[전기회로] 인덕터의 역할 (LC 필터, 전원 안정화)

오늘은 인덕터의 역할에 대해서 알아보겠습니다.

 

전에 포스팅한 내용과 연결되는 부분이니, 아래 링크 확인하시면 더욱 도움 되실 겁니다 :)
 

[전자회로] 인덕터란? 인덕턴스란? 인덕터 공식, 인덕터 계산법

 
그럼 바로 가시죠!! 
 

※저항의 역할 한 방에 이해하기

[전기회로] 저항의 역할 (전류 제한, 전압 분배, Pull up, Pull down)

 

※커패시터의 역할 한 방에 이해하기

[전기회로] 커패시터의 역할 (바이패스, 벌크, 커플링, 디커플링 커패시터)

 

1. 인덕터의 역할

앞 서, 설명드린 것처럼 인덕터는 전류의 변화량에 비례해 전압을 유도하는 전기 부품이라고 말씀드렸습니다.
같은 말이지만, 실무상 표현으로 더욱 쉽게 설명드리자면,
'인덕터는 전류의 변화를 억제한다'라고 표현합니다.
 
전류의 변화를 억제하기 때문에, 전류의 변화가 심할수록 신호를 차단하고, 변화가 적을수록 통과시킵니다.
즉,  '고주파 성분(AC 성분)을 차단하고 저주파 성분(DC 성분)은 통과시킨다는 것입니다'
 
전공자 분들은 이미 눈치채셨겠지만, 이 특성은 커패시터와 반대입니다.
+) 잘 모르시겠다면, 아래 포스팅 참고 바랍니다 :)
 

[전자회로] 커패시터의 역할 (바이패스, 벌크, 커플링, 디커플링 커패시터)

 
이러한 인덕터의 특성을 활용하여 고주파인 AC Noise는 차단하고,
저주파인 DC 성분만 입력으로 받고 싶을 때 사용합니다. 
 
이 특성을 활용하여 실무에 가장 많이 사용되는 것이 바로
노이즈 차단 필터와 전원 안정화인데요,
하나씩 자세히 보겠습니다 :)

 

 

1) 노이즈 차단 필터란? (LC 필터)

 

 
위의 그림처럼 인덕터와 커패시터를 연결한 회로를 LC filter라고 합니다.
커패시터와 인덕터의 연결방식에 따라, 노이즈를 차단 주파수를 다르게 설계할 수 있습니다. 
* 커패시터 : 직류(DC) 성분은 차단하고 교류(AC) 성분은 통과시킨다.
* 인덕터 : 교류(AC) 성분은 차단하고 직류(DC) 성분은 통과시킨다.
 
① LPF(Low Pass Filter) : 고주파 대역은 차단하고 저주파 대역은 통과시킵니다.
인덕터를 통해 고주파 성분을 차단하고, 커패시터를 통해 고주파 성분을 GND로 빼줍니다.
→ 특정한 고주파 대역을 차단하고 싶을 때 사용
 
② HPF(High Pass Filter) : 저주파 대역은 차단하고 고주파 대역은 통과시킵니다.
커패시터를 통해 저주파 성분을 차단하고, 인덕터를 통해 저주파 성분을 GND로 빼줍니다.
→ 특정한 저주파 대역을 차단하고 싶을 때 사용
 
③ BPF(Band Pass Filter) : 저주파 성분과 고주파 대역을 차단하여 특정 주파수 대역만 통과시킵니다.
인덕터를 통해 고주파 성분을 차단하고 특정 저주파 성분을 통과시킵니다.
커패시터를 통해 저주파 성분을 차단하고 특정 고주파 성분을 통과시킵니다.
→ 특정한 대역만 통과시키고 싶을 때 사용
 
※노이즈 차단 필터로 LC filter가 많이 쓰일 것이라 생각하지만, 실제로 실무에서는 RC filter를 더 많이 사용합니다.
그 이유는, 단가가 저항에 비해 비싸기도 하고 PCB 실장 공간도 많이 차지하기 때문입니다.
하지만! 대전류가 흘러야 하는 경우, RC filter를 사용하게 되면 전력 손실이 커서 LC filter를 사용해야 할 때가 있습니다.
(똑같은 대전류가 흐를 때, 저항값이 클수록 전력이 높겠죠? 인덕터는 코일이라 DC 저항값이 작아 전력 손실이 덜합니다)
설계하는 시스템 상황에 맞게 선택해서 설계를 해야 합니다 :)
 

 

2) 전원 안정화

 

Buck Converter

 
인덕터는 노이즈 차단 필터 외에도 전원 안정화 회로로 많이 사용됩니다.
※나중에 전원부, 레귤레이터 관련해서 포스팅할 때 더 자세히 다루겠습니다. 지금은 간단히!
 
위의 그림처럼 Switch와 같이 인덕터를 연결시켜 많이 사용합니다. (Buck Converter, Boost Converter)
 
Switch가 ON/OFF 됨에 따라서, 인덕터의 역기전력 특성을 이용하여 출력 전압을 일정하게 유지할 수 있도록 안정화하는 방법입니다.
1) Switch ON : 순간적으로 인덕터에 전류가 흐르게 되고, 인덕터는 전류가 흐르는 반대방향으로 역기전력을 유도함
2) Switch OFF : 전류가 갑자기 차단이 되면, 인덕터는 전류가 차단되지 않게 원래 흐르던 전류의 방향으로 역기전력을 유도함
 
즉,  Switch가 ON/OFF를 빠른 속도로 반복할 때, 최대한 전류의 변화가 적게끔 인덕터가 역기전력을 일으켜 출력전압이 흔들리지 않게 안정화시켜줍니다. (인덕터는 전류의 변화를 싫어합니다.)
 

 

오늘은 인덕터가 실무에 어떤 식으로 활용되는지 알아봤습니다.
저는 실무 하면서 인덕터를 노이즈 차단 필터, 전원 안정화 역할로만 설계를 했었기 때문에, 제가 잘 알고 있는 두 가지 방식을 설명드렸습니다. 
제가 나중에 실무를 하면서 더욱 다양한 용도로 설계를 하게 된다면 공부해서 추가로 업데이트하겠습니다 :)
 
 
오늘도 좋은 하루 보내시고 항상 건강하세요 :)