소자 (#7–11)

커패시터 실전 용도

MLCC디커플링공진점wiki/embedded-capacitor-uses

한 줄 요약

킥보드 임베디드 강의 「커패시터 소자 용도」를 컴파일한 페이지로, 커패시터 실전 용법 4종(대용량 전해 전압 안정화·디커플링/바이패스·병렬 합성·RC 필터)을 다룬다. 네 용법 모두 '주파수가 높을수록 임피던스가 낮아진다'는 단일 특성에서 파생되며, 공진점 왼쪽 영역까지만 필터로 유효하다는 관점이 전체를 관통한다. 실무 기본기는 두 가지로, 커패시터는 IC 전원핀에 최대한 가까이 배치하고 용량은 0.1µF(100nF)을 기본으로 깔고 측정 후 튜닝한다. 이종 용량 병렬은 반공진점이 여러 개 생겨 오히려 특성이 악화될 수 있다.

용법 지도 — 전부 주파수 특성에서 나온다

커패시터의 임피던스는 저주파에서 높고 주파수가 올라갈수록 낮아지는데, 이 한 가지 특성이 네 가지 실전 용법의 공통 뿌리다.
단, 공진점을 지나면 커패시터가 유도성(인덕터처럼)으로 변하므로 공진점 왼쪽 영역만 필터로 사용한다.

🔋커패시터 주파수 특성고주파일수록 임피던스 낮음

① 대용량 전해전압 안정화·에너지 백업

② 디커플링IC 순간 전류 공급

③ 바이패스고주파 노이즈 GND 우회

④ RC 필터LPF·HPF 차단주파수 설계

주파수 특성 하나에서 파생되는 커패시터 용도

대용량 전해 vs 디커플링·바이패스

킥보드 보드의 DC 배터리 입력단에는 470µF 전해 커패시터 2개(C56·C57)를 병렬로 묶어 총 940µF를 구성했으며, 병렬 합성 용량은 단순 합산이다.
모터가 급가속하며 전류를 확 당기면 배터리만으로는 순간 공급이 늦어 전압이 출렁이는데, 입력단 대용량 전해가 저장해둔 에너지를 즉시 토해내 전압을 잡아준다.
디커플링은 IC 바로 옆 커패시터가 로컬 에너지 탱크로 순간 전류를 즉시 공급하는 것으로, 멀리 달면 강의 표현 그대로 '달아도 안 단 것과 같다'.

	디커플링	바이패스
목적	IC에 안정적 전원 공급	전원 노이즈를 GND로 우회
노이즈원	외부·전원공급장치	IC 내부 스위칭 고조파
실무	MLCC, IC 전원핀 최근접	동일하게 취급

디커플링 vs 바이패스 — 실무에선 거의 동일하게 취급

병렬 합성과 용량 선정

동일 용량을 병렬로 묶으면(예: 22µF×3 = 66µF) 공진점 임피던스가 크게 낮아져 특정 대역을 노릴 때 유효하다.
이종 용량을 혼합하면(22µF + 0.1µF + 0.01µF) 전 대역 임피던스는 낮아지지만 공진점 사이에 반공진이 다수 발생해 상황에 따라 특성이 오히려 악화된다.
측정이 현실적으로 어려운 실무에서는 0.1µF(100nF)을 기본으로 깔고, 측정 후 노이즈가 심하면 용량을 튜닝한다 — 100nF은 주파수 중간 대역을 폭넓게 걸러주는 무난한 출발점이다.

RC 필터 — fc = 1/(2πRC)

LPF는 R을 직렬·C를 GND로 연결해 fc 이하를 통과시키고, HPF는 C를 직렬·R을 GND로 연결해 fc 이상을 통과시킨다.
차단 주파수(fc)는 출력이 입력의 0.707배(-3dB)가 되는 지점이며, 1차 시스템에서는 이때 위상 지연이 -45°다.
예로 R = 1kΩ, C = 0.1µF이면 fc ≈ 1.59kHz로, LPF로 쓰면 그 이하를, HPF로 쓰면 그 이상을 통과시킨다.

f_{c} = \frac{1}{2 π R C}

$f_{c}$: 차단 주파수 (Hz)
$R$: 직렬/GND 저항 (Ω)
$C$: 커패시턴스 (F)

차단 주파수 — 출력이 입력의 0.707배(-3dB)가 되는 지점

주의점 · 함정

이종 용량 병렬은 공진점 사이에 반공진점이 여러 개 생겨 오히려 특성을 악화시킬 수 있으므로 무작정 다른 용량을 섞지 말 것. 또한 디커플링/바이패스 커패시터는 반드시 IC 전원핀에 최대한 가까이 배치해야 하며, 멀리 달면 '달아도 안 단 것과 같다'. 전사 원본에는 STT 오인식(470mAh→470µF, 동진→공진 등)이 많아 참조 시 오인식 대조표를 먼저 봐야 한다.