최근 환경 기기, 특히 EV/HEV(전기차/하이브리드차) 및 태양광, 풍력 발전 시스템에서 사용되는 인버터용 콘덴서의 수요가 급격히 증가하고 있습니다. 이 분야에서는 DC 500V를 초과하는 고전압에 견디는 내압성, 수십 년에 이르는 긴 수명, 그리고 높은 안정성이 요구되며, 이러한 조건을 만족시키는 필름 커패시터가 각광받고 있습니다.
커패시터의 성능을 나타내는 주요 지표는 다음과 같습니다.
필름 커패시터는 이들 대부분의 항목에서 다른 커패시터보다 우수한 성능을 보입니다.
커패시터의 정전 용량은 온도에 따라 변합니다. 예를 들어, 세라믹 커패시터의 경우 온도가 변하면 유전체의 유전률이 변하고, 그 결과 정전 용량이 변동합니다. 또한, 알루미늄 전해 커패시터는 온도 변화에 따라 전해액의 전기 전도도와 전극의 저항이 변하기 때문에 이 역시 정전 용량이 변화합니다.
세라믹 및 알루미늄 전해 커패시터는 온도 변화에 따라 정전 용량이 10% 이상 변동하지만, 같은 온도 범위에서의 필름 커패시터 정전 용량은 수% 정도만 변동합니다.
필름 커패시터는 PP(Polypropylene), PET(Polyethylene terephthalate), PPS(Polyphenylene sulfide), PEN(Polyethylene naphthalate) 등의 유전체가 사용되며, 세라믹 커패시터나 알루미늄 전해 커패시터에 비해 절연 저항이 높고, 저장한 전기를 유지하는 능력이 뛰어난 것이 특징입니다. 커패시터의 온도가 올라가면 일반적으로 절연 저항이 낮아지지만, 온도가 높아져도 다른 커패시터에 비해 필름 커패시터의 절연 저항은 낮아지기 어렵고 성능을 유지합니다.
또한, 필름 커패시터는 다른 커패시터에 비해 전기를 주고받을 때의 손실이 적고, 특히 PP유전체를 사용한 필름 커패시터는 손실이 매우 적을 뿐만 아니라 온도 변화에도 안정적인 성능을 유지합니다.
필름 커패시터는 극성이 없어 직류(DC)뿐만 아니라 교류(AC)에서도 사용 가능합니다.
필름 커패시터의 유전체인 플라스틱 필름은 물리적 성질이 안정되어 있어, 다른 커패시터와 비교했을 때 고장이 적고 수명이 긴 것이 특징입니다.
필름 커패시터는 인가 전압이 변화하더라도 정전 용량이 거의 변하지 않습니다. 이러한 특성을 활용하여 오디오 회로에서 필름 커패시터를 사용할 경우 왜곡이 적어 음질이 향상되는 이점이 있습니다.
알루미늄 전해 커패시터가 약 500V인 반면, 필름 커패시터는 4000V에 가까운 높은 내전압 제품을 제조할 수 있습니다. 이 제품들은 태양광 발전 시스템(650V), HEV(48~750V), 철도 차량(1000~3000V)과 같은 고전압을 다루는 인버터 전원에 사용됩니다. 이러한 인버터 전원의 전원 안정화(노이즈 제거, 평활화)를 위해 필름 커패시터는 필수적입니다. 또한, 리플 전류 저항성(허용 전류)도 뛰어나, 큰 전류가 흐를 때도 자체 발열이 적다는 특징이 있습니다.
필름 커패시터의 우수한 특성에 대해 소개했습니다. 지금부터 필름 재료에 따른 특성을 비교하겠습니다.
PP(Polypropylene)는 내전압, 유전 손실, 절연 저항, 비중, 비용 면에서 가장 우수하며, 유전율만은 낮은 편이지만, 전체적으로 봤을 때 PP가 가장 우위에 있습니다. 따라서 일반적인 필름 커패시터에서는 가장 많이 사용됩니다.
파나소닉이 필름 커패시터는 크게 범용 제품과 커스컴 제품, 두 가지로 나눌 수 있습니다.
필름 커패시터의 주요 열화 원인은 전극의 산화입니다. 파나소닉은 외장 케이스 재료, 충전 수지 재료, 고내습 메탈리콘(커패시터 내부 전극과 리드 단자를 연결하는 금속 피복)을 개발하여, 외부로부터 소자의 내부에 수분 침입하기 어렵도록 하는 '봉지 기술'과, 고내습을 갖춘 증착 금속의 사용 및 내부 전극 가공 기술을 통해 수분이 소자에 도달하더라도 전극의 부식을 억제하는 '내후 기술'을 실현하여 높은 내습 신뢰성을 실현하고 있습니다.
파나소닉은 화학 필름 제조업체와 협력해 고전압·고내압 PP필름 개발하고 있습니다. 또한, 커패시터 내부에 독자적인 패턴 기술을 적용해 안전장치를 갖추고 있습니다. 절연 파괴과 발생하더라도 전체 파괴로 이어지지 않도록 셀 단위로 차단하는 퓨즈 기능을 갖추고 있습니다.
파나소닉의 인버터 전원용 필름 커패시터가 탑재된 많은 전기차(EV/HEV)는 전 세계 다양한 기후 지역에서 사용되어 왔습니다. 여기에서 얻은 풍부한 경험은 고내습성, 고안정성, 장수명이라는 부가가치를 갖춘 고신뢰성 커패시터 실현으로 이어지고 있습니다. 앞으로도 태양광 및 풍력 발전을 비롯한 환경 관련 시장 발전에 기여하며 고객의 요구에 부응하는 제품 개발에 힘쓸 것입니다.