ALUMINUM ELECTROLYTIC CAPACITORSALUMINUM ELECTROLYTIC CAPACITORS
1) 전해콘덴서의 구조
1. 전해콘덴서의 구조 및 특징
Q = CV (Coulmb)Q = CV (Coulmb)
Q : 전하량Q : 전하량
C : 정전용량(F)
V : 인가전압(V)
dSC ε××= −810855.8 • S 크게, d 작게 ==> C 크게
ε : 유전체의 유전율
S : 전극(혹은 유전체)의 표면적
d : 극간거리(혹은 유전체 두께)
알루미늄 박 표면 Etching 처리
==> 표면적S 확대
산화피막d 전기화학적 처리d : 극간거리(혹은 유전체 두께) ==> 내전압 높고 두께d 줄임
단위면적당 CV적 크게
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ALUMINUM ELECTROLYTIC CAPACITORSALUMINUM ELECTROLYTIC CAPACITORS2) 구성재료별 특장2) 구성재료별 특장
양극 알루미늄 박(Anode Al Foil) 양극 알루미늄 박(Anode Al Foil)
Etching 처리로 표면적 확대 => 정격전압의 약 2배의 전압인가=> 에칭된 표면에 전기화학적으로 유전체( ) 형성 = ‘化成’32OAl
음극 알루미늄 박(Cathode Al Foil)음극 알루미늄 박
(Cathode Al Foil)Etching 처리로 표면적 확대단, 유전체 형성처리는 행하지 않음자연산화피막( ) 형성32OAl
전해액(Paste), 전해지(Separator)
전해액(Paste), 전해지(Separator)
전해액 - 도전성의 액체함침 후 유전체 표면에 침투되어 음극역할 수행전해지 - 전해액 일정하게 보유
케이스 및 봉구재케이스 및 봉구재
전해지 전해액 일정하게 보유양극박과 음극박의 기계적 접촉 방지
전해액의 누액방지 및 기밀성 유지
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ALUMINUM ELECTROLYTIC CAPACITORS전해콘덴서의 특징3) 전해콘덴서의 특징
♦ 장점 소형이면서 대용량
♦ 단점
① 손실(Tanδ)이 크다 ==> 전해액 저항에 기인, 보통 ESR로 취급
② Capacitance Tolerance가 크다 ==> 전극 Etching시 발생
③ Leakage Current가 크다 ==> 유전체인 산화피막의 본질적인절연성 문제에 기인절연성 문제에 기인
④ 장기간 방치시 Leakage Current의 증가가 크다
==> 전해액과 유전체의 상호작용
==> 피막 열화, 내압성 떨어짐
⑤ 사용주위조건(온도, 사용주파수 등)에 의한 특성값의 변화가 심함
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ALUMINUM ELECTROLYTIC CAPACITORS2 기본적 특성2. 기본적 특성
1) 등가회로Ca : 양극박의 정전용량
Cc : 음극박의 정전용량
Da, Dc : 양극, 음극박의 산화 피막 정류작용
La, Lc : +, – 리드선의 인덕턴스성분
R : 전해지와 전해액의 저항성분
Ra, Rc : 양극, 음극박의 산화피막의 순방향
내부저항 성분내부저항 성분
C ESRC : 합성 정전용량
ESR : 등가직렬저항: 저주파에서의 등가회로
ESR : 등가직렬저항
(Equivalent Series Resistance)
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ALUMINUM ELECTROLYTIC CAPACITORS
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ALUMINUM ELECTROLYTIC CAPACITORS2) 정전용량(C C i )2) 정전용량(Cap. : Capacitance)
Temperature
FCapacitance KS규정에 의해 120Hz교류Bridge회로로
측정Frequency 측정
3) 손실각의 정접(Tanδ)) ( )
실제 콘덴서의 경우 손실의 문제로δ각만큼의 손실각 발생
fCRCRIXIR
E
ETanC
C
R πωδ 2==== •
• f : 주파수(Hz)
C : 정전용량(F)EC R : 내부 ESR(Ω)
양극 및 음극박의단위면적당 용량
전해액의 비저항전해액의 비저항
전해지의 밀도
온도
Tanδ
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주파수
ALUMINUM ELECTROLYTIC CAPACITORS4) 누설전류(LC : Leakage Current)4) 누설전류(LC : Leakage Current)
• 직류전압 인가 ==> 미세한 Leakage Current 흐름
이는, 산화피막의 良否, 양극박의 순도, 전해액의 적합정도, 주위온도의 영향
• Leakage Current 과대 ==> 수소가스 등 발생 ==> 콘덴서 內部壓 증대
==> 콘덴서 용기 파손
• 장기간 방치시 電壓處理(인가전압을 서서히 상승시켜 정격전압 도달 후, 30~60분간 유지시킴) 후 사용장기 방치시 電壓處 ( 가 을 서서히 상승시켜 정격 달 후, 유지시 ) 후 사용
==> 전해액의 산화피막 修復작용 ==> Leakage Current 감소
• 주위온도 , 인가전압 ===> Leakage Current
5) 주파수 특성
♦ 고주파(10KHz이상) ==> Inductance 영향
d 등가직렬인덕턴스( )♦ Inductance = 등가직렬인덕턴스(ESL)
=> 전극박, 인출단자 등에 의한 구성
=> 공진주파수 fo이상에서 Impedance 상승 원인
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♦ Capacitance ===> fo
ALUMINUM ELECTROLYTIC CAPACITORS6) 고온부하(Load Life) 및 고온무부하(Shelf Life)특성6) 고온부하(Load Life) 및 고온무부하(Shelf Life)특성
♠ 고온부하특성 => 최고사용온도에서 정격전압을 인가하여 가속적으로
시험을 실시, 콘덴서의 신뢰성을 확인하는 시험
=> Capacitance , Tanδ , Leakage Current
♠ 무부하특성(방치특성) => 최고사용온도에서 전압 인가하지 않고
방치된 상태로 가속 시험방치된 상태로 가속 시험
=> Capacitance , Tanδ , Leakage Current
7) 리플전류(Ripple Current)7) 리플전류(Ripple Current)
Ripple Current 인가 내부손실에의한 발열
전해액 변질
산화피막 劣火성능 저하
고장누설전류 증대
sec/24.0 2RIW =발열
Capacitance 감소
유전체저항 증가발열 촉진
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ALUMINUM ELECTROLYTIC CAPACITORS3 적용회로별 사용상의 주의사항3. 적용회로별 사용상의 주의사항
1) 평활회로(Filtering Circuit)♦ 단상반파 정류
C1에 유입되는 Ripple Current
= 출력전류 Idc의 2~2.5배의 실효치 Ripple Current
♦ 단상전파정류
C1에 유입되는 Ripple Current
= 출력전류 Idc의 1.2~1.3배의 실효치 Ripple Current
1. Ripple Current는 C1의 최대허용리플전류
(Permissible Maximum Ripple Current)를( pp )
초과하지 않도록 설계
2. C2 => 극히 작은 Ripple Current가 흐르므로
고려하지 않아도 무방
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고려하지 않아도 무방
ALUMINUM ELECTROLYTIC CAPACITORS2) SMPS의 경우2) SMPS의 경우
• 저전압, 대용량의 직류전원 ㅡ SWITCHING 방식 사용
• Ripple Current의 frequency => switching frequency에 의해 수KHz~수10KHz
=> 평활용콘덴서의 주파수특성 및 ESR이 문제
고주파 리플에 사용되는 콘덴서고주파 리플에 사용되는 콘덴서
f1주파수 , ESR
대용량 콘덴서를 10KHz이상 주파수에서 사용할 경우
==> 고주파용 저임피던스형을 사용하지 않으면
==> 콘덴서의 용량을 아무리 증가시켜도
==> 임피던스는 감소하지 않는다임피던 는 감 하지 않는다
==> 따라서 리플전압도 감소하지 않는다
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ALUMINUM ELECTROLYTIC CAPACITORS4 알루미늄 전해콘덴서의 신뢰성에 대하여4. 알루미늄 전해콘덴서의 신뢰성에 대하여
1) 전해콘덴서의 수명
1-1) 온도와 수명온도가속계수A
=> A≅2 (최고사용온도 이하))
①LL10TxTo
ALoLx−
×=
Lo : 최고사용온도에서의 보증수명(HRS)
Lx : 실제사용온도에서의 추정수명(HRS)
To : 최고사용온도(°C)
> A≅2 (최고사용온도 이하)
=> 10°C상승시 약 2배의 가속율
Tx ==> 수명( )Tx : 실제사용온도(°C)
A : 온도가속계수
1-2) 사용전압과 수명
②LLLxVxVoLxx n)/(= ②LxVxVoLxx )/(
Lxx : Vx의 전압을 인가했을 때의 추정수명(HRS)
Vo : 정격전압(Vdc)• 온도에 의한 영향과 비교시 극소
사용전압 의 적용범위는 정격전압Vo : 정격전압(Vdc)
Vx : 사용전압(Vdc)
n : 2 ~ 3
• 사용전압 Vx의 적용범위는 정격전압
의 0.5 ~ 1.25로 제한
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Lx : ① 식의 사용온도에서의 추정수명(HRS)
ALUMINUM ELECTROLYTIC CAPACITORS와 수명1-3) RIPPLE CURRENT와 수명
③LLLR VIRIW +=2 W : 내부소비전력
리플전류I : 리플전류[mA]R : 내부저항(ESR)
V : 인가전압
RI
: 누설전류[μA] LI④LLRIW R
2==> 리플전류 인가시의 발열
Lo : 최고사용온도에서 정격전압 인가시의 보증수명(HRS)
Lx : 실사용시의 추정수명(HRS)Lx : 실사용시의 추정수명(HRS)
To : 제품의 최고사용온도(°C)
Tx : 실사용시의 주위온도(°C)
ΔT : 리플전류 인가로 인한 소자중심의 발열,
즉(소자중심의 온도ㅡ주위온도) (°C)
K : 5 ~ 10 (조건, 형상에 따라 다름)
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ALUMINUM ELECTROLYTIC CAPACITORS
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