인덕터 와 비드 의 차이

Inductor & Ferrite Bead

 

주변 동료 엔지니어가 자주 묻곤 하는 질문 중 하나 입니다. 때론 경력이 없는 후배이거나 때론 경력이 있고, 실제로 회로설계를 하고 있는 현업의 엔지니어도 묻는 질문 중 하나 입니다. 그런데 본인도 딱히 와 닿게 설명을 하기가 어렵네요, 그래서 인터넷 검색을 해 봐도 도체 모르는 소리들만 늘어 놓습니다. 그래서 정리좀 해 보게 되네요~

 

이럴땐 옛날 얘기를 해 가면서 현재까지 어떻게 변해 왔는가를 설명하면서 보여주면 좀 이해가 될지 모릅니다. 아니 경험상 이건 이거다 라고 설명을 굳이 하지 않아도, 이해가 되는 경우를 봤습니다. 그래서 옛날 우리 선배들이 주로 사용하던 부품을 먼저 설명하고 사용방법을 먼저 설명하고, 현재 얼마나 변해 왔는지 보여드리면 자연스럽게 이해가 되지 않을까요?

 

인덕터와 비드 의 회로 설계툴(OrCad) 에서 보면 라이브러리가 동일하다. 아니 비슷하다. 물론 라이브러리를 그리는 사람의 의도대로 똑같이 그릴수도 있고, 다르게 그릴 수도 있는데, 왜 하필 인더터와 비드를 같은 L 로 표시 했을까? 를 생각해봐야 할 필요가 있다. 결론은 동일하다고 봐야 정신건강에 도움이 될듯 합니다.

 

회로툴 L 라이브러리		회로툴 Trans 라이브러리

 

동일한 종류의 부품이다 하고 이해하고 넘어 갑시다. 왜냐 하면 Inductor 라는 부품의 특성은 아주 많은 응용분야에 여러가지 형태로 이용하게 된다. 그래서 단편적인 예를 들어서 설명하기 어려운 부품이 바로 인덕터 L (Inductor) 입니다.

 

인덕터는 현재도 많은 종류가 존재 하고 앞으로도 많은 형태가 새로 만들어 질 것이기 때문에 복잡한 것이다.

 

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공심 형태		칩 형태		동조용 IFT		트랜스

 

 

제일처음 보게 되는 인덕터 트랜스포머 (Transformer)

 

공학도 들은 위에 그림을 전자/전기/통신 을 막론하고 모두 공부했고 봐 왔다. 모르는 공학도는 없을 정도로 많이~

상호 인덕턴스 바로 에너지의 전달이다. 상용전기(220V/110V) 에서 전자부품의 동작전원 을 만들기 위해 인덕터를 이용하여 제일처음 사용하는 부품이고, 원리 입니다. 자세한 내용은 생략해도 될 정도로 이미 많은 이론과 지식이 있는 분야 이기도 하지요~

 

공진 회로로 사용되는 바 안테나 (Bar ANT) 와 동조코일 (IFT)

 

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라디오 바 안테나		안테나 공진회로		동조용 IFT

그 다음 라디오 또는 가정용 수신기등에 많이 사용되는 라디오 안테나 및 공진회로 입니다. 바 안테나를 통해 들어오는 Radio Frequncy 를 공진회로(탱크회로)를 통해서 필터링 하고, 원하는 주파수 만을 받아들여 라디오로 수신되도록 만드는 회로이고 이 부분에 이용되는 부품 들입니다. 그리고 때론 발진회로에도 사용되어지고 이미 오래전 부터 Inductor는 사용되어 왔습니다.

 

전원입력 단 노이즈 제거용 코일 (Inductor)

 

그 다음 제일 많이 사용되고 일반적인 분야가 전원입력 단 노이즈 제거를 위해 사용되는 여러 형태의 인덕터 이다.

 

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트로이달		페라이트 코아형		쵸크형		액셜 고정형		SMD 코아형

 

전원 입력단에 사용되는 인덕터는 광대역의 주파수를 차단 또는 흡수하기 위해 사용되어 지고, 크기와 가격적인 면에서 좀더 효율적인 방법을 찾기 위한 노력이 꾸준히 발휘되는 분야 이고 그만큼 새로운 제품이 많이 나오기도 한다.

 

사용측면에서 주의 할점은 부품에 흐르는 전류의 양과 주파수가 중요하다. 허용용량 이상의 양을 흐르게 하기해서는 자기포화(세츄레이션) 상태가 되지 않는 범위 내 에서 사용되어야 한다.

 

인덕터에서 사용되는 페라이트코어는 인덕턴스를 높이기 위해 사용됩니다. 구리(Cu) 값이 꾀 비싼 금속이기 때문에 적은량의 구리를 사용하면서 효과적으로 인덕턴스를 높이기 위한 방법 입니다. 그리고 페라이트 코어에서 노이즈는 열로 변환해 버리기 떄문에 노이즈 반사가 아닌 흡수의 개념이 포함 됩니다.

 

바로 여기에서 광대역(여러 주파수 대)에서 보편적인 인덕턴스 값을 보이는 페라이트 코일과 다르게 점점 사용량이 많아지는 고주파 회로에서 발생하는 고주파성 노이즈를 줄이기 위해 분리되어 만들어진 페라이트 Bead 가 나오게 됩니다. 바로 우리가 많이 헷갈려 하는 비드(Bead) 는 바로 페라이트 코어를 지칭하기도 합니다.

 

고주파 회로에 많이 사용되는 비드 (Bead)

 

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비드 필터		Tow Turn Bead		비드 어레이

 

지금까지 봐 왔던 인덕터와 비드라 불리는 차이가 여기에 있다. 코아가 없는 공심형 인덕터나 또는 있는 인덕터는 인덕턴스를 높이기 위해 형태가 변한 것일 뿐 근본적인 원리는 여러 주파수 대역에 걸쳐 동일한 인덕턴스 성질을 이용하는 것이고, 여기에 주파수가 상대적으로 높은 디지털 회로가 많이 사용되면서 고주파에 많이 포진된 노이즈 제거를 위해 비드 라는 부품이 많이 사용되는 것이지 원리가 전혀 다른 부품이 아니라는 것이다.

 

비드는 고주파에서 저항값이 많이 높아진다. 하지만 주파수가 많이 올라가면 그 효과는 무의미 하게 된다. 즉 대체적으로 이용하는 주파수 대역에서만 효과적으로 임피던스가 높아져 노이즈를 흡수하게 된다.

 

그외 인덕터와 비드의 차이는 인덕턴스 값이 다르다. 인덕턴스는 구리선이 감겨있는 형태를 가지고, 여기에 코어가 있느냐 없느냐 에 따라 인덕턴스가 차이 나겠지만, 근본적으로 비드 보다는 훨씬 높은 값을 가지게 된다.

 

비드의 구조를 보면 철심 주변에 페라이트 코어가 감싸고 있는 형태이다. 그러면 예상되는 특성은 인덕턴스 는 온전히 페라이트 코어에 의한 고주파 임피던스 특성만 있고, 직류 저항은 아주 작거나 0 오옴에 가까운 특성을 보인다.

다시 말해서 전원입력 회로에 있어서 직류에 개념으로 봤을떄 전류/전압에 손실없이 전달하면서 고주파 노이즈에 대해서는 높은 임피던스 저항으로 작용을 함으로써 노이즈 제거를 하게 된다.

 

칩(Chip) 타입으로 변형되면서 구분이 모호해진 SMD Type Bead 와 Inductor

 

Inductor 도 SMD 타입으로 변형이 되어 새로 출시가 되기도 하고, Bead 도 마찬가지로 개발 출시가 되면서 외형적인 구분이 어려워 진다. 아래 사진에 몇가지 예를 들겠지만 간단히 설명을 하자면 칩 내부에 실제로 코일형태로 감겨져 있는 (Wound Inductor) 타입이 있는가 하면 적층형(Multilater) 타입으로도 만들어 지는데, 이게 인덕터와 비드를 구분하지는 않고 있다. 다시 말해 구성되어진 형태로 구분되지 않고, 작용하는 특성 및 애초에 사용용도에 맞춰진 시리즈로 구분되어 만들어지는데, 이게 양측의 장점을 다 이용한다. 인덕터에서 인덕턴스를 올리기위한 효과적인 방법으로 페라이트 를 사용하고, 비드는 광대역에 고임피던스 이용을 위해 페라이트를 이용하기도 하고, 코일처럼 감기도 한다는 것이다.

 

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권선형 단면		적층형 단면		권선형 투시		칩 타입 외형

 

 

적층형 투시		적층형 구조

결론적으로 설계시 인덕터 냐 비드냐 를 선택하려면 :

부품의 외형만 보지 말고 내부에 권선형 인지 아니면 적층형 코일인지 아니면 내부에 심선이 굵은 리드형인지 구분할 필요가 있고, 이것도 여의치 않으면 해당부품이 어느파트에 사용되는 부품인지는 구분을 해야 한다. 중요!

 

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Axial 비드		SMD 비드 (Turn)		SMD 비드

위 에 보인 몇가지 비드는 액셜타입 이 원래 개념에 맞는 비드 일지 모르겠다. 나머진 좀더 좋은 효과를 보려고 또는 사용상의 편의상 변형 된 것이라 판단 하자, 그러면 전원입력 회로에 전압/전류의 손실이 없도록 하면서 고주파 노이즈 제거를 위해 사용하려면 위 에 3가지 타입를 고르되 내부 구조가 많은 전류가 흘러도 손실이 없는지 즉, 직류저항이 충분히 낮은지 허용전류와 주파수 응답특성 곡선을 확인 해 볼 필요가 있다.

 

나머진 해당 시그널 또는 해당 핀에 맞는 특성, 사용주파수에 따라서 적절히 추천부품을 사용하거나, 레퍼런스 회로에 사용된 부품과 동일특성 부품으로 대치 시켜야 한다.

 

시간이 되면 사용하고 있는 부품을 일부러 파손시켜 내부 구조를 파악해 두는 것도 좋을듯 합니다.

 

마지막으로 Maker 카다로그에 보면 사용용도에 맞춰서 시리즈를 내 놓기도 한다. 설계시 표를 참조해야 한다.

 

 

끝