콘덴서(Condenser)

콘덴서(Condenser)는 전기를 저장하는 부품입니다.

 

아래 수치는 제 생각입니다만, 실제로 전자제품을 분해해서 분석해보면,

콘덴서 부품이 차지하는 것을 부피로 보면, 제품 전체 부품의 20% 정도 차지하는 것으로 보이고,

콘덴서 부품이 차지하는 것을 개수로 보면, 제품 전체 부품의 35% 정도 차지하는 것으로 보입니다.

 

 

 

에너지 차원의 단순 의미로서 말하자면, 

 

저항은 에너지를 소비하는 부품인 반면에,

콘데서는 교류 성분은 잘 흐르게 하고 직류 성분을 차단하는 부품입니다.

 

 

 

일단 콘덴서는 전기를 충전하는 부품입니다. 

인가전압이 교류라면 교류는 크기가 시간에 따라 변하는 파형의 특성을 가집니다.

 

 

이러한 교류 파형에 콘덴서를 연결하면,

 

입력 전압과 콘덴서 사이에 전위차가 생겨, 콘덴서가 전압을 충방전시 전류가 흐르다 멈췄다 합니다.

 

 

그래서 콘덴서가 충전할 동안은 전류가 흐릅니다.

 

하지만 충전되고 나면, 입력 전압 하고 전위차가 같아져서 전류가 흐르지 않게 됩니다.

 

 

 

따라서, 콘덴서는 에너지를 저장해서 사용하기에

시간 지연용, 그리고 리플, 노이즈 제거용으로 사용되기에

그 정도로 많이 사용하는 부품입니다.

 

 

 

 

따라서,

 

콘덴서는 직렬로 사용하여 고주파 신호만을 통과시키거나,

 

병렬로 사용하여 고주파 노이즈를 차단시킬 수 있습니다.  

 

 

 

구체적으로는, 

 

직류 성분 차단, 즉 직류 이외 신호는 모두 통과하는 DC Blocking 또는 Decoupling역할로 사용하며,

 

고주파수의 교류성분 노이즈를 차단하는 Bypass Capacitor 역할로 사용합니다.

 

 

 

 

그래서 전자부품의 쌀이라고 하는 MLCC(Multi Layer Ceramic Capacitor)라는 말까지 생긴 것 같습니다.

 

이러한 MLCC관련 회사는 우리나라에도 몇 회사가 있습니다.

 

 

향후 전기자동차 시장은 계속 늘어날 것 같은데,  전기차에는 대당 3,000개~15,000개 정도의 MLCC가 사용된답니다.

앞으로 시장은 더 커질 것이고, 더욱더 많이 사용될 것입니다.

 

 

 

실제로는 전기의 전하를 저장하는 것입니다. 콘덴서는 전하를 정해진 용량만큼 충전하고 다시 이 전하를 방전하는 용도의 부품입니다.

콘덴서의 용량 단위는 F(Farad)입니다. 보통 uF단위의 부품을 사용합니다.

 

 

 

콘덴서를 선택 시 고려할 사항은 ESR값과 리플(Ripple) 전류값입니다. 

 

콘덴서 선택의 중요한 상수는 ESR (Equivalent Serial Resistance)라는 성분입니다.

 

 

이것은 콘덴서를 제작하면서 생기는 내부에 기생하는 기생 직렬 저항 성분이라고 합니다.

이 성분은 내부 임피이던스를 키워 콘덴서 역할에 방해하는 성분입니다.

사용하는 주파수에 따라 ESR값도 달라지니, Spec Sheet를 꼭 참조하시길 바랍니다.

 

 

그러나, 보통은 사용 주파수가 비슷하기에,  ESR 값이 낮으면 낮을수록 가격이 비싸고, 좋은 콘덴서입니다.

 

MLCC인 Chip Ceramic 콘덴서는 Low ESR Capacitor인 X5R and X7R 계열로 사용하심이 좋을 것 같습니다.

그리고 이계열은 입력 돌입 전압 (Input Inrush Voltage)에도 강합니다.

반대로, Y5V는 온도 허용구간 폭이 좁아 가능한 사용 안 하심이 좋을 것 같습니다.

 

 

 

콘덴서에 흐르는 전류를 오실로스코프로 측정하면 리플 전류를 눈으로 확인할 수 있습니다.

콘덴서의 Spec Sheet에 기록된 허용 리플 전류보다 측정된 큰 리플 전류가 흐르는 경우는 콘덴서가 과열되어 버립니다.

즉 열이 납니다, 만져보면 따뜻합니다.

 

 

 

큰 전류가 흐르는 파워(SMPS) 회로에서는 허용 리플 전류를 만족시키는,

 

즉 측정값보다 2배 이상의 리플 전류값을 갖는 콘덴서를 선택해야 합니다.

 

 

 

콘덴서 표면에 있는 전압은 꼭 지켜야 합니다. 만약 출력 전압이 DC 12V인데, 10V용 콘덴서를 사용하면,

 

전해콘덴서 같은 것은 터져버립니다, 그래서 전해콘덴서는 방폭 홀이 있습니다. 세라믹 콘덴서는 깨져 버립니다.

 

 

탄탈 콘데서는 극성이 존재합니다, 이 역시 극성을 반대로 하거나, 전압을 낮은 전압용으로 사용 시 깨져 버립니다.

탄탈콘덴서는 고체콘덴서이기에 깨질 때 충격도 상당히 큽니다, 조심해야 하는 부분이 있습니다.

 

이러한 회로 실험을 할 때에는 불편하시더라도 보안경을 끼고 하시는 것이 좋습니다.

 

 

 

참고입니다, 이것은 절대 선전 내용이 아닙니다, 정보 공유를 위한 내용입니다.

 

아래 그림에서 보면 "Super Low ESR", High Ripple Current" 말이 나옵니다.

이런 Spec 사양 부품은 일반적인 것보다 가격이 좀 더 비싼 것입니다.

 

 

근데, 전자제품의 수명을 결정짓는 것은 대부분이 Elect Cap이라고 보시면 됩니다.

Ripple Current를 낮은 것을 사용하시면 그만큼 제품의 수명시간이 짧아집니다.

 

 

 

 

참고로, "ESR", Ripple Current"의 내용을 보여드리기 위해, 모회사 Catalog에서 AXV series 발췌하였습니다.

 

 

 

 

그리고, Super Condenser는 단위가 uF가 아니라, F단위입니다.

 

충전 후 방전 시 사람에게 감전의 위험이 있습니다, 조심히 다뤄야 하는 부품입니다. 

 

 

 

콘덴서의 종류는 재질면에서 일반적으로 아래와 같이, 알루미늄 전해 콘덴서, 탄탈 콘덴서, 적층 세라믹 콘덴서 3가지로 분류됩니다.

 

 

 

각종 전해 콘데서

 

 

 

 

 

 

탄탈 콘덴서

 

 

 

 

 

 

세라믹 콘덴서

 

 

 

Super Condenser도 있습니다.

 

 

 

 

 

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저항(Resistor)