인덕터는 엄밀히 따지면 코일 Coil 이다.
다만, Coil 의 역할이 전자/기계 공학적으로 너무나 많기 때문에
전자회로에서 사용되는 Coil 소자는 인덕터 inductor 라고 Specific하게 이름을 붙였을 뿐이다.
전자회로에서 사용되는 Coil은 일반 inductor를 비롯하여, Bead, Choke filter, Transformer 정도가 있다.
전부 inductor라고 불러도 무방하나,
가능하면 사용하는 역할에 맞춰 이름을 불러주는 것이 관리하기에도 타 엔지니어와 소통하기에도 좋다.
오늘은 수많은 다른 종류의 inductor는 잠시 잊고,
우리가 일반적으로 부르는 기본 인덕터의 역할을 실제 활용에 초점을 두어 간단히 살펴보고자 한다.
인덕터를 정의할 수 있는 표현은 수많이 있겠으나, 오늘은 대표적으로 아래 한 문장으로 표현하고자 한다.
"인덕터는 전류의 변화를 억제한다."
커패시터는 고주파를 통과하고 저주파를 차단하는 특징을 기억하는가.
혹시 모르겠다면, 이전에 한번 정리했던 아래 커패시터의 역할 포스트를 참고바란다.
02. 커패시터의 역할
Capacitor커패시터는 저항 못지않게 매우 기본이 되는 수동소자이다. Condenser콘덴서라는 말과 Capacitor커패시터라는 말이 혼용되서 사용되나, 사실 둘 다 정확히 같은 의미를 지니고 있기 때문에 어
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인덕터는 커패시터와 반대의 경향을 보인다.
전류의 변화를 억제하므로,
전류의 변화가 극심한 고주파를 차단하고 상대적으로 변화가 없는 저주파를 통과시키는 특징이 있다.
이 말은 또 이렇게 표현할 수도 있다.
"AC는 차단하고, DC는 통과시킨다."
따라서 AC Noise를 차단하고, DC input만 받아들이고 싶을 때 아래와 같이 회로를 구성할 수 있다.
실무에서는 아마 아래와 같은 형태로 구성된 Filter 회로를 많이 보게 될 것이다.
생긴 모양 때문에 ∏(pi) filter라고도 불리는데,
자동차 공학에서는 Aux Power(12V)를 받는 전원회로에 대부분 Pi filter를 적용한다.
그런데 커패시터가 달려있는 모습을 보니, 커패시터 포스팅에서 설명한 RC filter가 떠오른다.
RC filter와 LC filter는 어떤 차이점이 있을까?
결국 같은 AC Noise 차단 회로(고주파차단, Low Pass Filter)의 특성을 보이나,
LC filter의 경우 RC filter보다 고주파 차단율이 더 좋겠네요.
왜냐,
Capacitor를 통해 고주파를 GND로 빼줌과 동시에 inductor 또한 나름대로 고주파를 차단하기 때문이다.
실제 bode plot을 그려보면 기울기가 2배정도 차이가 나는 것을 볼 수 있다.
(LC filter 기울기가 2배 더 가파르다.)
혹시 조금 머리가 아파지려고 한다면...
우선 LC filter가 고주파 차단특성이 더 좋다고만 기억해도 좋다.
차단특성이 더 좋다면 LC filter가 더 많이 쓰일 것 같지만,
실무에서는 비교할 수 없을 만큼 RC filter가 훨씬 많이 사용된다.
이유는 다양하겠으나,
inductor 사용에 대한 부담 때문이라고 생각하면 되겠다.
우선 인덕터는 Coil로 구성되다보니
기본적으로 R(저항),C(커패시터)에 비해 부피가 크고, 비싸다...
심지어 Switching회로 옆에 붙어있으면 자체적으로 Switching noise를 만들기도 한다.
그리고, 구조상 코일이 외부로 노출되어있는 경우 EMI noise가 발생한다.
그래서 Low pass filter(고주파 차단) 구성을 위해 LC filter보단 저항을 활용한 RC filter를 많이 사용한다.
LC filter 만큼 고주파 차단특성을 높이려면 차라리 RC filter를 몇개 더 연결하여 2차, 3차 filter를 구성해버린다.
이렇게 해도 inductor 1개를 사용하는 것보다 가격은 더 싸다!
그럼에도 불구하고 RC filter대신에 꼭 LC filter를 쓰는 경우가 있다.
대전류가 흐르는 Path의 경우,
RC filter를 적용한답시고 Path에 직렬로 저항(R)을 연결해버리면 에너지 손실 때문에 부담이 될 수 있다.
그리고 만약 그 회로가 시스템 구동과 관계없이 계속 연결되는 전원(상시전원) 회로라면 그 부담은 더 커질 것이다.
이런경우 DC저항값이 적은 inductor를 활용하여 Low Pass Filter를 구성하곤 한다.
inductor는 Noise 차단 외에도 보호회로 or 안정화회로 구성에도 많이 사용 된다.
아마 실무에서 Switch 옆(근처)에 inductor를 위치시키는 회로를 많이 보게 될 것이다.
Switch OFF로 전류가 갑자기 차단이 될 때는 원래 inductor에 흐르던 방향으로 전류가 흐르도록 전기가 유도되고,
Switch ON으로 전류가 갑자기 유입될 땐, 유입되는 전류의 반대방향으로 전기가 유도되는 특징을 이용하는 것이다.
이를테면 Buck Converter, Boost Converter와 같은 회로에서 inductor를 diode와 함께 사용하면,
출력전압이 Switch On-Off 반복에 따라 널뛰기를 하지 않고 일정하게 유지되도록 도와준다.
이것도 다른 관점으로 보면 출력의 고주파 특성을 차단하고,
저주파 특성만 통과시키는 Low Pass Filter와 같은 개념이라고 생각할 수 있겠다.
즉, 저주파만 통과시킨다는 말은 결국 출력을 안정화 시키는 것이라고도 표현할 수 있다.
오늘은 전자회로에서 inductor의 대표적인 사용만을 부각하여 정리해보았으나,
사실 inductor를 활용한 재미있는 회로들이 더 많다.
이 역시도 훗날에 기회와 시간과 여유가 된다면 정리해보겠다.
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