회로 기초 3_Inductor(코일)

1. 정의

인덕터(Inductor)는 전류의 변화에 저항하는 특성을 가진 수동 소자로, 코일 형태로 제작된 것이 일반적입니다. 전류가 인덕터를 통해 흐를 때, 자기장이 형성되면서 전기에너지를 자기장 형태로 저장하게 됩니다. 이로 인해 인덕터는 전류의 급격한 변화를 억제하는 특성이 있으며, 특히 교류 신호에서 중요한 역할을 합니다. 인덕턴스(L)는 헨리(H)로 측정되며, 단위는 전류의 변화율에 대한 자기장의 저항 능력을 나타냅니다.

 

인덕터의 종류는 많으므로 작성하다가 많이 사용되는 종류로 정리해보도록 하겠습니다.

2. 응용

인덕터는 전기 및 전자 회로에서 다양한 용도로 활용됩니다.

• 필터 회로: 인덕터는 커패시터와 결합해 고주파를 걸러내는 저역통과 필터로 사용됩니다. 고주파가 흐를 때 인덕터는 저항을 크게 하여 고주파 성분을 제거하고 저주파만 통과시키는 필터 역할을 합니다.
• 전원 공급 장치: 인덕터는 스위칭 전원 공급 장치에서 전류를 안정화하는 역할을 합니다. 특히, DC-DC 컨버터에서 인덕터는 에너지를 주기적으로 저장하고 방출하여 일정한 출력을 유지합니다.
• 에너지 저장 장치: 인덕터는 전류가 흐를 때 에너지를 자기장으로 저장하므로, 일시적인 에너지 저장 소자로 활용됩니다.
• 스위치 회로 보호: 전류가 갑자기 변화하면 높은 전압 스파이크가 발생할 수 있는데, 인덕터는 이러한 스파이크를 억제해 회로를 보호합니다.

3. 기술

인덕터의 주요 기술은 코일의 감김 방식, 사용되는 소재, 그리고 인덕터 코어의 설계에 따라 달라집니다.

• 코어 소재: 공기 코어, 철심, 페라이트 코어 등이 있으며, 코어에 따라 자기장의 강도와 손실 특성이 다릅니다. 고주파에서는 페라이트 코어가 많이 사용되며, 저주파나 전력 변환기에서는 철심이 쓰입니다.
• 코일 형태: 솔레노이드, 토로이드 등 다양한 형태로 감겨 있으며, 형상에 따라 인덕턴스와 공간 효율이 달라집니다. 토로이드 형태는 외부 자기장 방출이 적어 회로 간 간섭을 줄이는 데 유리합니다.
• 품질 계수(Q): 인덕터의 효율성을 나타내는 지표로, 전력 손실이 적을수록 품질 계수가 높습니다. 고주파 회로에서는 높은 Q 값을 가진 인덕터가 선호됩니다.

4. 사례

인덕터의 활용 사례는 일상에서도 쉽게 찾아볼 수 있습니다.

• 스마트폰 및 컴퓨터의 전원 관리 모듈(Power Management Module): 인덕터가 DC-DC 컨버터에 포함되어 있어 배터리 전압을 적절한 수준으로 변환하고 안정화합니다.
• 자동차 전자 시스템: 전기 자동차의 충전 시스템, 전자제어 장치(ECU) 등 다양한 부분에서 인덕터가 전원 관리를 위해 사용됩니다.
• 오디오 필터 회로: 오디오 시스템에서 인덕터는 노이즈를 제거하고 특정 주파수 대역만 통과하도록 하는 필터로 사용됩니다.
• 무선 충전기: 전자기 유도 원리를 이용해 인덕터 코일을 통해 무선으로 에너지를 전송합니다. 송신과 수신 양쪽에 인덕터가 있어 에너지를 자기장으로 변환하고, 다시 전기로 변환하는 역할을 합니다.

이처럼 인덕터는 전기 회로의 안정성 및 필터링에서부터 에너지 저장, 무선 통신에 이르기까지 다양한 응용 분야에서 중요한 역할을 담당하고 있습니다.

 

하드웨어 설계를 진행하면서 EMI에 대해 민감하게 되는데 인덕터를 잘 이용하여 디버깅을 하면 품질 확보 및 인증 시에도 유리하게 대응할 수 있습니다.