2. 파워 회로용 콘덴서, 코일의 실용지식 전자공학 2005/06/23 18:18

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고효율 전력변환에 반드시 필요한 에너지 저장고

2. 파워 회로용 콘덴서, 코일의 실용지식

코일과 콘덴서는 파워 일렉트로닉스에 필수

파워 일렉트로닉스는 큰 전력을 다루는 회로 또는 장치이 다. 이러한 회로에서는 큰 전압이 발생하고 있어 큰전류가 흐르고 있다. 그 속에 손실을 발생시키는 회로소자가 있으면 소자가 발열할 뿐만 아니라 에너지를 낭비하게 된다. 때문에 파워 일렉트로닉스의 세계에서는 제어회로를 제외하고 손실 이 발생하는 회로소자를 사용해서는 안된다.트랜지스터와 같은 반도체는 손실을 감소시키기 위해 스위 칭시켜 사용한다. 수동 회로소자에 있어서도 상황은 변함없 으며 손실이 발생하는 회로소자는 싫어한다. 그래서 원리적 으로 손실이 발생하지 않는 코일이나 콘덴서가 파워 일렉트 로닉스의 세계에서 사용되는 것은 필연적이라 할 수 있을 것 이다.여기서는, 파워 일렉트로닉스에서는 일반적인 존재이지만 매우 중요한 역할을 해내고 있는 코일과 콘덴서의동작 및 사 용방법을 해설한다. 이것을 기회로 아무쪼록 코일과 콘덴서 에 대해 깊이 알게되기 바란다.

콘덴서의 구조와 동작

1. 콘덴서의 구조(1) 콘덴서는 단순한 구조그림 1과 같이 콘덴서는 2장의 금속 사이에 절연재료(유전 체)가 끼워져 있을 뿐인 단순한 구조이다.

콘덴서의 기호는 콘덴서의 구조를 잘 표현하고 있다고 생각한다.세계적으로 보면 많은 종류의 콘덴서가 제조, 판매되고 있 다. 대체 무엇이 다른 것일까? 답은 간단하다. 끼워져 있는 절연재료가 다른 것뿐이다. ‘코일은 단순하고 쉬운 것’이라 생각하기 바란다.(2) 콘덴서의 특성은 절연재료로 결정된다항간에는 다양한 절연재료로 만들어진 콘덴서가 있다. 콘 덴서의 전극은 동박 등이기 때문에 재료로서는 그다지 변할 것 같지 않다.

그러나 광범위에 걸친 요건에 대응하기 위해 절연재료에 따라 다양한 특성이 실현되고 있다.콘덴서 재료의 종류가 많다는 것은 그 재료에 따라 특징이 다양하다는 뜻이다. 이것은 콘덴서의 용도가 일렉트로닉스 전반에 걸쳐있다는 것과 크게 관련이 있다. 반면에 범용적이 며 만능인 결정판이라 할 수 있는 콘덴서재료는 존재하지 않 는다고도 할 수 있다.즉, 콘덴서의 특성은 재료에서 결정된다고 생각해도 될 것 이다. 콘덴서 메이커는 우수한 콘덴서용 재료를 개발하기 위 해 끊임없이 노력하고 있다.

2. 콘덴서의 동작(1) 콘덴서는 전기 세계의 댐콘덴서의 기능을 얘기할 때, 댐의 이미지를 떠올릴 수 있 다. 냇물을 막아 물을 가득 채운 댐을 상상하기 바란다. 여기 에서는 댐의 물의 흐름과 수위에 주목한다. 댐은 다음과 같이 움직일 것이다.상류에서 흘러내리는 물에 의해 댐의 수위가 올라가고 댐 에서 물을 방류함으로써 수위가 내려간다. 유입되는물의 양 이 방류하는 물의 양보다 많으면 댐의 수위는 올라가고 반대 로 유입되는 물의 양이 방류하는 물의 양보다 적으면 댐의 수 위는 내려가는 것이다.댐이 크고 또 수위가 높을수록 많은 물이 고이게 된다. 즉, 축적되는 에너지가 크다.같은 양으로 유입되는 물이나 방류하는 흐름의 변화에 있 어서도 댐이 클수록 수위는 완만해질 것이다.

(2) 물은 전류, 수위는 전압, 크기는 용량

여기에서는 댐의 예를 콘덴서로 바꿔 생각해본다. 유입되 는 물이나 방류하는 물은 콘덴서에 흐르는 전류, 수위는 콘덴 서 양단의 전압, 댐의 크기는 콘덴서의 용량에 해당한다. 콘덴서에 충전전류가 흐르면 콘덴서의 양단 전압은 상승하 고, 반대로 방전전류가 흐르면 콘덴서의 양단 전압은 하강한 다. 같은 충전전류와 방전전류라도 콘덴서의 용량이 클수록 전압의 변화는 서서히 상승 및 하강한다. 충전된 전류가 모두 방전했을 때, 콘덴서 양단의 전압은 제로로 된다.콘덴서 양단의 전압을 상승시키는 것이 충전전류, 감소시 키는 것이 방전전류라 생각하면 알기 쉬울 것이다.(3) 콘덴서에는 상류와 하류의 구별이 없다댐과 콘덴서의 차이를 기술해 둔다. 댐의 경우를 보면 상류 (물이 유입되는 방향)와 하류(물을 방류하는 방향)가 있다. 극성이 있는 직류 용도의 콘덴서에서는 이러한 이미지도 상 관없다.그러나 교류 용도에서는 상류와 하류의 구별이 없다. 방전전류에 의해 콘덴서 전압이 감소되어 0V로 되더라도다시 방 전전류가 흐르면 콘덴서에는 역 방향으로 전압이 발생하여 증가한다. 즉, 방전전류도 계속해서 흐르면역 방향 충전전류 로 되는 것이다.때문에 그림 3과 같이 측정 시의 형편에 따라 콘덴서의 전 압이 증가하는 방향으로 보이는 전류를 충전전류,감소하는 방향으로 보이는 전류를 방전전류라 보면 될 것이다.

코일의 구조와 동작

1. 코일의 생명은 코어 재료

코일도 콘덴서에 뒤지지 않을 정도로 단순한 구조이다. 사 진 1을 살펴보자.코어라 불리는 자성재료(자성체)에 동선을 권선하는 것뿐 인 단순한 형태이다. 그 중에는 코어가 없는 코일, 동선만 감 은 이른바 공심 코일도 있다.세상에는 콘덴서의 종류에 지지 않을 정도의 수많은 종류 의 코일이 넘쳐나고 있다. 대체 어떤 점이 다른 것일까? 설마 동선 대신 은으로 된 전선을 감고 있는 것은 아닐까.답은 코어이다. 속에 끼우는 절연재료에 따라 콘덴서의 종 류가 다양해지는 것과 마찬가지로, 코어에 사용되고있는 자 성재료가 다른 것이다. 이것도 용도나 목적에 따라 진보된 결 과, 다양한 특징의 자성재료가 탄생되었다.

2. 코일의 동작(1) 코일은 팽이의 이미지이다.그림 4와 같이 크고 무거우며 세차게 돌아가는 팽이를 떠 올리기 바란다.

팽이의 크기나 무게를 코일의 인덕턴스, 팽이가 돌아가는 힘, 즉 팽이가 돌아가는 속도를 코일에 흐르는 전류라 생각하 면 코일의 성질을 이해할 수 있다.(2) 코일의 중요한 3가지 성질1) 코일 전류는 급격히 증가하지 않는다…팽이는 돌리기 어렵다팽이를 돌려보자. 돌기 시작할 때는 세차게 돌지 않는다. 크고 무거운 팽이일수록 처음에는 돌리기 힘들다. 팽이에 끈 을 감고 큰 힘을 들여 돌려본 경험이 있을 것이다. 코일의 전류도 실은 같은 현상이다. 코일에 전압을걸면 전 류는 서서히 흐르기 시작한다. 결코 급격한 전류변화는 일어 나지 않는다. 물론 코일에 인가되는 전압이 클수록 전류의 변 화도 커지지만 전류가 흐르기 시작하는 것은 반드시 0A부터 이다. 인덕턴스가 큰 값의 코일일수록 이 현상은 현저하다. ‘코일 전류는 급격히 증가하지 않는다’이것이 코일의 첫 번째 중요한 성질이다.2) 코일 전류는 지속된다…팽이는 계속 돈다쉽게 돌지 않는 것이 팽이이지만 일단 세차게 돌기 시작하 면 얼마동안 정지된 것처럼 계속 돌아간다. 이것은회전하는 운동 에너지가 저장되어 있는 상태이다.코일의 전류도 마찬가지로 전류가 흐르고 있는 코일의 양 단을 쇼트할 경우, 코일 내부에서는 전류가 계속 흐른다. ‘코일의 전류는 지속된다’이것이 코일의 두 번째 중요한 성질이다.3) 코일 전류는 급격히 감소하지 않는다…팽이는 쉽게 정 지되지 않는다이번에는 세차게 돌고 있는 팽이를 정지시켜 보자. 언뜻 보 기에 정지되어 있는 것처럼 보이지만 간단하게 정지되지는 않는다. 큰 운동 에너지를 갖고 있기 때문이다. 옛날에 돌고 있는 팽이를 정지시키려고 했을 때 손에서 팽이가 세차게 튀 어나갔던 경험이 있다.코일의 전류를 급격히 감소시키는 것도 곤란하다. 예를 들 어 무리하게 반도체 스위치 등으로 코일의 전류를차단하면 이른바‘역기전력’이라 불리는 큰 전압이 발생한다.이것은 코일의 전류가 계속 흐르려고 하는 결과에서 발생 하는 현상이다. 팽이를 정지시키려고 했을 때 갑자기튀어나 간 현상과 같은 것이다.‘코일 전류는 급격하게 감소하지 않는다’이것이 코일의 세 번째 중요한 성질이다.

3. 코일은 노이즈를 감소시키지만 노이즈원도 된다(1) 코일은 노이즈를 감소시킨다코일 전류가 급격히 증가하지 않는 제1의 성질은 노이즈 대책에 이용되고 있다. 스파이크성 노이즈와 같은 급

격한 전 압이 인가되어도 전류는 서서히 변화되므로 노이즈 저감효과 가 기대된다.실제 그러한 목적으로 몇 가지 노이즈 대책 부품이 제품화 (사진 2)되고 있다.

(2) 코일은 노이즈원도 된다코일이 좋은 것만은 아니다. 코일에 흐르고 있는 전류를 반 도체 스위치 등으로 차단해도 제3의 성질에 의해코일 전류는 급격히 감소되지 않고 계속 흐르려고 한다. 그 결과, 역기전 력이 발생하는 경우가 있다.고속으로 동작하는 로직 회로를 생각해보면, 출력 핀이나 전원 핀에 접속되어 있는 프린트 기판의 패턴이 코일로서의 기능을 담당하여 로직 IC의 출력 파형에 사진 3과 같은 큰 오 버슈트나 언더슈트를 발생시키는 경우가있다.

이것은 노이즈가 발생하고 있는 것으로 간주할 수 있다. 코일은 노이즈를 발생시키는 것이다.

코일과 콘덴서는 에너지 저장고

1. 콘덴서는 전압으로 에너지를 저장한다그림 2에 나타난 댐의 비유에서 알 수 있는 바와 같이, 콘 덴서는 에너지를 저장할 수 있다.에너지의 근원은 콘덴서에 유입되는 충전전류이다. 충전 전류가 흐르는 콘덴서의 전압은 상승한다. 충전전류가 제로 로 되어 콘덴서 전압이 변화되지 않으면 그 상태에서는 콘덴 서에 에너지를 저장할 수 있게 된다.에너지의 양 EC는 콘덴서의 용량 C나 콘덴서 전압 V의 크 기에 비례하여 커질 것이다. 고금의 연구에서 나온수식으로 나타내면 다음과 같다.

EC＝CV2 /2 ------------------------------------------(1)

이에 착안하여 콘덴서에 전기 상태에서 에너지를 저장하려 는 연구가 시행되고 있다.(9) 대형 트럭도 콘덴서로움직이는 시대가 도래했다. 또한 콘덴서에 많은 전기를 저장하려는 시 도도 시행되어 이미 니켈 수소축전지와동등한 성능을 가진 콘덴서도 발표(10), (11)되고 있다. 앞으로 더욱 더 발전될 미래 가 기대되는 바이다.

2. 코일은 전류로 에너지를 저장한다그림 5와 같이 코일의 전류가 계속 흐르는 성질은 코일에 에너지가 보존된다는 것을 나타내고 있다.

팽이의 운동 에너지와 같은 것이다. 이 성질을 이용하면 축전도 가능할 것이 다. 에너지의 바탕은 코일에 인가되는 전압이다.코일에 전압을 인가하여 전류가 흐르고 있는 상태를 상정 해 보기로 한다. 코일에 전류가 흐르고 있으면 에너지를 저장 하게 된다.에너지의 양 EL은 코일의 인덕턴스 L이나 코일의 전류 i의 크기에 비례하여 커지게 될 것이다. 이것도 고금의연구에서 나온 수식으로 나타내면 다음과 같다.

EL＝Li2/2 -------------------------------------------(2)

현실적으로는 코어에 감긴 전선에 저항성분이 있으므로 장 시간에 걸쳐 전류를 계속 흘리면 에너지는 전선 자체의 저항 으로 소비되어 얼마 되지 않아 없어진다. 세차게 돌고 있는 팽이도 얼마 되지 않아 넘어져 정지되는것과 마찬가지다. 그 래서 전선의 전기저항이 0Ω으로 되도록 하여 전선에서 에너 지를 소비하지 않도록 한 초전도 코일 연구가 진행되고 있다. 현재는 의료용 MRI나 핵 융합로(爐) 등의 용도에서 강한 자 장을 얻기 위해이용되고 있다.

이상적인 콘덴서는 존재하지 않는다

1. 콘덴서에 큰 전류가 흐르면 뜨거워진다현실의 콘덴서에는 유감스럽게도 용량 이외의 요소도 부속 되어 있다. 그것을 포함한 콘덴서의 등가회로는 일반적으로 그림 6과 같이 된다고 알려져 있다.

이것을 보면 알 수 있듯이, RESR과 LESL이라는 2가지 성분 이 포함되어 있다는 것을 알 수 있다. RESR은 등가 직렬저항 ESR(Equivalent Series Resistance)이라 부르고 있다.RESR은 여러 가지 문제를 일으킨다. 파워 일렉트로닉스 용 도에서는 콘덴서에 큰 전류를 흘린다. 저항이 있으면 당연히 발열한다. RESR의 값은 콘덴서 종류나 용량에 따라 변하고 있 다. RESR은 이른바 콘덴서의 기본성능이라고도 할 수 있으므 로 지금도 콘덴서 메이커는 저감을 위해 계속 노력하고 있다.그림 6에 나타난 인덕턴스 성분 LESL은 등가 직렬 인덕턴스 ESL(Equivalent Series Inductance)이라 부르고있다. 스 위칭 주파수가 300kHz 정도인 현재 상황에서는 거의 문제되 지 않지만 스위칭 주파수의 고주파화와함께 무시할 수 없게 될 것이다.

2. 코일에 큰 전류가 흐르면 뜨거워진다코일의 등가회로를 그림 7에 나타낸다.

RC는 코일의 권선 저항, RF는 코어의 손실성분이다. 코어의 권선저항에 의한 에 너지의 손실은 동손, 코어의손실은 철손이라 부른다. 저항성 분이 있는 코일에 큰 전류를 흘리면 당연히 발열된다.곤란하게도 전류의 주파수가 높아지면 철손은 증가한다. 그림 7에 나타난 콘덴서 C는 그러한 의미에서 그린것이다. 또 전류의 주파수가 높아지면 동선에는 표피효과가 일어나 동손도 증가한다. 동손과 철손은 코일의 기본성능이라 할 수 있을 것이다.

3. 코어의 갭에서는 누설 자속코일의 코어에 대부분의 경우, 갭이라 불리는 공극이 있다. 이것은 코일이 일정한 특성을 얻기 위해 필요한 것이다.반면에 갭에서는 자속이 누설되는, 이른바 누설자속이 발 생하여 문제되는 경우가 있다. 그림 8에 나타난 트로이덜 코 어의 코일에서는 일반적으로 전선의 권선 시작과 권선 종료 방향으로 갭의 위치가 제시되고 있기 때문에 그 점에 주의하 여 실장한다.

이상으로 코일과 콘덴서의 개요를 정리하면 표 1과 같다.

콘덴서의 카탈로그를 살펴보자

실제 콘덴서의 카탈로그를 살펴본다. 주의해야 할 점은 사용 온도범위와 정격전압이다.

1. 사용할 수 있는 온도범위가 있다콘덴서를 실제로 사용할 때 잊지 말아야 할 점은, 콘덴서에 는 사용할 수 있는 범위의 온도가 있다는 것이다.그림 9와 같이‘카테고리 온도범위’등으로 기재되어 있다.

사용 온도 범위는 콘덴서의 종류에 따라 다르다. 주요 콘덴서의 사용 온 도범위는 대체적으로 표 2와 같이 될것이다.

단, 어떠한 일이든 예외는 있으므로 사용하기 전에 반드시 메이커의 데이 터 북을 살펴보도록 한다.사용하는 온도, 수명, 고장률 사이에는 강한 상관관계가 있 다. 이것은 고온에서 사용하면 수명이 다 되어 고장나기 쉽다 는 점이다.같은 온도에서 사용하더라도 사용할 수 있는 최고온도가 높은 콘덴서를 선택하면 고장률을 감소시킬 수 있다.이 방법 은 특히 전해 콘덴서에서 유효하다.

2. 사용한도의 전압이 있다또 하나, 콘덴서를 실제로 사용할 때 잊지 말아야 할 점은 콘덴서 양단의 전압에 인가되는 한도값인 정격전압이다. 이 정격전압 이상의 전압에서는 절대 사용하지 않도록 한다. 정격전압의 규정을 보다 엄밀하게 기록해두자. 정격전압은 사용할 수 있는 최고온도가 결정되어 있지만 직류 용도와 교 류 용도에서는 약간 다르다.

직류 용도에서는‘연속적으로 인가되는 직류전압＋직류전 압에 중첩되고 있는 교류전압의 피크 최대값’을 정격전압으로 하고 있다. 한편, 교류 용도에서는‘연속적으로 인가되는 교류의 실효 값의 최대값’이다. 그림 9와 같이 메이커의 카탈로그에 정격 전압이‘VDC’라 기재되어 있으면 직류용도의, ‘VAC’라 기재 되어 있으면 교류 용도의 규정이 적용된다.교류 용도란, 콘덴서 전압의 극성이 변하는 경우를 의미하 고 있다. 콘덴서에 큰 직류전압이 인가된 상태에서교류전압 이 중첩되는 사용방법은 직류 용도이다.

3. 중요한 파라미터(1) 정격전압과 허용전류파워를 다루는 콘덴서는 OP 앰프 등의 아날로그 회로나 CPU 등의 디지털 회로에 비하면 정격전압이 높아질수밖에 없다.흐르는 허용전류가 충분히 큰 것이어야 할 필요도 있다. 콘 덴서의 허용전류는 동작시키는 주파수에 따라서도변한다. 그림 10(a)와 같이, 일반적으로 주파수가 높을수록 큰 전류 가 흐르는 경향이 있다.

(2) ESR이 낮아야 하는 점도 중요하다파워를 다루는 회로에서 콘덴서의 발열 원인인 ESR은 큰 의미를 가진다. ESR은 가급적 낮은 값이 바람직하다. 또 ESR은 메이커의 카탈로그에 기재되어 있는 경우[그림 10(b)]도 있지만 기재되지 않은 경우도 많을 것이다. 그러한 경우에는 LCR 미터 등으로 측정해둔다. 사진 4는 1.5 콘 덴서의 ESR을 측정하고 있는 장면이다.

코일의 카탈로그를 살펴보자

1. 한순간이라도 초과해서는 안되는 한도값‘정격전류’이번에는 코일의 카탈로그를 살펴보자. 주목해야 할 포인 트는 그림 11에 나타난 코일에 흐르는 전류의 한도값인 정격 전류이다.

정격전류 이상의 전류에서는 코어 내부에서 자속포화라 불 리는 현상이 일부에서 일어나 코일의 인덕턴스가급속히 저 감된다.또 전류가 증가하면 완전한 자속포화로 되어 인덕턴스가 대폭 저감되고 코어가 없는 상태, 즉 공심 코일과 같은 상태 로 되어 큰 전류가 흐른다. 이것이 포화전류이다.인덕턴스가 약간 저감되어도 코일 자체가 파손되는 경우 는 적을 것이다. 그러나 인덕턴스가 대폭 저감되면 회로 속 의 파워 반도체에 과대한 전류가 흘러 결국에는 반도체가 파손된다. 정격전류는 절대로 준수해야 할 값이라 이해하기 바란다.정격전류는 실효값을 나타내고 있지 않다. 일순간이라도 이 값을 초과해서는 안된다.

2. 직류 용도에서는 직류 중첩특성에도 주목그림 12와 같이 일반적으로 코일에 직류전류가 흐르면 인 덕턴스가 저하되는 현상이 발생한다.

특히 정류회로 등 교류전류 뿐만 아니라 직류전류가 함께 흐르는 회로에서는 이러 한 저하의 정도를 나타내는직류 중첩특성을 확인한다.이러한 용도에서는 직류전류와 교류전류의 합이 정격전류 를 초과하지 않도록 해야 한다. 직류전류라 기록했지만 서서 히 변화되는 전류는 직류전류와 등가라 보기 바란다.다음달 제7장 등에서 만드는 파워 컨트롤러와 같이 출력 주파수와 스위칭 주파수가 함께 존재하는 용도에서는출력전 류를 직류전류로 보고 정격전류나 직류 중첩특성을 고려해야 한다.

다양한 파워 일렉트로닉스용 콘덴서

1. 직류 용도에는 전해 콘덴서정류회로 등 직류 용도의 회로에서 많이 사용되고 있는 것 은 사진 5에 나타난 전해 콘덴서이다.

이것은 다음과 같은 특징이 있다..＋와 －의 극성이 있다.용량이 온도특성을 가진다.대형에서 대용량, 저압에서 고압까지 라인업되고 있다..수명이 있어 사용온도와 전류에 따라 변한다. 외형이 클수록 정격전압과 용량이 커지는 경향이다. 종류 가 매우 많으므로 다음과 같이 용도에 따라 구분하여 사용하 면 될 것이다..상용주파수에서 대전류의 정류회로용.100kHz 정도까지의 일반 회로용.100kHz 이상의 고주파 회로용

2. 직류회로에서는 OS 콘덴서, 도전성 고분자 전해콘덴서도 유력하다직류 용도의 회로, 소형 전해 콘덴서에서 ESR이 과대하여 성능 면에서 불만인 경우는,.유기반도체 알루미늄 고체 전해 콘덴서. 통칭 OS 콘덴서 [사진 6(a)]

.도전성 고분자 전해 콘덴서[사진 6(b)]등을 사용하면 될 것이다. OS 콘덴서나 도전성 고분자 전해 콘덴서도 고체 전해질을 사용하고 있으므로 다음

과 같은 비슷한 특징이 있다. .저ESR이다.용량이 온도변화에 대해 안정적이다.허용전류가 크다.현재 상황에서는 30V 이하의 저압 용도이다.수명이 길다도전성 고분자 전해 콘덴서 쪽이 나중에 개발되었으므로 OS 콘덴서보다 우수한 특성을 갖고 있다.

3. 교류 용도에는 폴리프로필렌 필름 콘덴서교류를 다루는 회로에는 극성이 있는 콘덴서를 사용할 수 없다. 주로 사용하는 것은 폴리프로필렌 필름 콘덴서(사진 7)이다.

.＋와 －의 극성이 없다

.저ESR이다

.용량은 고온 대역에서 다소 변화된다

.허용전류가 크다

.1kV 이상의 고압 제품도 라인업되어 있다

.수명이 길다라는 특징이 있다. 교류 회로의 용도뿐만 아니라 직류 용도의 회로에도 충분히 사용할 수 있다.

4. 대용량 세라믹 콘덴서도 사용할 수 있다용량이 큰 적층 세라믹 콘덴서(사진 8)도 파워 일렉트로닉스 용도에 사용되고 있다.

.＋와 －의 극성이 없다

.용량이 인가되는 직류전압에 따라 변화된다

.저ESR이다

.허용전류가 크다

.용량이 온도특성을 가진다등의 특징이 있어 소형 DC-DC 컨버터 등에 자주 사용되 고 있다. 대형 칩 타입의 적층 세라믹 콘덴서는 열적스트레 스로 크랙 등이 들어가기 쉬워 주의해야 한다.

다양한 파워 일렉트로닉스용 코일

1. 인덕턴스의 정밀도는 좋지 않다파워 일렉트로닉스용 코일의 인덕턴스 정밀도는 별로 좋지 않다. 적어도 인덕턴스 정밀도가 ±1% 이내라는 것은 있을 수 없는 일이다.이것은 분산이 적고 안정적인 코어의 재료를 얻는 것이 현 실적으로 어렵다는 점을 의미한다. 그렇다고 해서파워 일렉 트로닉스 용도의 코일을 사용할 수 없다는 것은 아니다. 파워 일렉트로닉스의 용도에서는 정밀한 인덕턴스값이 요구되지 않는 것이다.(1) 코일은 특수 주문할 수 있다코일은 단순한 구조이므로 특수 주문하여 제작할 수 있다. 정격전류 인덕턴스는 필수적이지만, 용도나 사용하는 주파수 등을 코일 메이커에게 제시하면 코일을 제작해 준다.

2. 상용주파수에서는 규소강판의 코일철을 얇게 압연한 규소강판이라 불리는 박판을 자성재료로 사용한 코일이다. 압연 시, 내부결정의 자화방향을갖추어 자 성재료로서의 특성을 향상시킨 것이 일반적이며 다음과 같은 특징이 있다..박판을 가공하면 되므로 형상이 다양하다.인덕턴스나 전류용량에 설계 자유도가 크다.50Hz, 60Hz라는 상용 전원주파수 근처에서 사용된다최근에는 사진 9와 같은 코일이 전원 고주파 대책용으로서 기기의 상용전원 입력 측에 많이 사용되고 있다.

3. DC-DC 컨버터에는 더스트 코어의 코일입자상의 자성재료를 굳혀서 만들며 더스트 코어라 불리는 코어를 사용한 코일(사진 10)이다.

그 중에서도 센더스트는 유명하다. 다음과 같은 특징이 있다..대부분이 트로이덜 코어에 동선을 감은 구조이다.보통 코어에 갭은 없다.흐르는 전류에 의해 인덕턴스가 변화되기 쉽다.Ni을 포함하지 않으므로 가격이 저렴하다.사용 가능한 주파수는 200kHz 정도까지이다DC-DC 컨버터나 스위칭 레귤레이터의 2차 측 평활용에 많이 사용되고 있다.

4. 범용 용도에는 페라이트 코어의 코일코어재로서 페라이트를 사용한 코일(사진 11)이다.

사용하는 페라이트의 재료에 따라 특성이 결정된다. 주류를 이루고 있는 것은 망간아연(Mn-Zn)계와 니켈아연(Ni-Zn)계이다.특징으로는 전류에 의한 인덕턴스의 변화가 비교적 적다는 것을 들 수 있다. 알고 있는 것만 해도 많은 종류와수가 유통 되고 있으므로 구하기 쉽다는 것도 특징으로 들 수 있을 것이 다. 또한 Mn-Zn계는,.크기에 대해 높은 인덕턴스

.사용 가능한 주파수는 500kHz 정도까지이다Ni-Zn계는,.인덕턴스는 같은 크기의 Mn-Zn계의 1/10 정도이다.사용 가능한 주파수는 10MHz 정도까지이다등의 특징이 있다.

5. 높은 주파수에서는 어모퍼스 코어의 모듈더스트 코어의 성능이 어딘가 불만스러운 사람에게는 새로운 자성재료 어모퍼스 코어를 사용한 코일(사진 12)을 권장 한다.

.크기에 대해서도 높은 인덕턴스

.갭이 없는 코어도 있다(누설자속이 적다)

.사용 가능한 주파수는 1MHz 정도까지이다등의 특징이 있다. 개인적으로는 실장 시 트러블이 적은, 갭이 없는 코어를 사용한 코일을 추천한다.

6. 하이 플럭스 코어를 사용한 새로운 코일이것도 새로운 코어를 사용한 코일(사진 1)이다.

코일을 소형화할 목적으로 개발됐다고 할 수 있다.자속포화가 어렵고 직류중첩도 크게 잡힌다.페라이트 코어의 코일보다 소형이다.인덕턴스가 온도에 대해 안정적이다

.사용 가능한 주파수는 500kHz 정도까지이다등의 특징이 있다. 주요 용도는 PFC(Power Factor Correction) 회로라 생각된다.

풀 브리지 회로에서의 코일, 콘덴서 선택 방법

1. 평활회로에서의 코일, 콘덴서 동작제1장에서는 코일과 콘덴서로 구성된 LC LPF로 스위칭 출력회로에서 출력되는 펄스 신호를 평활하는 실험을실행했 다. 여기서는 그림 13에 나타난 풀 브리지 회로에서 코일이나 콘덴서가 어떻게 동작하고 있는가를 설명한다.

풀 브리지 회로의 상세한 내용은 제5장을 참조하기 바란다.그림 13에서 코일과 콘덴서가 구성하는 LPF는 평활회로 등으로도 불리며 PWM된 펄스를 평균화하여 소정의전압을 얻는 것이 목적이다. 바꿔 말하면, PWM되어 있는 펄스를 평 활회로에서 복조하고 있다고 생각해도 되는 것이다. 일부러 변조를 걸어 펄스로 하고 있는 것은 전력의 변환효율을 올리 기 위해서였을 것이다.지금까지의 지식을 바탕으로 코일이나 콘덴서는 어떠한 점 을 고려해야 하는가에 대해 고찰해 보기로 한다.

2. 코일은 정격전류 이하에서 사용한다코일에 정격전류 이상의 전류를 흘려서는 안된다. 예를 들 어 제6장에서 설계하는 파워 컨트롤러는 출력전류가 최대 3ARMS이므로 코일에 흐르는 최대 전류는 3A가 아니라 3× 2 인 4.24Apeak이다. 이 출력전류를 직류전류와 등가라 보아야 한다는 것은 이미 기술했다.또한 교류전류 성분, 즉 스위칭 주파수의 전류가 이 전류 에 가해지면 코일은 정격전류 5A 정도의 타입에서 선정될 것이다.

3. 콘덴서는 내압정격 이하에서 사용한다전술한 바와 같이 이것도 절대적이다. 마찬가지로 제6장에 서 설계하는 파워 컨트롤러 출력전압의 최대값은30VRMS이 다. 콘덴서에 인가되는 최대 전압은 30V가 아니라 30× 2인 42.4Vpeak이므로 콘덴서의 교류 정격전압은 최저 35VRMS 이상 이 필요하다. 콘덴서의 정격전압이 직류로 규정되어 있는 타 입이라면 내압은 최저50V, 현실적으로는 63V 이상이 필요 하다.콘덴서의 교류 정격전압은 125VRMS 이하가 일반적이기 때 문에, 이 경우에는 직류에서 정격전압을 규정하고있는 교류 용도의 콘덴서 중에서 폴리프로필렌 콘덴서를 선정하게 될 것이다.