아날로그 회로 커패시터 선정

커패시터 기본 개념

커패시터의 기호는 C이고, 용량의 단위는 패럿(F)입니다. 1F=1000mF, 1mF=1000μF, 1μF=1000nF로 단위 변환이 가능합니다.

주요 매개변수는 다음과 같습니다.

• 공칭 커패시턴스: 2200μF, 10μF, 1nF, 104(0.1μF) 등 공칭값
• 공차(오차): 10%, 5%, 0.5% 등
• 정격전압(내전압): 160V, 50V, 1KV 등 최대 인가 전압
• 그 외: 온도계수, 절연저항, 손실탄젠트, 주파수 특성 등

 

1. 캐패시턴스 값 선정

설계 회로에서 요구되는 캐패시턴스 값을 먼저 결정합니다. 일반적으로 표준값 중 근사치를 선택하며, 고정밀이 필요한 경우 병렬 연결로 미세 조정할 수 있습니다.

 

2. 캐패시터 내압(정격전압) 선택

2-1. 세라믹 커패시터 내압 캐패시터에 인가될 최대전압의 최소 2배 이상, 권장 3배 이상의 내압을 가진 제품을 선정해야 합니다. 전압내력 부족시 손상, 폭발 위험이 있고 세라믹 캐패시터는 단락 현상으로 PCB에 치명적일 수 있습니다.

 

2-2. 전해 커패시터 내압 전해 캐패시터도 최대전압 2~3배 이상 내압 제품을 선정해야 합니다. 전압내력 부족시 캐패시터 폭발, 수명저하가 발생할 수 있습니다.

내압값은 회로 최대전압을 바탕으로 신뢰 수준에 따른 디레이팅(0.5~0.7배) 계수를 적용하여 결정합니다.

(공칭 내전압 값은 일반적으로 4V, 6.3V, 10V, 16V, 20V, 25V, 35V, 50V)

3. 온도 특성

3-1. 세라믹 커패시터 온도등급 온도에 따라 캐패시턴스 변화율이 다른데, C0G(Class I)는 온도변화 강인하지만 고가입니다. X7R(Class II) 등급이 실무에서 많이 사용됩니다.

1. 등급(Class) 별 특성 이해

세라믹 캐패시터는 유전체 재질에 따라 전기적 특성이 다르며, 이를 Class로 분류합니다.

Class 1 (C0G, P3K 등)

• 유전체: TiO2 (Titanium Oxide)
• 온도/전압 변화에 따른 캐패시턴스 변화가 거의 없음
• 고주파 특성이 우수하나 제작 가능한 용량 범위가 작음 (100nF 이하)
• RF 매칭 회로 등에 주로 사용

  

 

Class 2 (X7R, X5R 등)

• 유전체: BaTiO3 (Barium Titanate Oxide)
• 온도/전압 변화에 따른 캐패시턴스 변화가 큼
• 고용량 제작 가능 (100nF 이상)
• 디커플링, 커플링 회로 등에 주로 사용

  

 

Class 3

• 도핑된 강유전체 구조로 매우 높은 용량 (100uF 이상) 가능
• 온도/전압에 대한 선형성, 안정성이 현저히 낮음

  

 

2. 온도 특성 고려

세라믹 캐패시터는 온도 변화에 따라 캐패시턴스가 달라집니다.

• Class 1: 온도 변화에 대한 영향이 거의 없음 (온도보상계)
• Class 2: 온도에 따른 캐패시턴스 변화가 큼 (고유전율계)
• 동작 온도 범위는 약 130°C 이하로 제한됨

  

 

3. DC Bias 영향

DC 전압 인가 시 세라믹 캐패시터의 캐패시턴스가 변화합니다.

• Class 1: DC Bias 변화에 따른 영향 작음
• Class 2: DC Bias 변화 시 캐패시턴스 변화가 큼
• DC 전압이 인가되면 자발적 분극이 제한되어 캐패시턴스 감소

  

 

3-2. 전해 커패시터 온도별 수명 전해 캐패시터는 온도에 따라 수명이 크게 달라집니다. 데이터시트의 온도별 기대수명을 확인하고 실제 동작환경 온도를 고려해야 합니다.

 

4. 커패시터 유형 선택

• 탄탈: 전해 계열, 긴 수명, 높은 내열성/안정성, 고가
• 전해: 에너지 저장, 필터링, 바이패스, 커플링 등 범용
• 세라믹: 바이패스, 디커플링, 필터링, 에너지 저장 등 범용
• 필름: 자기 회복 가능, 전류량을 제한하는 퓨즈 역할

마치며

커패시터의 정전용량, 내전압뿐 아니라 온도특성, 사용목적에 맞는 적절한 유형을 선택하는 것이 중요합니다. 이를 통해 안정적이고 신뢰할 수 있는 회로 설계가 가능해집니다.