필름 커패시터 완벽 가이드: 특성, 구조, 실전 응용

전자 회로에 관심 있는 DIY 애호가라면 커패시터를 이해하는 것이 필수적입니다. 올바른 극성으로 사용하기 위해서죠. 커패시터는 다양한 과정에서 존재하는 중요한 수동 전기 부품입니다.

이 글에서는 다재다능하고 비용 효율적인 비극성 커패시터인 필름 커패시터를 다룹니다.

마일러 또는 폴리에스테르 커패시터로도 알려진 이 소자를 나중에 자세히 다루겠습니다. 이 장치가 무엇인지, 어떻게 작동하는지, 응용 분야 등을 안내해 드리겠습니다.

일해 봅시다!

필름 커패시터란?

필름 커패시터는 에너지 저장용 얇은 플라스틱 필름을 유전체로 사용하는 비극성 커패시터입니다. 제조사가 플라스틱 필름을 금속화하기도 하여 메탈라이즈드 커패시터라고도 부릅니다.

플라스틱 필름들이 층을 이루며 직사각형이나 사탕 모양을 형성하기도 합니다. 사용 가능한 유전체로는 PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌), PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트), PP(폴리프로필렌), PPS(폴리페닐렌 설파이드) 등이 있습니다.

필름 커패시터의 장점은 무엇일까요?

첫째, 쉽게 마모되지 않아 고주파 및 고전압 응용에 효과적입니다. 둘째, 낮은 왜곡 계수 덕분에 뛰어난 주파수 특성을 가집니다. 모터 런 커패시터와 AC 커패시터로도 쓰입니다.

필름 커패시터의 특징

필름 커패시터는 무극성이며 음의 온도 특성이 없습니다. 고전력 응용을 지원하는 전원 공급 및 AC 신호에 사용 가능하며 산업용으로도 이상적입니다.

그뿐만이 아닙니다.

높은 정밀도의 커패시턴스 값과 높은 전류 펄스를 가지며, 약점이 있는 다른 커패시터보다 값을 더 오래 유지합니다.

낮은 고장률, 낮은 자기 인덕턴스, 손실 계수, 등가 직렬 저항(ESR)을 가집니다.

특수 나사형 단자와 콤팩트한 치수 덕분에 높은 전류를 견딜 수 있습니다.

제대로 된 시동과 200볼트암페어 이상의 용량을 가진 커패시터를 찾는다면 믿을 수 있습니다. 긴 수명과 보관 수명을 가지며 다른 커패시터처럼 불량 역률이 없습니다.

금속 또는 금박 전극 덕분에 높은 서지 전류 펄스도 제공할 수 있습니다.

전압 정격은 50V ~ 2kV로 다양한 전류 펄스 부하를 견딥니다.

필름 커패시터 심볼

필름 커패시터의 구조

구조도

필름 커패시터 제작의 첫 단계는 얇은 플라스틱 필름 층을 추가 층과 함께 준비하는 것입니다. 선택한 두께가 소자의 정전용량 값과 종이 층을 결정합니다.

플라스틱 필름 두께가 전극 간 거리에 영향을 줍니다. 필름 점도가 낮으면 전극 거리가 줄어들고 정전용량 값은 증가합니다.

일반적으로 커패시터의 정전용량 범위는 1nF ~ 30μF입니다. 선호하는 내전압과 정전용량에 맞춰 필름을 추출한 후 커패시터를 금속화합니다.

아연이나 알루미늄으로 금속화할 수 있습니다. 그런 다음 '마더 롤'을 만듭니다. 이때 필름들을 알루미늄 시트 사이에 번갈아 끼워 롤을 만듭니다.

이후 평탄화, 슬리팅, 와인딩 공정을 거쳐 원하는 커패시터 크기, 전기적 특성, 직사각형 부품을 얻습니다.

이후 돌출 전극을 쇼페이지(Schoopage) 공정—금속화 공정—에 통과시킵니다. 주석, 아연, 알루미늄 같은 액체 금속으로 전극에 보호층을 입힙니다. 이 층으로 커패시터는 고온 내성을 얻습니다.

압축 공기로 권선 모서리에 분사하고 전압을 가합니다. 이 과정으로 전극 표면의 기존 결함을 소각합니다.

습기는 커패시터에 쉽게 영향을 미칩니다. 실리콘 오일 같은 절연 유체로 침투시켜 대처합니다.

권선을 커패시터의 금속 단자에 납땜합니다. 다시 안전 코팅을 한 후 본체를 외부 케이스나 보호 코팅에 담급니다.

필름 커패시터 동작 원리

필름 커패시터는 일반 커패시터와 같은 방식으로 작동합니다. 전극이 전하와 에너지를 저장합니다. 그런 다음 인덕터와 함께 LC 발진 회로를 만듭니다.

필름 커패시터 테스트 방법은? 멀티미터를 옴(10kΩ ~ 1MΩ 사이) 모드로 설정합니다. 멀티미터 리드를 커패시터 해당 리드에 접촉시킵니다(검정은 음극, 빨강은 양극). 그러면 기기가 0에서 무한대 방향으로 천천히 이동하며 읽힙니다.

리드 높이로 극성도 알 수 있습니다. 짧은 단자가 캐소드(음극), 긴 단자가 애노드(양극)입니다.

필름 커패시터 심볼

필름 커패시터와 다른 플라스틱 필름 유전체 커패시터의 차이

이제 필름 커패시터 개념을 잡으셨을 겁니다. 이 섹션에서는 유전체 재료에 따른 다양한 필름 커패시터를 다룹니다.

폴리에스테르 커패시터

마일러 또는 폴리에스테르 커패시터

가장 널리 쓰이는 유전체 재료 중 하나입니다. 폴리프로필렌 등 다른 재료보다 높은 유전율을 가집니다. 이 덕분에 소형 커패시터 제작이 가능합니다.

마일러 커패시터라고도 부릅니다. 저렴하고 우수한 자기 치유 특성이 있습니다.

고온에서 더 많은 전력을 소모합니다. 온도가 저/고한계에 도달하면 최대 5% 정전용량 변화가 나타납니다. 따라서 정밀 커패시터 제작에는 폴리에스테르가 이상적이지 않습니다.

폴리카보네이트 커패시터

주로 고온 응용에서 쓰입니다. 유전율이 약 2.7입니다. 폴리카보네이트 필름은 항상 구하기 쉬운 건 아닙니다.

하지만 넓은 온도 범위에서 좋은 전기적 특성을 가지며 저손실 소자입니다.

폴리스티렌 커패시터

낮은 유전율을 가집니다. 고안정성과 일반적인 정전용량 응용에 사용합니다. 온도(-55°C ~ +85°C)에 따른 정전용량 안정성 손실(고/저)을 방지할 수 있습니다.

캅톤(폴리이미드) 커패시터

고온 응용 부품 제작에 더 효과적입니다. 유전율이 약 3.4로 높기 때문입니다. 하지만 메탈라이즈드 커패시터는 자기 치유 능력이 떨어집니다.

PTFE 커패시터

또 다른 저손실 소자로 뛰어난 안정성을 제공합니다. 작은 풋프린트 부품 제작에 이상적입니다. PTFE가 고온 응용에 적합하지 않기 때문입니다. 정전용량 값이 낮고 가격이 비쌉니다.

PPS 커패시터

PP 필름 커패시터들

정밀 커패시터 제작에 완벽한 선택입니다. 뛰어난 온도 특성 덕분입니다. PPS 커패시터와 폴리카보네이트 커패시터는 내전압 강도와 유전율이 유사합니다. 따라서 전기 회로에서 폴리카보네이트를 PPS로 대체할 수 있습니다. 자기 치유 능력도 높습니다.

필름 커패시터의 종류

플라스틱 필름 커패시터에는 두 가지 타입이 있습니다:

1. 메탈라이즈드 필름 커패시터:

메탈라이즈드 필름 커패시터

이 소자는 두 메탈라이즈드 필름과 플라스틱 필름으로 된 유전체를 가집니다. 전극은 얇은 진공 증착 알루미늄(약 0.03μm) 메탈라이제이션으로 만들어지며, 필름 한 면 또는 양면을 코팅합니다.

전극 간 단락 시 부품이 온전할 수 있습니다. 단점은 제한된 서지 전류 정격입니다. 하지만 결함 없이 양질의 제품을 생산하는 데 사용할 수 있습니다.

2. 포일 커패시터:

필름/포일 커패시터

포일 커패시터는 두 플라스틱 필름으로 된 유전체를 가집니다. 각 전극에 금속 포일 층(주로 알루미늄)이 있습니다. 이 구조로 전극(금속 포일)에 쉽게 전기적으로 연결할 수 있습니다. 포일 커패시터는 높은 서지 전류를 처리할 수 있습니다.

인덕티브 필름/포일 커패시터

필름 커패시터 vs 전해 커패시터 vs 세라믹 커패시터

첫째, 세 커패시터 모두 다른 유전체를 가져 성능이 다릅니다. 필름 커패시터는 다양한 정전용량 값으로 나옵니다. 전해와 세라믹 커패시터는 낮은 왜곡 계수로 저정전용량 회로에 적합합니다.

둘째, 필름 커패시터는 양극성인 얇은 플라스틱 필름 시트를 유전체로 사용합니다. 반면 세라믹과 전해 커패시터는 각각 양극성인 세라믹 시트와 극성인 산화물을 사용합니다.

필름 커패시터는 긴 에이징 시간 덕분에 고전압 및 고주파 응용에 가장 적합합니다. 세라믹과 전해 커패시터는 에이징 시간이 더 짧습니다.

필름 커패시터의 응용 분야

• 오디오 크로스오버
• A/D 컨버터
• 펄스 레이저
• 전력 전자 장치
• 안전 커패시터
• X선 플래시
• 스너버 커패시터
• 간섭 억제
• 전압 평활 커패시터

마무리

필름 커패시터는 우수한 특성을 가진 비극성 소자입니다. 따라서 전력용과 AC 신호용으로 이상적입니다. 높은 정밀도의 정전용량 값을 가지며, 다른 커패시터보다 에이징 시간이 깁니다.

고전압을 견딜 수 있는 신뢰할 만한 커패시터가 필요하다면 필름 커패시터가 정답입니다. 더 도움이 필요하면 언제든 연락 주세요.