여러 목적으로, 이상적인 커패시터와 여러 추가 부품들로 구성된 비교적 단순한 집중 정수(lumped element) 모델을 사용하여 실제 커패시터를 표현합니다.
ESR
(모델에서 Resr로 표현되는) 등가 직렬 저항은 커패시터를 통과하는 전하의 움직임과 관련된 손실을 나타냅니다. 유전체 자체에서 발생하는 손실이 주로 주된 요인이며, 전극과 리드 소재의 저항도 하나의 기여 요인입니다. 커패시터 선택에 있어 ESR과 관련된 부분은 두 부분입니다: 1) ESR은 콘덴서의 AC 반응에 영향을 미치며, 2) 열 제한으로 인해 커패시터를 통해 흐를 수 있는 AC 전류의 양에 제한을 가합니다. 커패시터의 ESR을 통해 흐르는 전류는 다른 저항에서와 마찬가지로 I2R 손실을 야기하여, 소자 수명 감소의 원인이 되는 커패시터 내부의 온도 상승을 유발합니다.
ESR은 소자 유형과 구조에 의해 영향을 받으며, 또한 온도와 테스트 주파수에 의해서도 다양한 정도로 영향을 받습니다. 많은 경우, 커패시터의 ESR은 규격서에 직접적으로 주어지지는 않지만, 대신 개략적인 수치인 Q, 손실 계수(DF), 또는 탄젠트 델타(Tan δ)와 같은 용어를 통해 표현합니다. 모두 커패시터의 ESR과 용량성 리액턴스(XC)의 비율을 다르게 표현한 것입니다. 탄젠트 델타와 손실 계수는 ESR/XC로 계산되며 기본적으로 같은 수치이지만, 손실 계수는 일반적으로 단순한 무차원 인자가 아닌 백분율로 표시된다는 점에 유의해야 합니다. Q는 단순히 탄젠트 델타의 역수인 XC/ESR입니다.
ESL
등가 직렬 인덕턴스는 소자 리드의 자기 인덕턴스 일부, 회로 내 소자 리드의 구조로 인해 형성된 코일 등에서 발생합니다. 집중 정수 모델 근사화에서, ESL은 소자의 공칭 정전 용량 값을 나타내는 이상적인 커패시터(Cnom)와 직렬인 이상적인 인덕터(Lesl)로 표현됩니다. 커패시터 선택에 있어 ESL과 관련된 부분은 주로 AC 응답에 미치는 영향입니다. 집중 정수 모델이 시사하듯이, 실제 커패시터는 직렬 연결된 LCR 회로와 같이 동작합니다. 인가된 AC 전압의 주파수가 증가하면, ESL의 유도성 리액턴스는 소자의 용량성 리액턴스와 동일한 지점까지 증가하여 커패시터가 저항처럼 동작합니다. 이 지점 이상의 주파수에서 커패시터는 사실상 인덕터입니다.
누설
집중 정수 모델에서 누설은 이상적인 커패시터에 병렬로 연결된 비교적 큰 값의 저항으로 모델링 됩니다. 이는 커패시터 내부에 사용되는 유전체가 완벽한 절연체는 아니라는 사실에 비롯하며, 정전압이 인가되면 커패시터를 통해 일정량의 DC 전류가 흐르게 됩니다. 커패시터 선택에 있어 누설과 관련된 부분은 응용 분야에 따라 다릅니다: 초저전력 응용 분야에서는 전력 소모 문제일 수 있고, 정밀 아날로그 응용 분야에서는 오차의 원인일 수 있으며, 전력 응용 분야에서는 신뢰성/열 관리 문제일 수 있습니다.
분극(Polarization)
분극은 전기화학적 작용을 통해 유전체를 형성할 필요가 있는 전해 커패시터 대부분에서 나타나는 비이상적 특성입니다. 이러한 커패시터에 잘못된 극성으로 전압을 인가하면 커패시터의 절연층 생성에 사용되는 전기화학적 과정을 반전시킵니다. 절연층을 전기화학적으로 파괴하는 이 과정은 사양보다 더 높은 누설 전류를 야기하고, 얇은 절연층이 인가 전압 스트레스로 붕괴되기 시작하면 더욱 악화됩니다.
누설 전류가 내부 가열을 초래하고 이에 따른 온도 상승이 다시 누설 전류를 증가시키기 때문에 폭포 효과(cascading effect)가 발생하여 (오)인가된 전압의 소스 임피던스가 낮으면 꽤나 굉장한 치명적 고장(catastrophic failure)을 초래할 수 있습니다.
(사실상 두 개의 분극된 커패시터가 마주하게 배치된) 무극성 전해 커패시터를 인가 전압의 극성을 알 수 없거나 때때로 반전될 수 있는 응용 분야에 사용할 수 있지만, 이들의 사용에는 주의가 필요합니다.
유전 흡수(Dielectric Absorption)
"침지(soakage)"라고도 불리는 유전 흡수는 커패시터 유전체 내부의 에너지 축적을 나타내며 소자의 공칭 정전 용량과 ESR로 예측할 수 있는 것보다 더 긴 시간 동안 흡수되고 방출됩니다. 집중 정수 모델에서는 직렬 연결된 하나의 저항과 하나의 커패시터(또는 여러 개의 저항/커패시터)가 소자의 공칭 정전 용량(Cnom)에 병렬로 연결된 것으로 나타낼 수 있습니다.
실제로 이는 일정 시간 동안 DC 전위로 유지되었다가 바로 방전되는 커패시터가 어느 정도 스스로 충전하는 것처럼 보인다는 것을 의미합니다. 다른 예에서, DC 전위로 잠시 유지된 커패시터의 저항을 통한 방전의 방전 곡선에서 급변하는 구간은 일반적인 지수 방정식으로 충분히 모델링할 수 있습니다. 그러나 곡선의 “긴 꼬리” 구간 동안 커패시터는 일반적인 R-C 방전 방정식으로 예측할 수 있는 것보다 더 높은 전류를 전달합니다.
이 현상은 정밀 아날로그 회로에서 많은 문제가 될 수 있지만, 많은 역률 보상 또는 DC 버스 필터링 응용 분야에 사용되는 고전압, 고용량 소자와 같은 소자의 경우 잠재적으로 치명적인 안전 위험을 초래할 수 있습니다. 이러한 응용 분야에 사용되는 많은 종류의 커패시터들이 현재는 물론 과거에도 유전 흡수로 인해 에너지를 축적하기가 거의 가장 쉬우며, 이전에 인가된 전압의 약 1/5 정도까지 "자가 충전"할 수 있습니다. 크기가 큰 소자의 경우, 이 과정으로 인해 단자에 존재하게 되는 에너지와 전압은 직접적(화상 또는 심장 마비의 가능성이 있음) 및 전기 충격에 대한 무의식적 반응의 결과로 간접적인 부상을 유발하기에 충분합니다.
____에 대한 ____의 의존성
첫 번째 빈칸에는 대부분의 적용 변수를 기입하십시오; 온도, 전압, 주파수, 시간 등. 두 번째 빈칸에는 관심 있는 소자 변수를 기입하십시오; 정전 용량, ESR, ESL, 누설 전류, 수명 등. 둘 사이에는 관련성이 있으며, 소자 유형과 구조에 따라 달라집니다. 관련성 중 일부는 특별히 강하지 않아 일반적으로 무시할 수 있지만, 나머지는 뽕 맞은 800파운드 덩치의 고릴라보다는 덜 무시할 수 있을 정도로 강력합니다. 따라서, 소자를 선택할 때 이러한 관련성의 존재와 적합성을 고려해야만 합니다.
노화
일부 커패시터 유형이 보여주는 특성에 있어서의 상당한 변화는 대상이 되는 전기 신호보다 훨씬 긴 기간에 발생하며, 크리스피 크림 도넛이 튀김기에서 나온 후 시간이 지남에 따라 특성이 변하는 것과 비슷합니다. 이는 설계, 제조 또는 보정 관점에서 문제를 일으킬 수 있습니다. 예를 들어, 리플로우 오븐에서 갓 나온 소자를 테스트해서 OK더라도 일주일 후에는 사양을 만족하지 못할 수 있습니다.
마이크로포닉스/압전 효과
기억해 보십시오, 두 평행판 사이의 정전 용량에 대한 공식은 전극 간격/유전체 두께에 대한 함수입니다. (예를 들어 기계적인 힘이 가해져) 판 사이의 거리가 변하면 정전 용량도 변합니다. 정전 용량은 변하지만 저장된 전하의 양이 일정한 경우, 커패시터 단자 사이의 전압은 정전 용량의 변화에 반비례하여 변화합니다.
그 결과 커패시터는 무대 공연, 휴대 가전 등에 사용되는 종류의 음향 마이크와 유사하기도 하며 여기에 적용되기도 하여 일반적으로 마이크로포닉 효과(microphonic effect)라고 불리는 기계적 영역과 전기적 영역 사이의 변환 메커니즘을 제공합니다. 이 효과는 이러한 용도로는 매우 유용하지만, 기계적인 신호가 전기적인 회로에 의도치 않게 커플링되어, 소음의 원인이 되거나 더 나쁜 경우에는 의도치 않은 피드백 경로가 되어 많은 문제가 될 수도 있습니다.
변환 메커니즘은 또한 양방향입니다. 커패시터 단자에 전압을 인가하면 전극에 기계적인 힘이 가해지며, 이는 다시 주변 환경에 예를 들어 가청 소음으로써 기계적으로 커플링 될 수 있습니다. (“정적 집착(static cling)” 이면의 현상인) 정전기력으로 인해 모든 커패시터에 존재하지만, 압전 유전체를 포함하는 소자에서 가장 두드러집니다. 이러한 소재는 기계적인 변형에 따라 전하를 형성하고, 거꾸로 전기장에 노출되면 기계적으로 변형됩니다. 압전 효과는 인가된 전압에 비해 훨씬 더 많은 기계적인 힘을 발생시키는 경향이 있기 때문에 압전 소재를 포함하는 커패시터에서의 전기적 영역과 기계적 영역 사이의 커플링이 훨씬 더 강력합니다.