 정격 커패시턴스(마이크로패라드)의 쇼트 marking 예: μ47 = 0,47 μF, 4 μ7 = 4,7 μF, 47 μF

제조 날짜는 국제 표준에 따라 인쇄되는 경우가 많습니다.

• 버전 1: 연도/주 숫자 코드로 코딩된 "1208"은 "2012, 주 숫자 8"입니다.
• 버전 2: 연도 코드/월 코드로 코딩. 연도 코드는 "R" = 2003, "S" = 2004, "T" = 2005, "U" = 2006, "V" = 2007, "W" = 2008, "X" = 2009, "A" = 2010, "B" = 2011, "C" = 2012, "D" = 2013 등입니다. 월 코드는 "1" ~ "9" = 1월 ~ 9월, "O" = 10월, "N" = 11월, "D" = 12월입니다. X5는 "2009, May"입니다.

MLCC 칩과 같은 매우 작은 커패시터의 경우 표시가 불가능합니다. 여기서는 제조업체의 추적 가능성만이 유형 식별을 보장할 수 있습니다.

컬러 코딩

2013년^[update] 기준 커패시터는 컬러 코딩을 사용하지 않습니다.

극성 표시

• 극성 표시
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고체가 아닌 전해질이 포함된 알루미늄 e-캡은 양극(마이너스) 측에 극성 표시가 있습니다. 고체 전해질이 포함된 알루미늄, 탄탈륨 및 니오븀 e-캡은 양극(플러스) 측에 극성 표시가 있습니다. 슈퍼커패시터는 마이너스 쪽에 표시되어 있습니다.

시장부문

오늘날 이산 커패시터는 전자 및 전기 장비에 사용하기 위해 매우 많은 양으로 생산되는 산업 제품입니다. 전 세계적으로 고정 캐패시터 시장은 2008년에 약 180억 달러로 1,400억 개(1.4 × 10¹²)로 추산되었습니다.^[75] 이 시장은 연간 약 1조 개(1 × 10¹²) 품목으로 추정되는 세라믹 콘덴서가 장악하고 있습니다.^[76]

주 커패시터 패밀리에 대한 값의 상세한 추정 수치는 다음과 같습니다.

• 세라믹 콘덴서—83억 달러(46%);
• 알루미늄 전해 커패시터—미화 39억 달러(22%);
• 필름 콘덴서 및 용지 콘덴서—26억 달러(15%),
• 탄탈륨 전해 커패시터 -22억 달러(12%);
• 슈퍼 커패시터(이중층 커패시터)—US$0.3억(2%), 그리고
• 은 운모와 진공 콘덴서와 같은 다른 제품들도 있습니다.7억 달러(3%)입니다.

다른 모든 커패시터 유형은 위 유형에 비해 가치와 수량 측면에서 무시할 수 있습니다.

참고 항목

• 회로설계
• 디커플링 커패시터
• 콘덴서 제조사 목록

참고문헌

외부 링크

• 스파크 박물관 (von Kleist and Muschenbroke)
• 콘덴서에서의 유전체 흡수 모델링
• 이 모든 축전기에 대한 다른 견해.
• 다양한 유형의 캐패시터 이미지
• 다양한 커패시터 유형의 개요
• Capsite 2015 콘덴서 소개