커패시터 가이드
세라믹 커패시터의 절연 저항 및 누설 전류
커패시터의 전극은 절연되어 있기 때문에 이론적으로 저항 값은 무한대입니다.
그러나 실제 커패시터는 절연된 전극 사이에 소량의 전류가 흐르기 때문에 유한한 저항 값을 갖습니다.
이 저항 값을 '절연 저항'이라고 하며, 단위는 저항 [MΩ] 또는 CR 곱 [Ω･F], [MΩ･μF]로 표시합니다.
절연 저항의 거동
커패시터에 DC 전압이 인가된 직후에는 그림 1과 같이 충전 전류라고도 하는 돌입 전류가 흐릅니다. 커패시터가 서서히 충전됨에 따라 전류는 기하급수적으로 감소합니다.
시간 t가 지난 후 흐르는 전류 I(t)는 아래 식 (1)과 같이 전하 전류 Ic(t), 흡수 전류 Ia(t), 누설 전류 Ir의 세 가지 유형으로 분류할 수 있습니다.
I(t) = Ic(t) + Ia(t) + Ir ...... 방정식 (1)
충전 전류는 이상적인 커패시터를 통해 흐르는 전류를 나타냅니다. 흡수 전류는 전하 전류에 비해 지연되어 흐르며, 낮은 주파수에서의 유전체 손실과 높은 유전 상수형 커패시터(강유전체)의 역분극 및 세라믹과 금속 전극 사이의 경계에서 발생하는 쇼트키 장벽을 동반합니다.
누설 전류는 흡수 전류의 영향이 감소하는 일정 시간이 지난 후 흐르는 일정한 전류를 말합니다.
따라서 커패시터에 전압이 인가되는 시간에 따라 흐르는 전류의 값이 달라집니다. 즉, 전압 인가 후 측정 타이밍을 지정하지 않으면 커패시터의 절연 저항 값을 확인할 수 없습니다.
적층 세라믹 커패시터의 절연 저항은 커패시터 단자 사이에 리플 없이 직류 전압을 인가한 상태에서 설정된 시간(예: 60초) 후 인가 전압과 누설 전류 사이의 비율을 나타냅니다.
충전 전류, 흡수 전류, 누설 전류를 명확하게 구분하기는 어렵습니다.
절연 저항의 사양 및 단위
위에서 설명한 것처럼 절연 저항의 단위는 저항 [MΩ] 또는 [Ω･F] 또는 CR 곱 [MΩ･μF]로 표현됩니다.
CR 곱[MΩ･μF]은 공칭 커패시턴스 값과 절연 저항 값의 곱입니다.
단위는 부품 번호에 따라 다릅니다.
각 부품 번호에 대한 상세 사양서를 확인하시기 바랍니다.
CR 제품[MΩ･F]에서 절연 저항[MΩ]을 계산하는 방법
예시: CR 제품이 500 Ω･F 이상이고 커패시턴스가 1μF인 경우
-> 500 ΩF / 1 μF = 500 MΩ 이상
위와 같이 커패시턴스 값이 높을수록 절연 저항이 낮아집니다. 그 이유는 아래에 설명되어 있습니다.
절연 저항은 전류뿐만 아니라 다층 세라믹 커패시터를 도체로 간주하여 인가 전압에서 옴의 법칙으로 알아낼 수 있습니다.
저항 값 R은 도체의 길이를 L, 단면적은 S, 비저항을 ρ로 하여 식 (2)로 표현할 수 있습니다.
R = ρ･L/S ...... 방정식 (2)
마찬가지로 커패시턴스 C는 다층 세라믹 커패시터의 전극 간 거리(유전체 두께)를 L로, 내부 전극의 면적을 S로, 유전 상수를 ε로 표현하여 식 (3)으로 나타낼 수 있습니다.
C ∝ ε･S/L ...... 방정식 (3)
방정식 (4)는 방정식 (2)와 방정식 (3)에서 유도할 수 있으며, 이는 R과 C가 반비례한다는 것을 나타냅니다.
R ∝ ρ･ε/C ...... 방정식 (4)
절연 저항이 높다는 것은 DC 전압에서 누설 전류가 더 낮다는 것을 의미합니다. 일반적으로 절연 저항 값이 높을수록 회로가 더 높은 성능을 갖도록 되어 있습니다.