#19. 커패시터(Capacitor)의 종류

회로의 수동소자 R(Resistor), L(Inductor), C(Capacitor) 중 중요한 한 축을 담당하는 커패시터의 종류에 대해 설명하려고 합니다. 커패시터의 사용 용도가 다양하기 때문에 그 용도에 맞는 커패시터들이 존재합니다. 그럼 어떤 커패시터를 어떤 용도에 사용하는지 한번 알아보도록 하겠습니다.

 

1. 커패시터의 종류

 

커패시터의 종류는 세라믹, 전해질, 탄탈, 필름, 슈퍼(울트라) 커패시터로 구분할 수 있습니다. 보통은 세라믹, 전해질, 탄탈 커패시터를 많이 사용 합니다. 커패시터를 고를 때 가장 많이 보는 특성은 용량과 전압 범위이지만 각 커패시터별로 다양한 특징을 가지기 때문에 특성을 잘 알아야 적합한 용도에 맞게 커패시터를 선정할 수 있습니다. 각 커패시터의 특징을 아래 표와 같이 정리해 봅니다.

 

특성	세라믹 커패시터	전해 커패시터	탄탈 커패시터	필름 커패시터	슈퍼커패시터
재질	세라믹	알루미늄 산화물, 탄탈	금속 탄탈룸, 이산화 탄탈룸	폴리프로필렌, 폴리에스터 등	탄소나 활성탄소 등
사용 전압 범위	1V - 50V	4V - 500V 이상	2V - 50V 이상	수십V - 수백V	2.5V - 5.5V (저전압), 10V - 3000V (고전압)
용량 범위	1pF - 100μF	1μF - 수 mF	수 uF - 수 mF	수 pF - 수 mF	수 mF – 수 kF
온도 특성	-55°C에서 +125°C	-40°C에서 +105°C	-55°C에서 +125°C	-40°C에서 +125°C	-40°C에서 +85°C
주파수 특성	고주파에서 용량 감소 주로 저주파에서 사용	고주파에서 용량 감소, ESR 증가	상대적으로 안정적인 고주파수 응답	주파수에 민감하지 않음	저주파 응용에 적합, 고속 충/방전이 가능
가격	저렴한 가격	상대적으로 낮은 가격	중간 가격	중간 가격	높은 가격
주요 제조사	Murata, TDK, 삼성전기, 삼화콘덴서, KEMET, AVX	Panasonic, Nichicon, Rubycon	KEMET, AVX, Vishay	WIMA, Panasonic, Cornell Dubilier, Vishay	Maxwell Technologies, AVX, Murata, Panasonic
극성	비극성 (양극/음극성 없음)	양극성/음극성	양극성/음극성	비극성 (양극/음극성 없음)	양극성/음극성
주요 용도	통신, 컴퓨터, 일반 전자 기기, 임배디드 시스템	전원 공급 회로, 필터링	전원 공급 회로, 정류기, 필터링	정밀 응용, 오디오 회로, 필터링	에너지 저장, 급속 충전/방전이 필요한 응용, 일부 회로의 보조 에너지 공급

 

2-1. 세라믹 커패시터

 

가장 많이 사용하는 커패시터는 단연 세라믹 커패시터입니다. 특히, 세라믹 커패시터 중에서도 적층형 커패시터 (MLCC, Multi-Layer Ceramic Capacitor)는 그림. 1과 같이 여러 개의 층을 사용함으로써 크기 대비 상당히 큰 용량을 가능하도록 만든 커패시터로 PCB의 사용 면적을 상당히 줄여줍니다. 그림 2의 커패시터가 바로 적층형 세라믹 커패시터로 가장 흔히 사용되는 만큼 많은 분들에게 익숙할 것으로 생각됩니다.가격이 싸고, 전해 커패시터 같은 리드선이 없기 때문에 ESR, ESL 특성이 상대적으로 우수합니다.

 

[그림 1. 적층형 세라믹 커패시터(MLCC) 내부 구조]

 

[그림 2. 적층형 세라믹 커패시터(MLCC)]

 

2-2. 전해  커패시터

 

보통 세라믹 커패시터를 가장 많이 사용하지만 세라믹 커패시터의 경우 상대적으로 낮은 용량과 내전압(Rated Voltage) 특성으로 인해 높은 전압 레벨을 사용하는 회로 시스템에서는 사용할 수 없기 때문에 전해 커패시터를 사용합니다. 상대적으로 높은 정전 용량을 가지기 때문에 저장으로 사용되기도 합니다. 물론 주파수나 온도 특성이 우수한 탄탈 커패시터를 사용할 수도 있지만 낮은 가격 장점이 있기 때문에 원가가 중요한 민수분야에서는 탄탈보다는 전해 커패시터를 선호하는 편입니다. 전해 커패시터는 그림. O와 같이 생겼습니다. 대학생 때, 실험할실에서 굉장히 많이 사용하는 커패시터인데 대부분 이름을 잘 모르고 사용하는 경우가 많습니다.

 

[그림 3. 전해 커패시터]

 

2-3. 탄탈 커패시터

앞서 전해 커패시터와 유사한 용도로 사용되지만 상대적으로 내전압이 낮기 때문에 50V이상의 높은 전압 레벨을 사용하는 시스템에서는 적합하지 않습니다. 또한, 온도나 주파수 특성이 우수하기 때문에 상대적으로 가격이 비싼 단점이 있습니다. 원가가 중요하지 않은 방산 분야에서는 탄탈을 많이 사용 하긴 하지만 절연 파괴 시 쇼트되는 특성 때문에 사용에 주의가 필요 합니다. 그리고 전해 커패시터에서 발생하는 스파이크 형상의 전류가 나오지 않아 아날로그 신호에는 탄탈 커패시터가 더 적합합니다.

 

[그림 4. 탄탈 커패시터]

 

 

2-4 필름 커패시터

 

세라믹 커패시터와 전해 커패시터의 중간정도 성능을 가지는 커패시터 입니다. 정전 용량이나 내압, 그리고 커패시터의 또 한 가지 중요한 특징 중 한가지인 ESR 성능이 세라믹 커패시터와 전해 커패시터의 중간 정도에 해당된다고 보시면 됩니다. 주류 커패시터는 아니라 저 또한 많이 사용해보지는 못했습니다. 세라믹 커패시터보다 사이즈가 크고 상대적으로 대량 생산에 부적합한듯 하지만 고주파, 고온 환경에서 뛰어난 성능을 보이고, 용량 변동성이 낮기 때문에 정밀한 사용이 필요한 곳에서 많은 쓰임이 있습니다.

 

[그림 5. 필름 커패시터]

 

 

2-5. 슈퍼 커패시터

 

용량이 굉장히 큰 커패시터로 울트라 커패시터 또는 초고용량 커패시터라고도 불리며, 배터리와 같은 에너지 저장용도로 사용 됩니다. 일반적인 임베디드 보드에서는 거의 사용하지 않는 커패시터입니다. 배터리와 같이 전극과 분리막을 사용하지만 상대적으로 간단한 구조를 가집니다. 고용량의 전기를 순간적으로 충전하고 방전할 수 있기 때문에 커패시터와 유사한 점도 갖고 있어 마치 커패시터와 배터리의 중간 정도 되는 듯 합니다. 고용량의 에너지를 저장할 수 있기 때문에 어떤 장치의 보조 전원용으로 사용하기도 하고, 고용량에 에너지를 순간적으로 충전 후 방출(방출 속도는 훨씬 더 느린 편입니다) 할 수 있기 때문에 레이저 송신용으로 사용하기도 합니다. 

 

[그림 6. 필름 커패시터]