전해/세라믹 Capacitor(캐패시터) 선정법

캐패시터는 중요한 수동 소자이다. 이 중 세라믹/전해 캐패시터가 많이 사용되는데

올바른 캐패시터 선정법에 대해 알아보자.

 

 

1. 커패시턴스 선정 

 - 저항 선정과 같이 설계에 필요한 캐패시턴스을 선정한다. 이후에 크기와 내압, 온도 등을 갖는 커패시터를 선정할 수 있다.  보통 커패시터의 오차율이 5%~20% 를 넘지 않도록 한다.  아래 첨부한 표는 사용되는 커패시터값이다. 만약 커패시턴스에 따라서 민감한 반응을 보이는 회로를 설계하고 할때, 한 종류의 커패시터를 단일로 설계하는 것이 아닌 병렬로 설계하여 추가되는 캐패시터에 따라서 정밀하게 값을 교정하여 사용할 수 있도록 회로 설계에 반영해야 한다.

 

2-1. 세라믹 캐패시터의 내압/ 크기 선정

 - 1번에서 설계하고자 하는 캐패시턴스를 갖는 캐패시터를 표에서 찾아 선정했다면, 내압을 선택해야 한다.

캐패시터의 내압을 고려하지 않고, 캐패시터 양단에 걸리는 전압이 캐패시터의 내압보다 높게 걸리면, 전기적 손상을 받으며 열화가 진행되고 심할 경우 폭파하게 된다. 세라믹 캐패시터는 언급한 바와 같이 전기적 손상을 받은 후 소손될 경우 단락(Short)이 발생하여 설계한 PCB 기판의 심각한 영향일 끼칠 수 있다. 

캐패시터를 선정할 때는 편리하게 Digikey나 Mouser 등 전자부품 전문 공급업체에서 제공하는 부품 소팅 툴을 이용해 선정하면 편하다.

 

주의!) 세라믹 커패시터 및 전해 캐패시터 내압 선정 기준은 캐패시터가 설계될 위치에서 캐패시터 양단에 걸리게 될 전압의 최소 2배, 권장 3배 이상의 내압성능을 지닌 캐패시터를 선정해야 한다. 이는 최초 동작전원 입력에 다른 Voltage Transient(과도전압)으로부터 보호하기 위함이다.

 

2-2. 전해 캐패시터의 내압/ 크기 선택

 - 설계하고자 하는 캐패시터를 정했고, 전해 재질의 캐패시터를 선정했다면 세라믹 캐패시터의 내압을 선택하는 과정과 동일하게 전해 캐피시터 또한 내압 선정을 해주어야 한다. 동작 중에 전해 캐패시터가 폭발하거나 전해 캐패시터의 수명이 매우 떨어지게 되는 현상이 발생할 수 있기 때문이다.

전해 캐패시터의 경우 캐패시터 내부의 전해액 등과 같은 재질로 구성되어 있는데, 내압 선정이 잘못됐다면, 부품의 데이터시트에 규정된 동작 시간보다 훨씬 낮은 상태에서 캐패시터의 수명이 다하거나 폭발의 위험이 생긴다. 

이 전해 캐패시터 역시 세라믹 캐패시터와 같이 Voltage transient의 위협으로부터 보호하고자 양단에 걸리게 될 전압보다 최소 2배, 권장 3배 이상의 내압 성능을 지닌 캐패시터를 이용하여야 한다.

 

3-1 세라믹 캐패시터의 온도 등급 선택

 - 캐패시터를 선정할 때 온도 등급을 지정해야 한다. 온도 등급이란 세라믹 캐패시터는 온도에 따라서 부품 자체가 갖는 커패시턴스 변화율이 있는데 만약 캐패시턴스에 민감하게 동작하는 회로라면 이와 같은 온도에 따른 캐패시턴스 변화율 등급을 더욱 중요시 여기며 확인해야한다.

3-2 전해 캐패시터의 온도 및 수명 확인

 - 전해 캐패시터는 세라믹 캐패시터와는 다르게 부품 고유의 데이터시트를 각각 확인하여 동작 온도에 따른 전해 캐패시터의 수명을 확인해야 하는데, 전해 캐패시터는 내부가 전해액으로 충전되어 있기 때문에 전해 캐패시터의 동작 온도에 따라서 수명이 정해지게된다. 

위 사진과 같은 예시는 VISHAY 사의 SMD Type의 캐패시터의 데이터시트를 발췌한 것인데, 

Extended useful life : up to 6000 h at 125℃

라고 명시되어 있음을 알 수 있다. 이 의미는 "125도로 동작할 경우 최대 6000h(시간) 동안의 수명을 보증한다"는 것이다. 전해 캐패시터의 수명에 대하여 데이터시트 하단에 상세히 명시되어 있으니 꼭 확인해야 한다고 한다.

 

캐패시터 선정에 대하여 글을 작성하신 네이X 블로거님 감사합니다.

 

https://m.blog.naver.com/ansdbtls4067/221330130030

실무 회로설계에서 캐패시터 선정법