커패시터는 광범위한 응용 분야로 인해 전기 회로의 필수 수동 부품입니다. 또한, 커패시터는 구조와 구성에 따라 다양한 종류로 나누어지므로 회로에 적합한 커패시터 종류를 선택하는 것이 필요하다. 필름 커패시터는 수명이 길고 자체 인덕턴스가 낮으며 손상되지 않고 회로의 전력 서지를 흡수할 수 있는 커패시터 유형 중 하나입니다.
개요:
필름 콘덴서란?
필름 커패시터의 구성 및 작동
필름 콘덴서의 종류
필름 커패시터의 자가 치유 기능
스너버 회로
전력 필터
EMI 필터
결론
필름 콘덴서란?
필름 콘덴서는 플라스틱 필름을 판 사이에 변증법으로 넣어서 가격이 저렴하고 특성이 오랫동안 일정하게 유지되는 콘덴서입니다. 이 플라스틱 필름은 두께가 1마이크로미터 정도로 상당히 얇습니다. 이 커패시터는 무극성 커패시터 범주에 속하므로 AC 회로에서 매우 유용합니다. 필름 콘덴서는 정격 전압 용량의 2배에 달하는 과전압을 견딜 수 있습니다.
필름 커패시터의 구성 및 작동
필름 커패시터에 사용되는 다양한 유형의 플라스틱 필름은 서로 다른 특성을 가지고 있습니다. 예를 들어 폴리프로필렌 필름은 더 높은 절연 저항을 제공하고 더 높은 전류를 갖는 회로에 적합합니다. 또한 폴리프로필렌 설파이드는 내열성이 높고 열특성도 좋지만 가격이 비싸다. 필름 커패시터에서 유전체로 사용되는 특성을 지닌 필름 유형은 다음과 같습니다.
필름 콘덴서의 종류
이제 필름 커패시터의 유전체 필름 재료를 기반으로 그 특성이 많이 달라지므로 다음은 다양한 유형의 절연 재료를 기반으로 하는 필름 커패시터의 특성을 표시하는 표입니다.
커패시터의 구성을 더 자세히 설명하기 위해 두 가지 유형의 필름 커패시터가 있습니다. 하나는 호일 필름 커패시터이고 다른 하나는 금속 커패시터 또는 증기 증착 커패시터입니다.
포일 필름 커패시터
이러한 유형의 커패시터에는 금속 호일로 만들어진 전극이 있고 유전체의 플라스틱 호일 사이에 끼워져 있습니다. 이는 유도성 또는 비유도성일 수 있는 권선형 필름 커패시터이며, 둘 사이의 차이점은 대상 유도성 포일 필름 커패시터의 단자가 권선 전에 전극에 직접 연결되어 있다는 것입니다. 비유도성 포일 필름 커패시터에는 끝면에 연결된 단자가 있습니다.
비유도성 포일 전극 필름 커패시터는 유도성 커패시터에 비해 낮은 인덕턴스를 나타내며 고주파 특성을 갖습니다. 유도 포일 필름 커패시터에서 금속 포일은 두 개의 플라스틱 필름 사이에 배치되며 직접 연결되지 않습니다.
비유도성 호일 필름 커패시터에서 금속 호일은 각 호일이 유전체의 플라스틱 필름으로부터 일정 각도 배치되는 방식으로 배치됩니다.
금속화 필름 커패시터
또 다른 유형의 필름 커패시터는 유전체 플라스틱 필름의 한쪽 면에 얇은 금속층이 분사되어 있는 금속화 필름 커패시터입니다. 플라스틱 필름에 금속을 증착하면 매우 얇은 커패시터 전극이 생성되므로 전극형 필름 커패시터보다 크기가 훨씬 작아집니다. 이 커패시터는 비유도형이지만 권선형 또는 적층형일 수 있습니다.
필름 커패시터는 일반 커패시터와 동일하게 작동합니다. 즉, 전원 공급 장치가 연결되면 두 전극 사이의 전위가 형성되기 시작합니다. 두 플레이트의 전하가 해당 용량까지 축적되면 커패시터가 완전히 충전되었음을 의미합니다. 또한 이러한 필름 커패시터에는 수명을 연장하는 자가 치유 기능이 함께 제공됩니다.
필름 커패시터의 자가 치유 기능
고전류, 고온 또는 과전압으로 인해 절연체가 탈금속화될 때마다 필름 커패시터는 주변 증착 필름을 산화시킵니다. 이는 나머지 용량 영역을 결함이 있는 영역에서 분리하여 계속해서 제대로 작동하도록 합니다.
그러나 커패시터의 나머지 부분에서 오류 영역을 분리하면 시간이 지남에 따라 커패시터의 커패시턴스가 감소할 수도 있습니다. 또한 산화로 인해 시간이 지남에 따라 커패시터 커패시턴스의 저하를 보여주는 표가 아래에 있습니다.
위의 표에서 파란색 그래프는 성능 저하가 극도로 높아 대규모 오류로 이어질 수 있으므로 자가 복구가 없는 정전 용량을 보여줍니다. 필름 커패시터 구성에 퓨즈와 함께 전극을 사용하는 경우 열화 곡선은 녹색 곡선이 됩니다.
퓨즈가 1차 셀에 부적절하게 연결되면 커패시터 고장이 발생하여 커패시턴스가 급속히 손실될 수 있습니다. 갈색 곡선은 순수 오일 함침으로 인해 밀도가 상당히 높은 적절하게 분할된 전극을 갖는 고출력 필름 커패시터에 대한 것입니다.
이러한 유형의 필름 커패시터는 정격 전압 및 전류 값을 사용하는 동안 원래 정전 용량의 2% 이상을 잃지 않도록 설계되었습니다. 이것이 바로 이러한 필름 커패시터가 다른 유형의 커패시터보다 수명이 길고 AC 회로에 널리 사용되는 이유입니다.
스너버 회로의 필름 커패시터
전원 회로는 일반적으로 더 높은 전압 변화율로 인해 전류 및 전압 스파이크에 직면하고 이러한 문제를 처리하기 위해 스너버 회로가 사용됩니다. 주로 스너버 회로에는 전자기 간섭과 반도체 스트레스를 줄이기 위해 필름 커패시터가 있습니다. 필름 커패시터는 더 높은 전압 변화율을 견딜 수 있어 더 높은 전류가 통과할 수 있습니다. 따라서 커패시터에 있는 폴리프로필렌의 유전체 플라스틱 필름은 낮은 등가 직렬 저항 및 인덕턴스로 인해 발생하는 전압 및 전류 스파이크를 견딜 수 있는 능력을 갖추고 있으므로 매우 적합합니다.
MOSFET이 꺼진 상태일 때 커패시터는 저항기 R을 통해 충전됩니다. 1 MOSFET이 온 상태에 있을 때 커패시터는 저항과 접지를 통해 방전됩니다.
전력 필터로서의 필름 커패시터
인버터와 모터의 신호를 필터링하기 위해 출력의 커패시터는 높은 리플 전류를 통과시켜 전압 변화율 수준을 줄입니다. 이는 궁극적으로 시스템의 스트레스와 전자기 스트레스를 감소시킵니다. 전력 필터로서 필름 커패시터의 실제 구현은 아래 회로에 나와 있습니다.
AC 전원이 연결되면 알루미늄 전해 커패시터 사용을 제외하고 커패시터는 무극성이어야 합니다.
EMI 필터로서의 필름 커패시터
회로의 전자기 간섭을 필터링하기 위해 개방 회로 오류 모드와 고전압 처리 기능으로 인해 금속화된 필름 커패시터가 사용됩니다. 용도에 따라 전원 회로에 연결할 때 커패시터에는 두 가지 범주가 있습니다. X 라벨이 붙은 것은 종종 라인-중성 커패시터라고 불리는 라인-라인으로 연결된 커패시터이며 차동 EMI 필터링에 사용됩니다.
반면 접지에 일직선으로 연결된 커패시터는 Y로 분류되며 종종 라인 바이패스 커패시터로 명명됩니다. 이러한 커패시터는 공통 EMI 필터링 모드라고 하는 접지로의 전선을 바이패스합니다. 이러한 커패시터에 오류가 발생할 수 있으므로 오류가 발생한 경우 특수 모드가 있습니다. 즉, X 커패시터에 오류가 발생하면 단락이 발생하여 회로 차단기가 트립됩니다. 또한 Y 커패시터에 오류가 발생하면 감전 위험을 최소화하는 개방 회로가 생성됩니다.
또한 X 커패시터에 오류가 발생하면 시스템이 종료되고, Y 커패시터에 오류가 발생하면 시스템은 계속 실행되지만 EMI 필터링은 감소합니다. 다음은 회로 연결에 따른 커패시터의 안전 등급을 보여주는 표입니다.
이제 EMI 필터링을 위한 필름 커패시터의 사용을 자세히 설명하기 위해 커패시터를 EMI 필터로 사용하는 전력선의 간단한 AC 회로가 있습니다.
필름 커패시터의 낮은 자체 인덕턴스는 커패시터의 공진을 높게 유지하는 이점을 제공합니다. 여기서 X 커패시터는 라인과 중성점 사이에 연결되고 Y 커패시터는 라인과 접지 사이에 연결됩니다.
결론
필름 커패시터는 서로 다른 특성과 자가 치유 특성으로 인해 전원 회로에서 매우 중요합니다. 이 특성은 커패시터의 수명을 늘리고 시스템 고장을 방지합니다.
또한 이러한 필름 커패시터는 유형으로 구분됩니다. 하나는 호일 전극이고 다른 하나는 금속화 필름 커패시터입니다. 마찬가지로, 필름 커패시터도 유전체 구성이 필름 커패시터의 작동 특성에 영향을 미치기 때문에 유전체용 절연 재료의 유형에 따라 달라집니다. 리플 전류 정격 및 자가 복구 기능으로 인해 필름 커패시터가 알루미늄 전해 커패시터보다 선호됩니다.