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1. 개요
蓄 電 器(축전기) / capacitor
卝[1], ┤├[2]
흔히 '콘덴서'라고도 불리는데, 영미권에서는 'condensor'라는 단어가 축전기를 뜻하기도 하지만 주로 응축기의 의미로 사용되는 경우가 많다.[3][4]
전자/전기 회로에 있어서 물탱크처럼 전기를 모으고, 방출하기 위하여 사용하는 부품.[5] 다른 명칭으로는 커패시터(capacitor)라고 하며 줄여서 "캡"(cap)이라고 부르기도 한다.[6] (이하 '커패시터'로 통일해서 쓴다.) 용량 단위는 마이클 패러데이에서 이름을 따온 패럿(farad, F)이다. 1F는 1 V 전압이 걸렸을 때 1 C의 전하를 잡아 둘 수 있는 능력으로 정의되는데[7] 이는 전자회로에서는 굉장히 큰 단위이므로 일상생활에 쓸 만한 적은 양을 잴 때는 SI 접두어를 붙여서 사용한다.[8][9] 이 성질을 이용하여 급격한 전류량 변화를 최대한 완만하게 해주는 용도로 사용한다.(순간적으로 스파크가 일어나는것을 필터링) 이게 없는 전자제품은 서스펜션이 없는 자동차와 같다.
보통 세라믹이나 마이카, 필름 콘덴서는 극성이 없지만, 전해 콘덴서는 긴 부분이 양극(+극)이고, 짧은 극이 음극(-극)이며 다리가 잘려있을 때는 흰색 띠가 있는곳이 음극(-극)이다. 탄탈럼 콘덴서는 띠가 있는 쪽이 양극이므로 극성에 주의하여 끼워야 한다. 전해 콘덴서는 반대로 설치하거나 과전압이 가해지면 펑 터지는데 그치지만, 탄탈럼 콘덴서는 폭죽처럼 불을 내뿜으며 폭발한다. 탄탈럼 콘덴서 자체가 폭죽이랑 유사한 구조와 물질로 이루어져 있기 때문. 그리고 탄탈럼 콘덴서는 폭발하면 내부가 합선된다.
옛날 카메라 플래시를 사용해 본 사람이라면 카메라가 발광을 위해 전기를 모으면서 내는 "삐~" 소리를 기억할 것이다. 이것이 커패시터에 전기가 모이면서 나는 소리다. 물론 전기 자체가 내는 소리가 아니라 커패시터의 구성부품이 진동하며 내는 소리. 제세동기 역시 커패시터가 들어 있으며, 방전을 위해 전기를 모을 때 특유의 “삐~” 소리가 난다.[10]
창작물에 나오는 커패시터 중에는 영화 백 투 더 퓨처 시리즈에 나오는 타임머신의 핵심 부품인 "플럭스 커패시터"가 유명하다. 시간여행을 가능하게 하는 중요 부품으로, 1.21 GW라는 엄청난 양의 전기를 필요로 하기 때문에 플루토늄이나 번개, 핵융합 등으로 축전해야 했다.[11]
2. 기능
전압이 높을 때에는 전하를 모으고(충전) 전압이 낮으면 전하를 방출(방전)하여 전원 전압과 동일한 크기의 전위차를 유지하려 한다. 그러므로 직류 전원에 연결하면 전하가 충전되는 짧은 시간동안 전류 크기가 감소하다가 결국 전류가 흐르지 못하게 된다. 이는 다른 말로 전압의 변화에 저항하여 전압의 급격한 변화를 막아준다는 뜻이다. 이와 대응되는 인덕터(코일)는 전류의 변화에 저항하여 전류의 급격한 변화를 막아주는 역할을 한다.절연체의 유전 분극 현상을 이용하여 전기장을 만듦으로써 전기 에너지를 저장하는 역할이다. 이게 무슨 말이냐면, 커패시터를 충전할때 + 전하와 - 전하를 떨어뜨려놓는데, 이때 전기장이 발생하고, 전하들은 전기적 위치 에너지를 얻는다. 간단한 형태의 커패시터인 평면 커패시터 (납작한 도체판 2개를 평행으로 조금 떨어뜨려 놓은것)의 에너지 용량은 다 (여기서 V는 전압). 일반적으로 커패시터의 에너지 밀도는 고, 총 용량은 (E는 자기장의 세기, V는 전기장이 차지하는 공간).
3. 용도
전하를 모으고 방출하여 안정적인 전기를 공급하는 역할을 하는 부품이다. 배터리는 화학 반응을 통해 전하를 생성하며, 이차 전지는 충전 시 전하를 받아들여 화학 에너지 형태로 저장했다가 방전 시 화학 반응을 일으켜 전하를 내보내지만, 커패시터는 전하 그 자체를 저장하기 때문에 배터리와 달리 저항만 받쳐준다면 충/방전속도에 한계가 없다. 따라서 낮은 저항으로 RC회로를 만들어 쇼트(short)시키면 순간적으로 엄청난 양의 에너지가 방출된다.[12]축전지는 전하를 저장하는 기능이 있으므로 매우 다양한 용도로 이용할 수 있다. 대표적으로 대량의 전하를 한꺼번에 방출하는 용도로 이용할 수 있으며, 제세동기, 플래시(카메라)
축전지를 직류 회로에 직렬로 연결하면 역전압을 걸어 전류 흐름을 막는 역할을 한다. 전원과 연결된 커패시터가 충전되고 나면, 같은 전압의 배터리를 같은 극끼리 연결한 것과 마찬가지 상태[14]가 되기 때문에 직류 전기가 흐르지 않게 된다.[15] 그러나 노이즈가 발생하면 전원과 커패시터의 전압의 균형이 깨져서 전기가 흐르게 되는데, 여기에 직렬로 연결된 회로 입장에서는 보내라는 전류는 안 보내고 노이즈만 보내는 상황이 펼쳐진다.
반면에 교류 회로에서는 필터 역할을 수행한다. 코일과는 반대로 저주파는 막고 고주파는 잘 통과시키는 특성을 가지고 있기 때문에, 음향 쪽에서는 이퀄라이저나 크로스오버에 없어서는 안될 필수 부품이기도 하다. 거의 동일한 용례로 일렉트릭 기타나 베이스 기타의 내부 회로에서도 사용되는데, 가변 저항기(포텐셔미터)의 다리에 부탁하여 외부로 출력되는 사운드의 고주파 음역대를 깎아내는 역할을 한다.
그래서 일반적으로 저주파 통과 필터를 만들어서 노이즈를 제거하는 용도(Bypass) 및 안정화를 위한 평활회로의 부품으로 많이 쓰인다. 노이즈라는 것이 전압이 원치 않는 방향으로 순간적으로 요동치는 것인데, 콘덴서를 회로에 병렬로 연결해 두면 마치 추가 배터리를 병렬로 연결한 것과 같이, 전압이 높을 때는 커패시터에 충전이 되었다가 전압이 떨어질 때 커패시터에서 전하를 내놓으므로 전압이 안정된다. 그래서 일정 수준 이상 전압이 요동치지 않게 된다. 일반적으로 개인 공작 수준에서 전해 커패시터와 세라믹 커패시터가 많이 쓰이는데, 전해 커패시터는 저주파, 세라믹 커패시터는 고주파 노이즈를 제거하는 데 유리하다. 용량이 클수록 더 낮은 주파수 신호도 잘 통과하기 때문이다. Decoupling Capacitor라고 해서 전원과 GND 양단 사이에 생기는 순간적인 전압강하를 잡아주는 기능도 있다.
전자회로에서는 고주파 신호가 정보를 전달하기 때문에 캐퍼시터로 직류를 막아 버릴 수도 있다. 커패시터와 다이오드를 이용한 정류회로는 가정으로 들어오는 교류전류를 직류로 변환해주기도 한다. 다이오드에 의해 순방향 전압만 걸리게 되는데 이 때까지는 전압이 들쭉날쭉한 상태이지만 위에서처럼 커패시터가 전압을 안정시키므로 직류로 변환되는 것이다.
송전에서는 역률 개선이나 전압강하 저하를 위해 쓰인다.
그 외에도 전하를 저장했다가 내놓는 특징을 살려 다양한 용도로 사용할 수 있다. 예컨데 트랜지스터의 스위칭 기능과 연동해 커패시터의 충전과 방전을 반복함으로써 LED를 깜빡거리게 한다든지......[16] 정전용량 무접점 방식 키보드는 커패시터의 원리를 이용해서 만든 물건이다. 콘덴서 마이크도 마찬가지. 터치스크린도 기본적으로는 커패시터를 응용한 물건이다. 커패시터가 충전되었는지 여부를 가지고 정보를 저장하는데도 이용이 가능한데, 대표적으로 DRAM에 쓰인다.
보드에서 커패시터가 고장나서 대체해야 하는 경우, 웬만하면 커패시턴스를 원본과 동일 용량으로 맞추는 것을 권장한다. 용량이 더 적은 건 당연히 나쁘고 약간 더 큰 정도로는 큰 문제는 없지만 원래 설계와 동작 차이를 유발할 수 있어서 장기적으로 문제가 생길 수 있기 때문. 내압은 대부분의 경우 더 높아도 상관없다.
4. 충전과 방전
회로의 중앙에 커패시터의 회로가 존재하고 커패시터에 고정된 채로 전지의 방향인 지점 A와 램프 [math(\otimes)]의 방향인 지점 B를 연결하는 스위치가 A,B를 임의의 주기에 연결한다고 가정하자.[18]. 여기서 스위치의 위치에 따라서 커페시터가 충전하는지 방전하는지 결정된다.- 스위치가 A에 있을때, 전지에서 나온 전자는 커패시터의 -극에 저장된다. 이를 충전이라고 한다.
- 커패시터 내부의 전류값이 0이 되거나(완충) 전압 값이 현재 커패시터의 충전 전압보다 작아지거나(전압 부족) 전하량이 회로가 낼수 있는 최대값에 도달할때(또다른 커패시터로부터의 전하 이동), 커패시터는 충전을 완료한 상태가 된다.
- 스위치가 B에 있을때, 커패시터의 -극에 저장된 전자는 커패시터의 +극으로 이동하면서 램프에 도달한다. 이를 방전이라고 한다.
- 방전에 의해 커패시터 내부에 축적된 전하가 모두 소모되어 전압을 낼 수 없게 되면 방전이 끝난다. 이때, 램프가 저항 성분으로 모델링될 수 있는 부하를 갖는다면 방전 과정은 저항값에 비례하여 느려진다. 또, 위 회로상에 스위치가 하나 더 있다고 가정하면, 해당 스위치가 열린 상태일때, 커패시터의 방전은 멈춘다.
커패시터의 충전혹은 방전하는 상황에서의 전류, 전압, 전하의 양은 시간에 따른 지수함수 함수꼴로 0에 수렴하거나 PC회로의 최대 전압,전하값(혹은 전류)에 수렴한다.
이런 함수가 나올수 있도록하는 커페시터의 Q 변화에 대한 식은 다음과 같다.
[math(Q=Q_\text{0}e^{-\dfrac{t}{RC}})]
키르히호프의 제2 법칙에 따라서 충전과 방전될 때의 전압량은 [math(0=V_\text{r}+V_\text{c})]이다.
[math(V_\text{r}=IR)], [math(V_\text{c}=\dfrac{Q}{C})]이므로
[math(IR=-\dfrac{Q}{C})], [math(I=\dfrac{ΔQ}{Δt})]
[math(\dfrac{ΔQ}{Q}=-\dfrac{Δt}{RC})]
양 단항식에 적분을 하면,
[math(\displaystyle \int_{Q_\text{0}}^{Q}\dfrac{ΔQ}{Q}=-\int_{0}^{t}\dfrac{Δt}{RC})]
[math(lnQ-ln{Q_\text{0}}=-\dfrac{t}{RC})]
[math(Q=Q_\text{0}e^{-\dfrac{t}{RC}})]
다만, [math(Q=CV)]이므로
[math(lnC+lnV-(lnC+lnV_\text{0})=-\dfrac{t}{RC})]
[math(V=V_\text{0}e^{-\dfrac{t}{RC}})]
위 식을 토대로하여 커패시터가 충전과 방전을 할때의 커페시터 내부의 [math(I,V,Q)]의 변화량은 [math({\rm exp})] 함수 그래프꼴로 나타내어진다.
대체적으로 I,V,Q 그래프들은 충전하거나 방전할때 커페시터 내부 I,V,Q 변화량의 그래프 기울기가 시간에 따라서 0에서부터 급격히 증가하거나 특정 값으로부터 감소해서 특정 자연수로 수렴하는 지수함수의 형태를 가지고 있다는 것을 확인할수 있다.
다만, 커패시터가 충전될때 내부의 전압과 전하량은 각각 값이 0인 상태에서 그래프 기울기를 따라 증가하여 이 회로가 낼수 있는 최댓값인 6V, 6mC에 최종적으로 도달하는 반면, 전류는 최댓값인 0.06A에서 그래프 기울기에 따라 점차 감소해서 0에 최종적으로 도달한다.
커패시터가 방전될때는 이와 반대다.
5. 커패시터의 종류
다양한 커패시터의 종류
1패럿짜리 커패시터. 아래 분류에서 슈퍼 커패시터에 해당하는 물건. 지름이 거의 2cm 남짓 된다.
5.1. 전해 커패시터
음극 전해질에 금속 양극이 들어 있는 구조로, 금속 표면에 산화막이 형성되어 이것이 절연 및 유전체 역할을 한다. 아래 필름 커패시터와 비교했을 때 유전체의 두께가 얇기 때문에 더 높은 용량을 얻을 수 있다. 공통적인 전기적 특성으로서는 일단 부피/무게 대비 용량이 중간쯤 한다. 선형성도 높고, 직렬 저항값도 큰 편이다. 다만 가격이 약간 비싼 편이고, 최소 크기가 매우 큰 편이다. 즉, 작은 용량의 전해 콘덴서는 아예 안 판다. 또한 보통 반대 방향으로 전압을 가하면 폭발하기 때문에 교류용으로 쓰려면 항상 DC bias가 있어야 한다. 양방향 전압을 가할 수 있는 전해 커패시터도 있긴 한데, 이런거 쓸 바에 다른걸 쓰는 경우가 낫기 때문에 볼일이 별로 없다. 마지막으로 고전압 + 고용량으로 만들기 용이하고, ESR[19]이 적절히 높은 편이라 고전압 파워에 넣기 좋다.[20] 세라믹에서 후술할 떨림 문제도 없다.오래된 전자제품이 제대로 작동하지 않을 때에 대부분의 원인을 제공하는 부품이기도 하다.[21]기본적으로 소모성 부품이므로 오래된 기기라면 이 전해 캐패시터의 수명이 다 되었거나 간당간당해져 있는 경우가 많으며, 이 때문에 레트로 기기가 오작동하거나 아예 작동을 안하는데 원인을 특정하기 어려울 경우는 일단 이 전해 캐패시터부터 새로운 것으로 싹 교체해보고 수리를 시작하는 것이 좋다. 미디나 레트로 컴퓨터, 게임기 등 오래된 전자기기를 다루는 동호회 등에서는 이것을 통칭 '콘갈이'(콘덴서 갈이)[22]라 부르며, 수리 및 정비에 거의 필수적인 조치로 여긴다.
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알루미늄 전해 커패시터(Electrolytic Capacitors)
흔히 볼 수 있는 커패시터 중 하나로, 품질에 따라 수명, 전기적 특성에 차이가 나기 때문에 일부는 일본제 전해 커패시터가 장착된 고급형 메인보드를 고집한다고 한다.근데 파나소닉쪽은 가성비가 좋을 뿐이지 품질 자체는 구리다.같은 회사 제품이라면 85도 짜리보다는 105도 짜리가 더 수명이 길다. 수명이 다 되어가는 커패시터는 윗부분이 부풀어오르거나, 아랫부분이 부풀어 들뜨기도 하는데 일명 임신이라고 하며 하루 빨리 교체해야 한다. 만약 그대로 둘 경우 전해액이 흘러나와 PCB를 부식시킬 수 있다. 위의 예시 이미지에서 상단은 DIP형 소자고, 하단은 SMD 실장형 소자다. 일정 크기 이상의 알루미늄 콘덴서는 윗부분에 십자 혹은 Y자 모양으로 홈이 파여있는데, 이는 일종의 안전장치로 전해액이 기화될 때 이 기체가 상대적으로 약한 윗부분 홈을 파손시키고 배출되도록 설계된 것이라고 한다. 만일 이러한 홈이 없으면 압력이 쌓여 강한 폭발이 일어날 위험이 있다. # 역극성으로 연결하면 절연체 역할을 하는 알루미늄 산화막이 파괴되어 소자가 손상된다. -
고압 알루미늄 전해 커패시터
높은 내압을 가진 전해 커패시터로 보통 200~450V의 내압을 가진다. 최대 600V에서 사용 가능한 제품도 있으며, 음료수 캔보다도 큰 크기를 가진 수천 μF 이상의 고용량 제품도 있다. SMPS의 전원 입력부 정류회로나 일회용 카메라의 플래시 회로 등에 사용된다.
- 무극성 알루미늄 전해 커패시터 - 극성 구분이 없어 반대 방향으로도 전압을 가할 수 있는 전해 커패시터이다. DC bias 없이 교류전류를 통과시킬 수 있으며, 주로 오디오 회로에 사용된다. 특이하게도 극성 구분이 없음에도 불구하고 다른 무극성 커패시터들과 달리 한쪽 다리가 더 길다.
- 폴리머 전해 커패시터 - 솔리드(고체) 커패시터라고도 한다. 2010년대 초중반 이후로 나온 메인보드들에서는 알루미늄 전해 커패시터보다도 흔하게 볼 수 있다. 때문에 기존의 전해 커패시터보다 수명이 길고 안정적이며 열이나 과전류 등에 의한 폭발에는 강하나, 대신 전류 용량이 커질수록 가격이 일반 전해 커패시터보다 비싸지는 건 둘째치고 부피도 일반 전해 커패시터보다 몇 배 이상 커질 수 밖에 없다는 단점을 가지고 있다. 파워서플라이 등 많은 전류 용량이 필요로 하는 제품에는 여전히 알루미늄 전해 커패시터가 들어가는 것도 이런 이유 때문. PC엔진 듀오에 사용된 폴리머 커패시터가 고질적으로 고장이 많이 나는 것으로 유명하다. [23]
- 고체 탄탈럼 전해 커패시터 - SMD 실장이 가능하기 때문에 스마트폰과 같은 첨단 소형 전자기기에 많이 쓰인다. 다만 극성을 잘못 연결하거나 약간이라도 과전압이 가해지면 쉽게 폭발하므로 주의해서 다뤄야 된다.[24] 또한 고체 커패시터이긴 하나 터질때 전해액이 나오므로 터진 탄탈럼 커패시터를 뒷처리 할 때는 전해액이 피부에 닿지 않게 주의해야 하며 PCB 청소도 꼼꼼히 해줘야 한다.
- 고체 나이오븀 전해 커패시터 - 희소 광물이자 분쟁 광물인 탄탈럼을 나이오븀으로 대체한 커패시터이다. 외형은 탄탈럼 커패시터와 동일하다. 탄탈럼 커패시터에 비해 흔치 않은 편이다.
5.2. 필름 커패시터(Film capacitor)
양 극에 교대로 연결된 얇은 금속막과 절연체를 여러 번 겹쳐 만든다. 고등학교 물리 시간에 배우는 바로 그 구조. 양극이 모두 금속이고 구조가 단순하기 때문에 선형성, ESR, 온도계수, 그리고 용량 정밀도가 출중하다. 다만 절연체를 아주 얇게 만드는 것이 어려우므로 비싸고 용량이 작다. 고주파 회로에 세라믹과 같이 가끔 보이고, 정밀도가 요구되는 회로에서도 나온다. 이를테면 테스트기기라던가, 오디오 기기라던가. 단상 교류 유도 모터의 시동 토크를 증가시키려는 용도에 사용된다.크기가 큰 편이라 웬만하면 안 쓴다. 보통 모양은 직육면체에 다리가 둘 달렸거나 아니면 원통형이다.
과거에 높은 전압 성능 등을 이유로 종이를 절연체로 사용한 커패시터도 존재했지만 수분 흡수 등 특성으로 대부분 필름 커패시터로 대체되었다.
- 폴리에스테르 필름 커패시터 (일반적으로 마일러 커패시터라 불리는데 마일러는 필름의 상표명이다.)
- 폴리프로필렌 필름 커패시터
- 메탈라이즈드 폴리프로필렌 커패시터
- 폴리스티렌 커패시터 (스티롤 혹은 스치롤 커패시터라고도 불린다)
- X등급 안전 필름 커패시터 (220V 전원 노이즈 필터 등 커패시터에 쇼트가 발생할 경우 화재 위험이 있는 회로에 사용된다. 이들은 과전압으로 인해 파손될 경우 매우 낮은 저항값으로 쇼트되어 퓨즈나 차단기가 바로 동작되도록 하거나, 아예 회로에서 끊어지도록 설계된다.) 전기 안전과 직결된 부품이므로 Y등급 커패시터와 함께 KC 인증 대상으로 규정되어 있다.
5.3. 세라믹 커패시터
필름 커패시터와 비슷한 구조이나 절연체로 세라믹을 사용한다. 사용되는 세라믹은 Paraelectric (Class 1, 상유전체) 혹은 Ferroelectric (Class 2, 강유전체) 중 한 특성으로 인해 특정 전압 구간 안에서 높은 유전율을 보이고 이를 통해 높은 커패시턴스(또는 전기용량)를 구현한다. 현대 회로의 왕이나 다름없는 포지션을 담당한다. 일단 부피/무게 대비 용량이 매우 높다. 전해식의 10배에서 100배 가량 되는 경우도 있다. 장점은 그것뿐만 아니라, ESR 과 ESL이 무지막지하게 낮다. 일단 크기가 작으니까...다만 사용하는 세라믹의 전기적 특성으로 인한 단점이 존재한다. 일단 선형성이 매우 떨어진다. 무슨 뜻이냐면, 일단 6.3볼트까지 올릴 수 있는 세라믹 콘덴서가 있다고 하자. 직류 전압이 0일때 커패시턴스가 100 이라면, 3.3볼트에선 90 정도의 커패시턴스를 보이고, 한계전압인 6.3볼트까지 올라가면 심한 경우에는 10까지 내려가는 경우도 있다. 고압의 정현파 같은걸 넣으면 반대편에서 뾰족뾰족한 삼각파가 나올 수 있다는 얘기다. 이것 때문에 고주파 라디오나 오디오에선 사양하는 경우가 있다. 이를 타파하기 위해 일부러 한계전압이 디자인 전압보다 훨씬 높은 콘덴서를 쓴다. 어차피 그렇게 비싼것도 아니고, 선형성이 떨어지는게 사실 한계전압의 비율에 따라 떨어지기 때문이다.
그것뿐만이 아니라, 온도계수가 무지막지하게 높은게 대다수다. 50%에서 200% 차이나는게 부지기수다. 그리고 마지막으로 교류 전압이나 전류를 가하면 피에조 효과라고 세라믹 부도체가 팽창과 수축을 한다. 그게 그대로 기판에 전달되어 소리가 나버린다. 유도자도 이런 일이 있어서 사람들이 싫어하기도 하는데 사실 세라믹 커패시터도 소리를 낸다. 유도자 팽창 수축 운동은 전류에 비례하는데, 세라믹은 전압[25]에 비례해서 고전압 소전류 교류 회로에서 특히 소리가 잘 난다. 특히 CCFL 백라이트 같은 것.
단, 상술했듯이 안에 들어가는 세라믹에 따라 장단점의 강도가 다르다. 세라믹의 종류 및 커패시터의 특성 등으로 세라믹 커패시터를 몇 가지 class로 구분하는데, 일반적으로 Class 1, 2 를 많이 사용한다. 각 클래스별로 용량 오차율, 동작 온도, 온도 계수를 대략 나타내는 영문 약어가 존재하며, 보통 얘기하는 NP0, X5R, X7R 등이 바로 그것이다. Class 1의 NP0의 경우는 필름 못지않은 높은 선형성과 낮은 온도계수를 보여주는 대신에 용량이 시궁창이다. Class 2의 X7R은 반대로 용량이 매우 높은 대신에 온도계수가 엄청 높고, 선형성도 꽝이다. 다만 공통적으로 ESR/ESL은 매우 낮다.
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적층 세라믹 커패시터(MLCC;Multi Layer Ceramic Capacitor)
회로기판에 직접 실장되는 형식( SMD)의 세라믹 콘덴서이다. 최근 전자기기들이 고성능화되고 기판이 소형화되면서 수요가 폭증하여 정말 웬만한 기판에서는 전부 발견할 수 있는데 작은 직사각형에 전극이 두개고 백색-황토색-암갈색을 띄고있으면 MLCC일 확률이 크며, 검은색이면 커패시터가 아닌 소형 SMD 저항이나 인덕터일 확률이 크다. SMD 저항기와 달리 표면에 용량값을 표기하지 않기 때문에 용량을 알 수 없을 경우 기판에서 떼낸 후 별도의 계측기로 측정해야 한다. 보통 황토색이지만 용량이 높을수록 어두운 갈색을 띤다. 용량이 매우 낮은 경우(수십~수백 pF) 흰색을 띠기도 한다. 열이나 충격, 혹은 지속적인 스트레스로 인해 내부 세라믹이 깨져 쇼트가 발생하는 일도 있다. 일반 세라믹 커패시터보다 용량을 높일 수 있어 10μF 이상의 용량을 가지는 경우도 있으며, 스루홀 방식으로 생산되는 제품도 있다. - 어레이 적층 세라믹 커패시터 - 동일한 세라믹 커패시터 어려개를 하나로 패키징한 부품이다.
- 마이카 커패시터
- 실버 마이카 커패시터
- 고압 세라믹 커패시터 - 수백 볼트 이상의 높은 한계 전압을 가진 세라믹 커패시터이다. 수천~수만 볼트 이상에서 사용 가능한 고전압용 커패시터도 있으며, 라디오 송신소 등 고주파 고전압이 필요한 장소에서는 원판형으로 된 대형 고압 세라믹 커패시터를 사용하기도 한다.
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Y등급 안전 세라믹 커패시터
SMPS 등 감전 위험이 있는 전압이 흐르는 회로와 사용자가 접촉할 수 있는 저전압 회로가 공존하는 회로에서 노이즈 제거를 위해 사용된다. 이러한 장소에 사용되는 커패시터는 고장으로 인해 단락(쇼트)될 경우 감전 사고의 위험이 있으므로 특별히 안전해야 한다. Y등급 커패시터는 과전압 등으로 파괴될 경우 쇼트가 발생하는 대신 회로에서 끊어지도록 설계된다. 이러한 커패시터의 표면을 자세히 보면 커패시터의 용량 표기뿐 아니라 KC 인증을 비롯한 각종 안전 인증 로고들이 표기되어 있는 것을 확인할 수 있다. Y2 등급은 전원과 접지 사이에, Y1 등급은 가장 안전한 등급으로 전원과 접지 사이 또는 전원과 비접지된 저전압 회로 사이에 사용할 수 있다. 2010년대 후반부터는 전력 전자회로의 소형화 추세에 맞게 SMD 형태의 Y등급 커패시터도 등장하였다. 절연을 위해 일반적인 SMD 세라믹 커패시터보다는 크기가 크며, GaN 충전기 등 내부 공간이 협소한 SMPS에서 찾아볼 수 있다.
5.4. 오일 커패시터
이름 그대로 부도체가 기름이다. 일단 기름이란 게 유체니까 펌프나 대류 같은거로 움직일 수 있다는 게 장점이다. 전하판이 뜨거워지면 기름이 열을 흡수하고, 대류로 기름을 히트싱크에 보내서 냉각시켜 다시 넣는 게 가능하다. 비슷하게 기름이 채워진 변압기도 있는데, 이건 전기적 특성 때문이 아니라 이물질 유입 보호 차원 및 냉각 차원에서 쓴다. 보통 고에너지 상용 전기기기 (모터, 변전소, 전동차 등)에서 쓰인다. 실생활에서는
전자레인지의 마그네트론 전원부에 사용된다.
5.5. 가변 커패시터
일명 바리콘. 정식 명칭은 Variable Condenser 혹은 Variable Capacitor. 약어로 VC로 불린다.커패시턴스 공식의 변수 중, 단면적에 해당하는 부분을 조절하여 커패시턴스를 임의로 조절할 수 있도록 만든 소자다. 유전체로 사용되는 물질에 따라 아래와 같이 나뉜다.
- 에어 바리콘 : 금속으로 제작된 가변 커패시터로 공기를 유전체로 사용한다. 70년대까지는 탁상용 라디오 등에서 주파수 조절 다이얼 등에 많이 쓰였지만 요즘은 보기 힘들다.
- 폴리 바리콘 : 플라스틱막과 알루미늄막을 겹쳐서 만든 가변 커패시터로, 다이얼로 주파수 맞추는 모든 라디오는 2015년 이후의 DSP화 이전에는 이 부품을 사용했다. 다만 최근 따라 순수 라디오 수신기 수요감소, 일부 중국산 바리콘(특히 NCE 제품)의 품질 저하 문제, DSP 수신기(디지털 방송 라디오 수신기 포함)의 확산 등으로 수요 전망이 밝지는 않으며, 2030년대이면 사실상 멸종될 전망이다. 1955년에 세계 최초로 폴리바리콘을 개발, 양산한 일본 기업인 미쓰미(폐업한 것은 아니고 폴리바리콘 생산만 중단. 같은 해에 베어링 업체에 인수)는 2017년부로 폴리바리콘 생산을 종료했다.
6. 슈퍼커패시터( 울트라커패시터)
일명 슈퍼캡. 말 그대로 용량이 큰 커패시터이다. 일반적인 이차 전지와 비교하면 용량은 작지만 충방전 속도가 아주 빠르다는 이점을 가진다. 이러한 특징 때문에 주로 이동수단의 고출력 전원 보조용으로 사용된다. 맨 위의 1F 짜리는 기본이고 3400F 급도 있다. 이젠 아예 슈퍼가 아닌 울트라커패시터도 있는데, EDLC(전기이중층 커패시터)와 Pseudo 두가지가 있다. EDLC는 최소 1F~최대 3600F 등등 다양하게 있고 pseudo는 10kF까지 존재한다. 보통 10k되는 것들은 실용이 아니라 실험 용도인 것을 감안해야 하며 LIC(Lithium ion capacitor)이거나 Hybrid capacitor로 순수 EDLC가 아닐 가능성이 있다.
7. 문서가 있는 국내 관련 사업 기업
8. 관련 문서
[1]
여기서 임시로 쓰인 표기는 '
쌍상투 관'이라는
한자로,
丱의 이체자이다. 물론 키보드로 입력할 수 있는 -||-로 쓰는 경우가 더 많다. 고정된 커패시턴스 값을 가지는 커패시터의 경우 한쪽 판을 구부려 표시하기도 한다. -)|- 이런 식으로
[2]
이 임시로 쓰인 표현은 유니코드 U+2528(혹은 U+252B)와 U+2520(혹은 U+2523)을 사용했다.
[3]
Quora에 따르면 콘덴서는 오래된 말, 커패시터는 비교적 새로운 말이라고 한다.
[4]
대부분의 다른 유럽 언어에서는 콘덴서/콘덴세이터 계통이 여전히 공식적으로 쓰인다. Kondensator (독일어) / Condensateur (프랑스어) / Condensador eléctrico (스페인어) 등. 한국에서도 90년대에는 '콘덴서'를 사용하여 주로 오래된 서적에서 볼 수 있다.
[5]
원통형은 실제로 물탱크처럼 생기기도 했다.
[6]
더 줄여서 그냥 C라고도 한다. 실제 회로도의 Reference상에서도 C1, C2...등으로
[7]
Q=C*V, 고로 C=Q/V=A2×s4×kg-1×m-2
[8]
마이크로패럿(μF)을 많이 쓰고 그 아래인
나노패럿(nF), 또 그보다 더 아래인
피코패럿(pF) 단위도 꽤 쓰며,
집적 회로 내부에서는 더 아래인
펨토패럿(fF) 단위까지도 사용한다. 슈퍼커패시터의 경우 그 위인 킬로패럿(kF) 단위를 쓰기도 한다.
[9]
부품판매 사이트 등에서 검색할 경우는 μF를 바로 입력하기 번거로워서 uF로 대신 표기하는 경우가 꽤 많으니 주의.
[10]
의성어로 표현하긴 어렵지만, 처음엔 약간 낮은 소리로 시작해 소리의
진동수가 급격히 증가하며 곧 귀에 안 들리게 된다.
[11]
백 투 더 퓨처 1편의 이야기가 동력에 필요한 여분의 플루토늄을 챙기지 않은 채 타임머신으로 과거에 가게 되면서 이를 대체할 수단을 찾는 게 줄거리다.
[12]
이를 이용해서 참외를 폭발시키는
영상이 있다.
[13]
농담격으로 적어놓았지만 사제폭발물(
IED)를 만들 때 축전지를 쇼트시킨 후 내부 화학물질과 폭발시키는 경우도 있다. 물론 최근에서는 배터리가 대중화되고, 점화플러그 등을 이용한 폭발이 대중화되었기에 잘 사용되진 않는다.
[14]
즉, 양쪽에서 똑같은 힘으로 밀기 때문에 어느 쪽으로도 움직이지 않는다
[15]
이 상태를 정상상태라고 한다.
[16]
굳이 트랜지스터까지는 필요없다. 저항이랑 콘덴서만 있다면
비안정 멀티바이브레이터로 더 쉽게 회로를 구성할 수 있다.
[17]
실제로 회로를 구성하는 소자들의 경우 적정 전압 이상의 전압이 가해지면 '팍!' 내지는 '탕!' 하는 소리와 함께 터져버린다.
[18]
LED가 될 수도 있고,
백열등이 될 수도 있다. 참고로 회로도에서 이 둘은 다른 기호를 쓴다.
[19]
Equivalent Series Resistance. 말 그대로 커패시터에 전류를 흘릴 때 내부에서 생기는 전압 강하의 정도를 나타낸다. 이것이 크면 내부 전압 강하가 커져 Quality Factor 가 낮아지고 추가적인 에너지 손실이 발생한다.
[20]
높은 교류 전류를 흘리면 문제지만, DC-DC 컨버터 등에서는 오히려 ESR이 너무 낮거나 높으면 안정성이 떨어지는 문제가 있다.
[21]
다만 커패시터 한두개가 고장나서 제품 전체를 맛 가게 하는 경향은 smd타입 mlcc가 훨씬 심하다. 전해커패시터는 특성상 고장날 때 대부분 open이지 쇼트가 아니기 때문.
[22]
해외에서는
'recap'이라고 한다.
[23]
사실 부품 자체의 신뢰성 이전에 이미 듀오 자체가 오래된 기기이므로 현재 시점에서 봤을 때 커패시터에 문제가 생기는 것은 어느 정도 어쩔 수 없는 일이기도 하다.
[24]
오래된 전자기기에 전원을 넣었을 때 탄탈럼 커패시터가 폭발하는 경우가 종종 있다. 빈티지 컴퓨터를 취미로 모으거나 한다면 한번쯤은 경험할 수 있다.
[25]
정확히는 전기장 세기. 커패시턴스 × 전압량이랑 비례한다.