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엔지니어 인터뷰

스위칭 전원에 최적인 콘덴서와 인덕터란?

각종 파워 인덕터의 특징

인덕터편 –제2장-

주목 키워드
  • 인덕터
  • 파워 인덕터
  • 권선 개자로 (開磁路)
  • 권선 폐자로 (閉磁路)
  • 적층
  • 드럼 슬리브
  • 슬리브리스
  • 인덕터 포화 특성

※본 기사는 태양유전 주식회사 이시하라씨의 인터뷰입니다.

-인덕터의 기초에 이어서, 파워 인덕터에는 어떤 종류가 있는지 알려주십시오.

인덕터는 종류와 구조가 매우 다양합니다. 그 중에서 파워 인덕터는, 권선 개자로 (開磁路 / open magnetic circuit) 타입, 권선 폐자로 (閉磁路 / closed magnetic circuit) 타입, 적층 타입이 있습니다. 하기 표는 각 타입의 특징에 대해 정리한 것입니다. 각 타입의 우열을 상대적으로 비교한 것이므로, 「×」는 「좋다고는 할 수 없다」는 정도로 인식하여 주십시오. 이 중, 개자로 타입은 DC 손실 Rdc가 커서 요즘 전원용으로는 그다지 사용되지 않으므로, 폐자로 타입과 적층 타입에 대해서만 설명하겠습니다.

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하기 그림을 통해, 2종류의 권선 폐자로 타입에 대해 설명하겠습니다. 하나는 「드럼 슬리브 구조」, 나머지 하나는「슬리브리스 구조」입니다.

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드럼 슬리브 구조는 코어에 선을 감아서 슬리브를 부착한 타입으로, 에어 갭을 지니고 있습니다. 코어 재료의 페라이트는 자속 포화점이 있습니다. 에어 갭은 자속을 누설하여 포화점을 높게함으로써 직류 중첩 특성을 조정하기 위해 사용됩니다.

슬리브리스 구조는 최근에 자주 사용되는 구조로, 코어에 선을 감고, 폐자로를 만들기 위해 페라이트 분말 또는 철 분말을 섞은 수지를 주변에 코팅한 타입입니다. 단, 드럼 슬리브 구조와 동일한 이유로 에어 갭이 필요합니다. 이 경우, 자성체를 둘러싼 수지가 에어 갭 역할을 합니다.

-슬리브리스가 자주 사용되는 이유는 무엇인가요?

몇가지 메리트가 있기 때문입니다. 이름 그대로 슬리브를 사용하지 않기 때문에, 코어 사이즈가 동일하면 소형화가 가능합니다. 또 한가지 중요한 것은, 드럼 슬리브보다 포화 특성이 완만하다는 점입니다. 이미 알고 계시겠지만, 페라이트의 포화 특성은 급격합니다. 포화점을 초과하면 인덕턴스가 급격하게 저하하므로, 전원 설계에서는 인덕터에 관한 주의 사항에도 포함되어 있습니다. 드럼 슬리브의 경우 설정한 에어 갭에 따른 포화점은 하나로, 그것을 초과하면 페라이트 재료에 의존하는 포화 특성이 됩니다. 즉, 기본적으로 급격하게 변합니다. 그에 반해 슬리브리스의 경우는, 수지에 섞인 자성체 (분말)까지의 갭이 다양한 거리가 되므로 포화점이 혼재하게 되어, 결과적으로 포화가 완만해집니다. 이를 나타낸 것이 위의 우측 그래프이며, 전원 회로에서는 환영받는 특성입니다.

-슬리브리스는 소형이고 포화가 완만하기 때문에 우수하군요.

그렇지만, 고려해야할 점도 있습니다. 간단히 말하면 슬리브가 없고 권선을 자성체 수지로 코팅만 한 상태이므로, 외부 스트레스 및 응력으로 인해 깨질 가능성이 있습니다. 이에 대한 대책으로서 당사에서는, 기존의 수지를 한층 더 경도가 높은 수지로 변경함으로써 강도를 높였습니다.

또한, 수지와 코어라는 다른 재료를 조합함으로써, 선팽창계수의 차이로 균열이 발생하는 경우가 있습니다. 이는, 수지의 선팽창계수를 가능한 페라이트에 맞춤으로써 대처하고 있습니다.

이러한 대책을 통해, 강도가 대폭 향상된 것은 사실이지만, 메이커에 따라 정도의 차이는 있을 것이라고 생각됩니다.

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-그럼, 적층 타입에 대해 설명하여 주십시오.

사실, 예전에는 적층 구조의 파워 인덕터는 있을 수 없다고 했었습니다. 전류를 조금 흘리는 것만으로도 순식간에 포화되고, 발열에 관해서도 과제가 있었습니다. 또한, 큰 인덕턴스를 얻는 것도 어려웠습니다.

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중첩 특성을 개선하기 위해서는, 자속의 회전 방법을 제어하여 자속이 집중되지 않도록 구조를 개선하거나, 에어 갭 구조를 적용함으로써 대처하였습니다. 또한, 발열에 관해서는 내부 전극을 두껍게 하여 저항치를 낮추는 등, 다양한 방법으로 개선하여 적층 타입을 전원 회로에 사용할 수 있도록 하였습니다.

특징으로는, 권선 구조에 비해 소형화가 가능합니다. 인덕턴스는 수 µH 정도까지이므로, MHz대의 발진 주파수가 높은 스위칭 전원에 적합합니다. 어플리케이션의 예로는 모바일기기 등이 있습니다.

※본 기사는 2016년 6월 시점의 내용입니다.

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