전해 커패시터와 필름 커패시터의 차이

커패시터는 다양한 전자 및 전기 회로의 중요한 구성 요소로 에너지 저장, 전압 안정화 및 필터링에 근본적인 역할을합니다. 다양한 유형의 커패시터 중에서 전해 커패시터 그리고 필름 커패시터 널리 사용되지만 건축, 성능 및 응용 측면에서 크게 다릅니다. 이 블로그에서는 주요 차이점을 탐색 할뿐만 아니라 회로에서의 행동을 더 잘 이해하기 위해 일부 기술 계산으로 뛰어들 것입니다.

1. 건축 및 유전체 재료

• 전해 커패시터 :
  전해 커패시터는 2 개의 전도성 플레이트 (보통 알루미늄 또는 탄탈 룸)를 사용하여 구축되며, 산화물 층은 유전체로서 작용한다. 두 번째 플레이트는 일반적으로 액체 또는 고체 전해질입니다. 산화물 층은 매우 얇은 구조로 인해 단위 부피 당 높은 커패시턴스를 제공합니다. 이 커패시터는 편광되어 회로에서 올바른 극성이 필요합니다.

• 필름 커패시터 :
  필름 커패시터는 유전체 물질로 얇은 플라스틱 필름 (예 : 폴리 프로필렌, 폴리 에스테르 또는 폴리 카보네이트)을 이용합니다. 이 필름은 플레이트 역할을하는 두 개의 금속 층 사이에 상처를 입거나 쌓입니다. 필름 커패시터는 비극성이므로 에이기음 및 D기음 회로 모두에서 사용할 수 있습니다.

2. 커패시턴스 계산

커패시턴스 ( $기음$ 전해질 및 필름 커패시터 모두에 적용되는 병렬 플레이트 커패시터의)는 다음과 같습니다.

$$기음 = \에프아르 자형ac{\ va아르 자형epsilon_0 \ va아르 자형epsilon_아르 자형 에이}{디}$$

어디:

• $기음$ = 커패시턴스 (에프a아르 자형a디s, 에프)

• $\va아르 자형epsilon_0$ = 여유 공간의 유출 ( $8.854 \ti중es 10^{-12}$ 에프/중)

• $\varepsilon_r$ = 유전체 재료의 상대 유전율

• $A$ = 판의 면적 (중²)

• $d$ = 판 사이의 거리 (중)

예제 계산 : 산화물 유전체를 사용하는 전해 커패시터의 경우 ( $\ varepsilon_r = 8.5$ ), 플레이트 영역과 함께 $10^{-4} \, \text{중}^2$ 그리고 분리 $10^{-6} \, \text{m}$ :

$$기음 = \에프rac{8.854 \times 10^{-12} \times 8.5 \times 10^{-4}}{10^{-6}} = 7.53 \times 10^{-9} \, \text{에프} = 7.53 \, \text{n에프}$$

폴리 프로필렌을 사용하는 필름 커패시터의 경우 ( $\ varepsilon_r = 2.2$ ), 동일한 플레이트 영역 및 유전체 두께 $10^{-6} \, \text{m}$ :

$$기음 = \에프rac{8.854 \times 10^{-12} \times 2.2 \times 10^{-4}}{10^{-6}} = 1.95 \times 10^{-9} \, \text{F} = 1.95 \, \text{nF}$$

계산에서 알 수 있듯이, 전해 커패시터는 산화물 물질의 상대적 유전율이 높아 동일한 플레이트 영역에 대해 상당히 높은 커패시턴스 및 유전체 두께를 제공합니다.

3. 동등한 시리즈 저항 (이자형에스아르 자형)

• 전해 커패시터 :

  전해 커패시터는 더 높은 경향이 있습니다 동등한 시리즈 저항 (이자형에스아르 자형) 필름 커패시터에 비해. 이자형에스아르 자형은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

$$ESR = \frac{1}{2 \pi f C 큐}$$

어디 :

• $f$ = 작동 주파수 (HZ)

• $C$ = 커패시턴스 (F)

• $큐$ = 품질 요인

전해 커패시터는 종종 내부 저항 및 전해질 손실로 인해 0.1 내지 몇 옴 범위의 ESR 값을 갖는다. 이 높은 ESR은 고주파 응용 분야에서 덜 효율적으로하여 열 소산을 증가시킵니다.

• 필름 커패시터 :

  필름 커패시터는 일반적으로 ESR이 매우 낮으며 종종 Milliohm 범위에서 ESR이 매우 낮으므로 필터링 및 전환 전원 공급 장치와 같은 고주파 응용 분야에서 매우 효율적입니다. ESR이 낮을수록 전력 손실 및 열 발생이 최소화됩니다.

ESR 예 :
전해 커패시터의 경우 $C = 100 \, \ mu f$ , 주파수에서 작동합니다 $f = 50 \, \text{HZ}$ 그리고 품질 요인 $큐 = 20$ :

$$ESR = \frac{1}{2 \pi \times 50 \times 100 \times 10^{-6} \times 20} = 0.159 \, \Omega$$

동일한 커패시턴스 및 작동 주파수이지만 더 높은 품질 요인을 가진 필름 커패시터의 경우 $Q = 200$ :

$$ESR = \frac{1}{2 \pi \times 50 \times 100 \times 10^{-6} \times 200} = 0.0159 \, \Omega$$

이는 필름 커패시터가 ESR이 훨씬 낮아 고성능 고주파 응용 프로그램에 더 적합하다는 것을 보여줍니다.

4. 리플 전류 및 열 안정성

• 전해 커패시터 :
  전해 커패시터는 리플 전류 처리 기능이 제한된 것으로 알려져 있습니다. 리플 전류는 ESR로 인해 열을 생성하고 과도한 리플은 전해질이 증발하여 커패시터 고장을 초래할 수 있습니다. 잔물결 전류 등급은 특히 전원 공급 장치 및 모터 드라이브 회로에서 중요한 매개 변수입니다.

  잔물결 전류는 공식을 사용하여 추정 할 수 있습니다.

$$피_{\text{손실}} = 나_{\text{리플}}^2 \times ESR$$

어디:

• $피_{\text{손실}}$ = 전력 손실 (와트)

• $I_{\text{ripple}}$ = 리플 전류 (암페어)

ESR이 0.1 Ohms 인 100 μF 전해 커패시터에서 리플 전류가 1 A :

$$P_{\text{loss}} = 1^2 \times 0.1 = 0.1 \, \text{W}$$

• 필름 커패시터 :

  ESR이 낮은 필름 커패시터는 최소 열 발생으로 더 높은 리플 전류를 처리 할 수 ​​있습니다. 이로 인해 큰 전류 변동이 발생하는 Snubber 회로 및 모터 런 커패시터와 같은 AC 응용 프로그램에 이상적입니다.

5. 전압 등급 및 고장

• 전해 커패시터 :
  전해 커패시터는 일반적으로 6.3V에서 450V 범위의 전압 등급을 갖습니다. 과전압은 유전체 파괴와 최종 실패로 이어질 수 있습니다. 산화물 층이 손상되면 그들의 구조는 단락이되기 쉽다.

• 필름 커패시터 :
  필름 커패시터, 특히 폴리 프로필렌 유전체가있는 필름 커패시터는 종종 1,000V를 초과하는 훨씬 더 높은 전압을 처리 할 수 ​​있습니다. 이로 인해 전압 안정성이 중요한 DC-Link 회로와 같은 고전압 응용 분야에 적합합니다.

6. 기대 수명 및 신뢰성

• 전해 커패시터 :
  전해 커패시터의 기대 수명은 온도, 잔물결 전류 및 작동 전압의 영향을받습니다. 일반적으로 온도가 10 ° C마다 증가 할 때마다 기대 수명이 절반으로 줄어든다는 것입니다. 그들은 또한 대상이됩니다 커패시터 노화 전해질이 시간이 지남에 따라 건조 될 때.

• 필름 커패시터 :
  필름 커패시터는 긴 운영 수명에 매우 신뢰할 수 있으며, 종종 정격 조건에서 10 만 시간을 초과합니다. 그들은 노화 및 환경 적 요인에 저항력이있어 장기적으로 고출성 응용 프로그램에 이상적입니다.

7. 응용 프로그램

• 전해 커패시터 :

  • 전원 공급 장치 필터링

  • 오디오 회로 (신호 스무딩)

  • 모터 시작 회로

  • 저전압 회로의 에너지 저장

• 필름 커패시터 :

  • 고전압 AC/DC 회로

  • 서지 보호를위한 스 너버 회로

  • 모터 런 커패시터

  • EMI/RFI 억제

그래서, 어떤 커패시터를 선택해야합니까?

전해 및 필름 커패시터 중에서 선택하는 것은 응용 프로그램의 특정 요구에 따라 다릅니다. 전해 커패시터는 소형 크기의 높은 커패시턴스를 제공하며 저전압 적용에 비용 효율적입니다. 그러나 ESR이 높고 기대 수명이 짧고 온도에 대한 민감도는 고주파 및 고 신뢰도 응용에 덜 이상적입니다.

AC 모터 회로, 전력 인버터 및 산업 제어와 같은 고성능 및 내구성이 필요한 응용 분야에서 우수한 신뢰성, 낮은 ESR 및 고전압 처리를 갖춘 필름 커패시터가 선호됩니다.

주요 차이점을 이해하고 필요한 기술 계산을 수행함으로써 회로 설계에 대한 정보에 대한 결정을 내릴 수 있습니다 .