전원회로(레귤레이터, 컨버터 등)에서 커패시터 역할과 용량

 

 

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안녕하세요.

전원 회로에서 커패시터는 중요한 부품 중 하나로, 회로의 안정성과 신뢰성을 높이기 위해 여러 용도로 사용됩니다. 이번 포스팅에서는 커패시터가 전원 회로에서 어떤 역할을 하는지, 그리고 그 역할에 따라 적합한 용량을 어떻게 선택해야 하는지 살펴보겠습니다.

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LM7809, LM7805와 같은 전원 레귤레이터는 전압을 일정하게 유지해주는 전자 부품입니다. 아래와 같이 전원에 해당하는 회로에는 일정 용량의 커패시터가 사용됩니다. 해당 커패시터의 목적과 적합한 용량에 대해 알아보겠습니다.

 

 

 

전원 회로에서 커패시터의 용량 크기는 사용 목적에 따라 다릅니다. 각 용도에 따른 커패시터 용량 선택 기준을 아래에 설명합니다.

※1. 디커플링(Decoupling) => 바이패스(Bypass) 캐패시터

▶1. 역할

전원단에 존재하는 noise를 Ground 단으로 우회하도록 해줍니다. 커패시터는 전원에서 발생하는 고주파 신호나 잡음을 차단하고, 깨끗한 DC 전압을 유지하도록 도와줍니다. 특히 디지털 회로에서 스위치가 빠르게 켜졌다 꺼졌다 할 때 발생하는 노이즈를 제거하는 역할을 합니다. 이러한 역할을 하는 커패시터를 바이패스 커패시터라고 합니다.

 

▶2. 용량

디커플링 커패시터는 고주파 잡음을 차단하는 역할을 하므로, 보통 0.1μF ~ 10μF 정도의 용량이 일반적입니다. 작은 용량의 세라믹 커패시터(0.1μF 또는 1μF)는 고주파 성분을 효과적으로 필터링하는데 사용됩니다. 또한, 전력 소비가 큰 칩일수록 더 큰 용량을 사용할 수 있습니다.

 

 

 

 

※2. 버퍼링(Buffering)

▶1. 역할

회로가 갑작스럽게 큰 전류를 요구할 때, 커패시터는 일시적으로 저장된 전하를 방출하여 전압 강하를 방지하고, 안정적인 전원 공급을 유지합니다. 이는 전원 공급 장치가 순간적인 과부하를 처리하는 데 도움이 됩니다.

 

▶2. 용량

 

버퍼링 목적의 커패시터는 순간적으로 많은 전류를 공급해야 할 때 사용됩니다. 이 경우 커패시터 용량은 보통 10μF ~ 1000μF 정도로, 비교적 큰 용량의 전해 커패시터가 적합합니다. 전류 수요가 클수록 큰 용량을 선택해야 하며, 보통 전원 입력부에 위치합니다.

 

 

 

 

※3. 필터링(Filter)

▶1. 역할

커패시터는 전원 라인에서 발생하는 리플(Ripple) 같은 AC 성분을 제거하여 보다 깨끗한 DC 전원을 공급하는 데 도움을 줍니다. 전원 필터로 사용될 때, 커패시터는 낮은 주파수의 리플을 제거하여 전원의 품질을 향상시킵니다. 이러한 역할을 하는 커패시터를 벌크 커패시터라고 합니다.

 

▶2. 용량

전원 필터링을 위해서는 커패시터가 리플 전압을 제거해야 하므로 용량이 크면 좋습니다. 일반적으로 100μF ~ 1000μF 범위의 전해 커패시터를 사용하며, 낮은 주파수의 리플을 효과적으로 제거할 수 있습니다. 이때 작은 용량의 세라믹 커패시터(0.1μF ~ 1μF)를 병렬로 연결해 고주파 잡음도 제거합니다.

 

 

 

 

※4. 에너지 저장(Energy Storage)

▶1. 역할

커패시터는 전하를 저장하고 필요할 때 이를 방출하여 일정한 전압을 유지합니다. 이 역할은 주로 전원이 꺼지거나 전류가 끊기는 상황에서 짧은 시간 동안 전원 공급을 유지하는 데 유용합니다.

 

▶2. 용량

에너지 저장용으로는 매우 큰 용량의 커패시터가 필요합니다. 용량은 1000μF 이상이 필요할 수 있으며, 상황에 따라서는 슈퍼 커패시터를 사용하여 수 천에서 수 만 μF 용량의 커패시터를 사용하기도 합니다. 이는 주로 전력이 끊겼을 때 잠시 전원 공급을 유지하는 용도입니다.

 

 

 

전원 회로에서 커패시터는 단순히 전압을 안정시키는 역할을 넘어, 회로의 다양한 요구 사항을 충족시키는 중요한 부품입니다. 커패시터 용량을 올바르게 선택하는 것이 회로의 성능을 크게 좌우하므로, 각 용도에 맞는 적절한 값을 선택하는 것이 필수적입니다.

이 포스팅이 도움이 되었기를 바랍니다! 전원 회로 설계에 대한 더 많은 정보를 알고 싶다면 댓글로 남겨주세요!