이 계산기의 기능
커패시터 용량 계산기는 회로 설계에서 자주 마주치는 두 가지 상황에 맞는 정전용량을 손쉽게 찾아 줍니다. 하나는 특정 전압에서 정해진 전하량을 저장하는 경우이고, 다른 하나는 DC 전원의 리플 전압을 평활(smoothing)하는 경우입니다. 값을 입력하면 필요한 정전용량을 패럿(F), 마이크로패럿(µF), 나노패럿(nF) 단위로 한 번에 알려 줍니다.
사용 방법
먼저 모드를 선택하세요. 전하 & 전압 모드에서는 전하 Q를 쿨롱(C) 단위로, 전압 V를 볼트(V) 단위로 입력합니다. 리플 평활 모드에서는 부하 전류 I를 암페어(A)로, 리플 주파수 f를 헤르츠(Hz)로 입력합니다(50 Hz 상용 전원에 전파 정류를 쓰면 100 Hz, 60 Hz 전원이면 120 Hz입니다). 그리고 허용할 수 있는 최대 리플 전압을 넣으면 됩니다. 강조된 결과 박스와 그 아래 단위 변환 표에서 답을 확인하세요.
공식 풀이
정전용량은 다음과 같이 정의됩니다.
$$C = \frac{\text{Charge }Q\text{ (C)}}{\text{Voltage }V\text{ (V)}}$$즉, 커패시터에 저장된 전하를 양 끝에 걸린 전압으로 나눈 값이며 단위는 패럿(F)입니다. 평활용 커패시터의 경우 다음 근사식을 사용합니다.
$$C = \frac{\text{Current }I\text{ (A)}}{\text{Frequency }f\text{ (Hz)} \times \text{Ripple }V\text{ (V)}}$$이는 전압이 \(V_{\text{리플}}\)만큼 떨어지는 것을 허용하는 동안, 커패시터가 약 한 주기(\(1/f\)) 동안 부하 전류 I를 공급해야 한다는 점에서 나온 식입니다.
예제 풀이
50 Hz 전원을 전파 정류한 회로(\(f = 100\ \text{Hz}\))에서 1 A 부하를 구동하고 리플을 1 V까지 허용한다면, 다음과 같이 계산됩니다.
$$C = \frac{1}{100 \times 1} = 0.01\ \text{F} = 10{,}000\ \text{µF}$$실제로는 이보다 조금 더 큰 표준 용량을 고르면 부품 공차와 경년 열화에 대한 여유를 확보할 수 있습니다.
자주 묻는 질문
리플 주파수는 무엇으로 넣어야 하나요? 전파 정류 브리지는 상용 주파수를 두 배로 만들기 때문에, 50 Hz 전원이면 100 Hz, 60 Hz 전원이면 120 Hz를 사용합니다. 반파 정류라면 상용 주파수를 그대로 씁니다.
왜 결과 값이 이렇게 큰가요? 평활용 커패시터는 수 밀리초 동안 실제로 전류를 공급해야 하므로 용량이 큽니다. 암페어 단위의 부하에서는 수만 µF가 흔히 필요합니다.
내압(정격 전압)은 얼마로 골라야 하나요? 첨두 DC 전압보다 충분히 높은 내압을 가진 제품을 고르세요. 신뢰성을 위해 동작 전압의 최소 1.25배에서 1.5배 정도가 권장됩니다.
