인덕턴스는 DC/DC 전원 공급 장치의 중요한 부분입니다. 인덕터를 선택할 때는 인덕턴스 값, 직류 저항(DCR), 크기, 포화 전류 등 여러 요소를 고려해야 합니다. 인덕터의 포화 특성은 종종 오해되어 문제를 야기합니다. 본 논문에서는 인덕턴스가 포화에 도달하는 과정, 포화가 회로에 미치는 영향, 그리고 인덕턴스 포화를 감지하는 방법에 대해 설명합니다.
인덕턴스 포화로 인해
먼저, 그림 1에 표시된 것처럼 인덕턴스 포화가 무엇인지 직관적으로 이해하세요.
그림 1
그림 1의 코일에 전류가 흐르면 코일이 자기장을 생성한다는 것을 알고 있습니다.
자기장의 작용으로 자기 코어가 자화되고, 내부 자기 도메인은 천천히 회전합니다.
자기 코어가 완전히 자화되면 자기 도메인의 방향은 모두 자기장과 같으며, 외부 자기장을 증가시키더라도 자기 코어는 회전할 수 있는 자기 도메인이 없게 되어 인덕턴스는 포화상태에 들어간다.
다른 관점에서, 그림 2에 나타낸 자화 곡선에서 자속 밀도 B와 자기장 세기 H 사이의 관계는 그림 2의 오른쪽 공식을 충족합니다.
자속 밀도가 Bm에 도달하면 자속 밀도는 자기장 세기의 증가에 따라 더 이상 크게 증가하지 않으며 인덕턴스는 포화에 도달합니다.
인덕턴스와 투자율 µ 사이의 관계로부터 다음을 알 수 있습니다.
인덕턴스가 포화되면 µm은 크게 감소하고 결국 인덕턴스가 크게 감소하여 전류를 억제하는 능력을 상실하게 됩니다.
그림 2
인덕턴스 포화를 결정하기 위한 팁
실제 응용 분야에서 인덕턴스 포화를 판단하는 데 도움이 되는 팁이 있나요?
이는 이론적 계산과 실험적 테스트라는 두 가지 주요 범주로 요약할 수 있습니다.
☆이론적인 계산은 최대 자속 밀도와 최대 인덕턴스 전류로부터 시작할 수 있습니다.
☆실험 시험은 주로 인덕턴스 전류 파형과 몇 가지 다른 예비 판단 방법에 초점을 맞춥니다.
이러한 방법은 아래에 설명되어 있습니다.
자속 밀도를 계산하세요
이 방법은 자기 코어를 이용한 인덕턴스 설계에 적합합니다. 코어 매개변수에는 자기 회로 길이(le), 유효 면적(Ae) 등이 포함됩니다. 자기 코어의 종류에 따라 해당 자성 재료 등급이 결정되며, 자성 재료는 자기 코어 손실 및 포화 자속 밀도에 대한 적절한 규정을 제공합니다.
이러한 재료를 사용하면 실제 설계 상황에 따라 최대 자속 밀도를 다음과 같이 계산할 수 있습니다.
실제로 ur 대신 ui를 사용하면 계산이 간소화될 수 있습니다. 마지막으로 자성체의 포화 자속 밀도와 비교하여 설계된 인덕턴스에 포화 위험이 있는지 판단할 수 있습니다.
최대 인덕턴스 전류를 계산하세요
이 방법은 완성된 인덕터를 사용하여 직접 회로를 설계하는 데 적합합니다.
다양한 회로 토폴로지에는 인덕턴스 전류를 계산하는 공식이 다릅니다.
예를 들어 Buck 칩 MP2145를 살펴보면, 다음 공식에 따라 계산할 수 있으며, 계산된 결과를 인덕턴스 사양 값과 비교하여 인덕턴스가 포화되는지 여부를 확인할 수 있습니다.
유도 전류 파형으로 판단
이 방법은 엔지니어링 실무에서 가장 일반적이고 실용적인 방법이기도 합니다.
MP2145를 예로 들어, MPSmart 시뮬레이션 도구를 사용하여 시뮬레이션을 수행했습니다. 시뮬레이션 파형을 보면 인덕터가 포화되지 않았을 때 인덕터 전류는 일정한 기울기를 가진 삼각파 형태임을 알 수 있습니다. 인덕터가 포화되었을 때, 인덕터 전류 파형은 포화 후 인덕턴스 감소로 인해 뚜렷한 왜곡을 보입니다.
공학 실무에서는 이를 바탕으로 인덕턴스 전류 파형의 왜곡이 있는지 관찰하여 인덕턴스가 포화되었는지 판단할 수 있습니다.
아래는 MP2145 데모 보드에서 측정된 파형입니다. 포화 후 뚜렷한 왜곡이 나타나는 것을 확인할 수 있으며, 이는 시뮬레이션 결과와 일치합니다.
인덕턴스가 비정상적으로 가열되는지 측정하고 비정상적인 휘파람 소리를 들어보세요.
공학 실무에서는 정확한 코어 종류를 알 수 없고, 인덕턴스 포화 전류 크기를 알기 어렵고, 때로는 인덕턴스 전류를 시험하기 불편한 경우가 많습니다. 이때, 인덕턴스에 비정상적인 온도 상승이 있는지 측정하거나, 비정상적인 비명 소리가 나는지 듣는 것으로 포화가 발생했는지를 예비적으로 판단할 수도 있습니다.
인덕턴스 포화를 측정하는 몇 가지 팁을 소개합니다. 도움이 되셨기를 바랍니다.
게시 시간: 2023년 7월 7일
