커패시터는 전자 제품에서 가장 일반적인 구성 요소이며 거의 모든 전자 응용 제품에 사용됩니다. 모든 전자 회로에서 다양한 목적을 제공하기 위해 시장에서 사용할 수있는 많은 유형의 커패시터가 있습니다. 1 개의 Pico-Farad에서 1 개의 Farad 커패시터 및 수퍼 커패시터까지 다양한 값으로 제공됩니다. 커패시터에는 작동 전압, 작동 온도, 정격 값 허용 오차 및 누설 전류와 같은 다양한 유형의 정격이 있습니다.
커패시터의 누설 전류는 특히 전력 전자 장치 또는 오디오 전자 장치에 사용되는 경우 애플리케이션에 중요한 요소입니다. 서로 다른 유형의 커패시터는 서로 다른 정격 누설 전류를 제공합니다. 적절한 누설이있는 완벽한 커패시터를 선택하는 것 외에도 회로에는 누설 전류를 제어 할 수있는 기능도 있어야합니다. 따라서 먼저 커패시터 누설 전류를 명확하게 이해해야합니다.
유전체층과의 관계
커패시터의 누설 전류는 커패시터의 유전체와 직접적인 관계가 있습니다. 아래 이미지를 보자-
위의 이미지는 알루미늄 전해 커패시터 의 내부 구조입니다. 알루미늄 전해 커패시터에는 콤팩트 한 포장에 캡슐화 된 부품이 거의 없습니다. 부품은 Anode, Cathode, Electrolyte, Dielectric layer Insulator 등입니다.
유전체 절연체는 커패시터 내부의 전도성 플레이트를 절연합니다. 그러나이 세상에는 완벽한 것이 없기 때문에 절연체는 이상적인 절연체가 아니며 절연 내성이 있습니다. 이로 인해 매우 적은 양의 전류가 절연체를 통해 흐릅니다. 이 전류를 누설 전류라고 합니다.
절연체와 전류의 흐름은 간단한 커패시터와 저항을 사용하여 시연 할 수 있습니다.
저항은 절연체 저항 으로 식별 할 수있는 매우 높은 저항 값을 가지고 있습니다.커패시터는 실제 커패시터를 복제하는 데 사용됩니다. 저항은 저항 값이 매우 높기 때문에 저항을 통해 흐르는 전류는 일반적으로 수 나노 암페어로 매우 낮습니다. 절연 저항은 다른 유형의 재료가 누설 전류를 변경하므로 유전체 절연체의 유형에 따라 다릅니다. 낮은 유전 상수는 매우 우수한 절연 저항을 제공하여 누설 전류가 매우 낮습니다. 예를 들어, 폴리 프로필렌, 플라스틱 또는 테플론 유형 커패시터는 낮은 유전 상수의 예입니다. 그러나 이러한 커패시터의 경우 커패시턴스가 매우 적습니다. 커패시턴스를 증가 시키면 유전 상수도 증가합니다. 전해 커패시터는 일반적으로 매우 높은 정전 용량을 가지며 누설 전류도 높습니다.
커패시터 누설 전류에 대한 종속 요인
커패시터 누설 전류는 일반적으로 다음 네 가지 요소에 따라 달라집니다.
- 유전체층
- 주변 온도
- 온도 저장
- 적용 전압
1. 유전체층이 제대로 작동하지 않습니다.
커패시터 구성에는 화학 공정이 필요합니다. 유전체 재료는 전도성 플레이트 사이의 주요 분리입니다. 유전체가 주요 절연체이기 때문에 누설 전류는 그것과 큰 의존성을 가지고 있습니다. 따라서 제조 과정에서 유전체를 템퍼링하면 누설 전류 증가에 직접적으로 기여합니다. 때로는 유전체 층에 불순물이있어 층이 약해집니다. 유전체가 약하면 전류의 흐름이 감소하여 산화 속도가 느려집니다. 뿐만 아니라 부적절한 기계적 스트레스도 커패시터의 유전체 약화에 기여합니다.
2. 주변 온도커패시터에는 작동 온도 등급이 있습니다. 작동 온도는 섭씨 85도에서 섭씨 125도 이상까지 다양합니다. 커패시터는 화학적으로 구성된 장치이기 때문에 온도는 커패시터 내부의 화학적 프로세스와 직접적인 관계가 있습니다. 누설 전류는 일반적으로 주변 온도가 충분히 높을 때 증가합니다.
3. 커패시터 보관커패시터를 전압없이 장시간 보관하는 것은 커패시터에 좋지 않습니다. 저장 온도는 누설 전류를위한 중요한 요소이다. 축전기가 저장 될 때 산화물 층은 전해질 물질에 의해 공격을받습니다. 산화물 층이 전해질 물질에 용해되기 시작합니다. 화학적 공정은 전해질 재료의 유형에 따라 다릅니다. 수성 전해질은 안정적이지 않은 반면 불활성 용매 기반 전해질은 산화층 감소로 인해 누설 전류가 적습니다.
그러나이 누설 전류는 커패시터가 전압에 적용될 때자가 치유 특성을 갖기 때문에 일시적입니다. 전압에 노출되는 동안 산화층이 재생되기 시작합니다.
4.인가 전압각 커패시터에는 정격 전압이 있습니다. 따라서 정격 전압 이상의 커패시터를 사용하는 것은 나쁜 일입니다. 전압이 증가하면 누설 전류도 증가합니다. 커패시터 양단의 전압이 정격 전압보다 높으면 커패시터 내부의 화학 반응이 가스를 생성하고 전해질을 저하시킵니다.
커패시터를 수년과 같이 장기간 보관하는 경우 몇 분 동안 정격 전압을 제공하여 커패시터를 작동 상태로 복원해야합니다. 이 단계에서 산화층이 다시 형성되고 기능 단계에서 커패시터를 복원합니다.
커패시터 수명을 개선하기 위해 커패시터 누설 전류를 줄이는 방법
위에서 논의한 바와 같이 커패시터는 많은 요인에 의존합니다. 첫 번째 질문은 커패시터 수명을 계산하는 방법입니다. 답은 전해질이 다 떨어질 때까지의 시간을 계산하는 것입니다. 전해질은 산화층에 의해 소비됩니다. 누설 전류는 산화층이 얼마나 방해되는지를 측정하기위한 주요 구성 요소입니다.
따라서 커패시터의 누설 전류 감소는 커패시터 수명의 주요 구성 요소입니다.
1. 제조 또는 생산 공장은 낮은 누설 전류를 위해 커패시터를 신중하게 제조 하는 커패시터 수명주기의 첫 번째 장소입니다. 유전체층이 손상되거나 방해받지 않도록 예방 조치를 취해야합니다.
2. 두 번째 단계는 저장입니다. 커패시터는 적절한 온도에 보관해야합니다. 부적절한 온도는 축전기 전해액에 영향을 주어 산화층 품질을 더욱 저하시킵니다. 커패시터는 최대 값보다 낮은 적절한 주변 온도에서 작동해야합니다.
3. 세 번째 단계에서 커패시터를 기판에 납땜 할 때 납땜 온도가 핵심 요소입니다. 전해 콘덴서의 경우 납땜 온도가 콘덴서의 끓는점보다 더 높아질 수 있기 때문입니다. 납땜 온도는 리드 핀의 유전체 층에 영향을 미치고 산화 층을 약화시켜 높은 누설 전류를 발생시킵니다.. 이를 극복하기 위해 각 커패시터에는 제조업체가 안전한 납땜 온도 등급과 최대 노출 시간을 제공하는 데이터 시트가 함께 제공됩니다. 각 커패시터의 안전한 작동을 위해 이러한 정격에 대해주의해야합니다. 이는 SMD (Surface Mount Device) 커패시터에도 적용되며 리플로 솔더링 또는 웨이브 솔더링의 피크 온도는 최대 허용 정격을 초과하지 않아야합니다.
4. 커패시터의 전압이 중요한 요소이므로 커패시터 전압은 정격 전압을 초과하지 않아야합니다.
5. 직렬 연결에서 커패시터 균형 조정. 커패시터의 직렬 연결은 누설 전류의 균형을 조금 복잡한 일이다. 이는 누설 전류의 불균형이 전압을 분할하고 커패시터간에 분할되기 때문입니다. 분할 전압은 각 커패시터마다 다를 수 있으며 특정 커패시터의 전압이 정격 전압을 초과 할 수 있으며 커패시터가 오작동을 시작할 수 있습니다.
이러한 상황을 극복하기 위해 개별 커패시터에 두 개의 고값 저항을 추가하여 누설 전류를 줄입니다.
아래 이미지에서는 직렬로 연결된 두 개의 커패시터가 고값 저항을 사용하여 균형을 이루는 균형 기술을 보여 줍니다.
밸런싱 기법을 사용하여 누설 전류의 영향을받는 전압 차이를 제어 할 수 있습니다.