전자 회로에는 저항기, 커패시터, 인덕터의 세 가지 유형의 수동 부품이 있으며 그 중 인덕터가 원칙적으로 가장 특이할 수 있습니다. 인덕턴스 현상은 1830년대 마이클 패러데이(Michael Faraday)와 조셉 헨리(Joseph Henry)에 의해 발견되었습니다. 패러데이는 변화하는 자기장이 전류를 유도할 수 있다는 것을 발견했습니다. Henry는 도체 내부의 전류 유도를 의미하는 "자기 유도" 현상을 독립적으로 연구했습니다.
사람들이 전자기학을 완전히 이해하기 전에는 전선을 코일에 감는 것만으로도 전기적 특성이 바뀔 수 있다는 것이 미스터리였습니다. 라디오 초기에 DIY 애호가들은 길이가 몇 인치에 불과한 자기 막대나 판지 튜브를 사용하여 수십 개의 와이어를 감아 튜닝 코일 인덕터를 만들고 트랜지스터 라디오를 조립했습니다.
인덕터의 회로도 기호는 물리적 외관 디자인을 기반으로 합니다(그림 1). 인덕터의 종류에는 중공형, 철심형, 가변형이 있습니다.
그림 1: 인덕터(오른쪽 그림)는 처음에 중공 튜브 또는 철심 주위에 감겨진 와이어로 형성되었습니다. 해당 원리 기호가 그림(왼쪽 이미지)에 표시되어 있습니다. (이미지 출처: Hackatronic.com)
인덕턴스는 도체의 특성이며, 자기장의 영향으로 도체를 통과하는 전류가 자주 변합니다. 따라서 인덕터는 전류 변화를 "초크"할 수 있기 때문에 초크라고도 합니다. 인덕턴스(L)와 전압(V) 및 전류(I)의 변화율 사이의 관계는 V=L(dI/dt)이라는 간단한 방정식으로 표현될 수 있습니다.
권선 코일 인덕터는 여전히 널리 사용되고 있지만 오늘날 많은 회로에는 더 이상 적합하지 않습니다. 너무 커서 필요한 값을 제공할 수 없고, 바람직하지 않은 기생 효과를 나타내고, DC 저항(DCR)이 높으며, 더 높은 주파수에서 성능 저하가 나타날 수 있습니다. 초기 DIY 무선 매니아와 비교하여 이제 1mm2(제곱밀리미터) 미만의 크기를 가진 무선 주파수(RF) 응용 분야용 기성 권선형 인덕터를 구매할 수 있습니다.
전력 변환기용 최신 인덕터
인덕터가 상당한 발전을 이루었지만 향상된 코일 인덕터라도 최신 회로에 대한 성능과 크기 면에서 단점이 있습니다. 최신 전력 인덕터는 핵심 및 보조 매개변수가 완전히 정의되고 속성이 다양한 애플리케이션 우선순위에 따라 최적화되어 신중하게 모델링된 정밀 구성 요소입니다.
또한 공급업체에서는 SEPIC(단일 종단 1차 인덕터 컨버터), Ć uk 컨버터(발명자 Slobodan Ć uk의 이름을 따서 명명) 및 다양한 벅 부스트 구성과 같은 다양한 스위칭 전원 공급 장치 토폴로지의 요구 사항을 충족하기 위해 새로운 재료를 개발했습니다.
이러한 인덕터의 대부분은 고급 페라이트 및 분말 재료를 사용하며 그 특성은 신중하게 조정되었습니다. 이 인덕터는 매우 낮은 DCR(인덕턴스 성능 측정을 위한 표준 값인 인덕턴스 Q 값을 크게 향상)과 원활한 인덕턴스 롤오프를 제공합니다. 후자는 필터의 주파수 응답 롤오프와 유사하게 DC 전류가 증가함에 따라 자기 코어 포화로 인해 실제 인덕턴스 값이 감소하거나 "롤오프"되는 정도를 나타냅니다.
전원 공급 장치에 사용되는 인덕터는 일반적으로 수십 암페어의 상대적으로 높은 정격 전류 처리 기능도 필요합니다. 이 매개변수는 단일 값으로 정의되지 않고 제곱 평균 전류(Irms), 피크 전류(Ipeak) 및 포화 전류(Isat)와 같은 여러 값으로 정의됩니다. 제조업체가 제공하는 인덕터는 다양한 토폴로지 구조의 우선순위 요구 사항을 충족하기 위해 다양한 정격 전류 조합과 기타 최상위 매개변수 참조를 갖습니다.
또한 제조업체는 성능이나 신뢰성을 저하시키지 않고 관련 열을 견딜 수 있는 고급 소재와 표면 실장 기술(SMT)(그림 2)을 개발했습니다. 차폐 유형은 민감한 응용 분야에서 무선 주파수 간섭(RFI) 문제를 최소화하는 데 도움이 됩니다.
그림 2: 이제 고전력 SMT 인덕터는 성능에 영향을 주지 않고 다양하고 놀라운 소형 크기를 제공할 수 있습니다. (이미지 출처 : 이튼)
Eaton 전자 사업부의 HCM/HPAL 성형 인덕터 시리즈는 이러한 컨버터 최적화 인덕터의 발전과 차별화를 반영합니다. 두 시리즈 모두 내구성, 고전류 및 낮은 EMI가 특징인 고급 인덕터 재료를 사용합니다. 이들의 성형 구조는 다양한 정격 전류 범위에서 소프트 인덕턴스 롤오프를 제공할 수 있습니다.
HCM 및 HPAL 시리즈 장치는 다양한 크기로 제공되지만 볼륨은 상대적으로 작습니다.
신뢰성과 견고성을 보장하기 위해 HCM/HPAL 장치의 정격 작동 온도는 -55 ~ 125°C(주변 온도 + 자체 온도 상승)이며, 습한 환경으로 인한 표면 부식을 방지하는 데 도움이 되는 방청제를 함유하고 있습니다(MSL 레벨 1).
HCM 시리즈는 두 가지 대표적인 장치인 HCM0503V2-R68-R 및 HCM0503V2-4R7-R에서 볼 수 있는 뛰어난 Isat 성능을 갖춘 고급 프레스 철 분말을 사용합니다. HCM0503V2-R68-R은 작동 주파수가 최대 1MHz인 680나노헨리(nH), 8mΩ DCR 비차폐 인덕터입니다. 크기는 5.7 × 5.4 × 3.0mm에 불과하며 정격 전류는 10암페어(A)(Irms)/12암페어(Isat)입니다. HCM0503V2-4R7-R은 동일한 패키지 크기를 사용하지만 더 높은 인덕턴스가 필요한 상황에 적합합니다. 정격 전류가 4.1A(Irms)/6A(Isat)인 4.7μH, 47mΩ 비차폐 장치입니다.
이와 대조적으로 HPAL 인덕터는 합금 분말을 사용하여 더 낮은 코어 손실을 유지하면서 더 낮은 DCR과 더 높은 Irms를 달성합니다. 이 인덕터 계열의 전력 범위는 0.15μH ~ 10μH이고 전류는 4.5A ~ 40A입니다. 이 인덕터에는 특정 애플리케이션에서 중요한 전자파(EMI) 차폐 기능이 있습니다. 장치의 예로는 HPAL1V0630-R47-R(18A(Irms) 및 20A(Isat) 정격의 470nH, 4.1mΩ 인덕터) 및 HPAL1V0630-8R2-R(5A(Irms) 및 5.5A(Isat) 정격의 8.2μH, 55mΩ 인덕터)이 있습니다.
그림 3의 그래프는 HPAL1V0630-8R2-R 인덕터의 공칭 인덕턴스, DC 전류 및 온도 간의 롤오프 관계를 보여줍니다.