태양광 패널과 전기 자동차(EV)의 사용이 계속 증가하고 있습니다. 전력 시스템은 DC/DC 컨버터 및 DC/AC 인버터를 사용하므로 저주파 리플을 줄이고 전자기 간섭(EMI)을 유발하는 고주파 부품을 필터링하며 과도 부하 전류를 흡수하여 이러한 요인이 전원 공급 장치의 1차측에 영향을 미치지 않도록 하는 커패시터가 필요합니다. 이러한 전력 애플리케이션에 사용되는 커패시터는 신뢰성이 높고, 작고, 가벼우며, 수명이 길고, 고주파 성능이 좋아야 합니다.
박막 커패시터는 이러한 전력 애플리케이션에 매우 적합하지만 설계자는 올바른 선택을 하려면 해당 구조와 특성을 이해해야 합니다.
이 기사에서는 박막 커패시터에 대해 간략하게 소개합니다. 그런 다음 Eaton Electronics Division의 제품을 예로 들어 전력 애플리케이션용 박막 커패시터를 선택하고 사용하는 방법에 대해 논의합니다.
필름 콘덴서
모든 커패시터와 마찬가지로 필름 커패시터는 플라스틱 필름 층으로 구성된 절연 매체로 분리된 두 개의 전도성 판으로 구성됩니다. 플라스틱 필름은 일반적으로 폴리프로필렌으로 만들어지며 손실이 적고 강도가 높은 매체입니다(그림 1). 전도성 플레이트는 유전체 위에 증착된 얇은 금속 호일 또는 얇은 금속 층입니다. 코어 샤프트 주위에 금속 호일과 필름을 감고 리드를 연결한 다음 커패시터를 플라스틱 케이스에 캡슐화하고 에폭시 수지로 밀봉하여 환경 영향으로부터 보호합니다.
표시된 것은 교대로 금속층과 유전층을 포함하는 권선형 코어 샤프트로 구성된 박막 커패시터입니다.
그림 1: 박막 커패시터는 금속 층과 유전체 층이 번갈아 포함되어 있고 보호용 플라스틱 케이스에 밀봉되어 있는 권선형 코어 샤프트로 구성되어 있습니다. (이미지 출처: Eaton Electronics Division, Art Pini 수정)
박막 커패시터의 에너지 밀도는 상대적으로 낮지만 정전 용량 밀도 및 기타 특성이 높습니다. 첫째, 박막 커패시터는 극성이 없으며 AC 및 DC 회로 모두에 적합합니다. 액체 또는 반액체 전해질을 사용하는 커패시터와 비교하여, 박막 커패시터의 건식 고체 유전체는 더 높은 신뢰성, 안정적인 정전용량 값 및 우수한 온도 안정성을 갖습니다. 더 낮은 등가 직렬 인덕턴스(ESL)와 등가 직렬 저항(ESR)은 높은 리플 전류를 효율적으로 처리할 수 있도록 하여 고주파 애플리케이션에 매우 적합한 박막 커패시터를 만듭니다. 박막 커패시터의 가장 큰 특징은 자가 치유 능력이라고 할 수 있다. 절연 파괴가 발생하면 국부적인 핫스팟이 생성되어 인접한 금속이 증발하여 비전도성 구멍이 형성되지만 커패시터는 여전히 정상적으로 작동하므로 수명이 연장됩니다.
필름 콘덴서
박막 커패시터는 안전, DC 링크, AC 필터 및 펄스를 포함한 일반적인 유형의 특정 애플리케이션을 위해 설계되었습니다. AC 라인 필터링 애플리케이션에서 전도성 방사선을 줄이기 위해 안전한 필름 커패시터가 사용됩니다. 많은 국제 안전 표준은 EMI 수행에 대한 요구 사항을 지정합니다. 전기 자동차에 회로를 통해 전력을 공급받는 DC 충전기를 장착하는 것을 고려해보세요. DC 고속 충전소에서 커패시터를 통한 공통 모드 및 차동 모드 EMI 필터링은 최저 전력 소모를 달성하면서 잡음 신호를 전환할 수 있는 낮은 임피던스 경로를 제공할 수 있습니다.
EMI 억제는 전력선과 스위칭 전원 공급 장치 사이에 박막 커패시터를 포함하는 라인 필터를 통해 달성됩니다(그림 2).