코일 인덕터에 대한 고찰

MLCC 칩 인덕터 대신 권선형 코일 인덕터를 사용해야 한다면 그 이유에 대하여

MLCC 기반의 칩 인덕터와 권선형 칩 인덕터는 각각 장점과 단점이 존재합니다. MLCC 칩 인덕터 대신 권선형 코일 인덕터를 사용해야 하는 이유는 다음과 같습니다.

1. 높은 Q값(Q-Factor)

✔ 권선형 인덕터는 높은 Q 값을 가짐

• Q 값이란, 인덕터의 품질 계수로서 저항 손실이 적고, 효율적인 신호 전송이 가능한지를 나타냄.
• MLCC 기반의 칩 인덕터는 적층 구조로 인해 전류가 흐르는 경로가 짧고 손실이 많아 Q 값이 낮음.
• 반면, 권선형 코일 인덕터는 자기장을 형성하는 와이어 코일 구조 덕분에 손실이 적고 높은 Q 값을 가짐.

✔ 고Q값이 필요한 경우 (RF 필터, 공진 회로, 매칭 네트워크)

• 높은 Q값을 가지면, 신호가 더 정확하게 전달되고, 손실이 줄어들어 RF 및 고주파 회로에서 성능 향상.
• 예를 들어, 안테나 매칭, RF 필터에서 높은 Q값을 유지해야 할 때 MLCC 칩 인덕터 대신 권선형 인덕터가 필요.

Q 값(Quality Factor)과 인덕터의 품질

Q 값은 인덕터의 품질을 나타내는 중요한 파라미터로, "품질 계수(Quality Factor)"를 의미

인덕터는 직류(DC)를 통과시키지만, 교류(AC)에서는유도 리액턴스(Inductive Reactance)로 인해 저항과 같은 역할을 합니다. 주파수가 높아질수록 유도 리액턴스도 증가하게 됩니다.

하지만 인덕터의 권선(코일)에는 저항 성분(R)이 존재하며, 이는 신호 손실을 유발할 수 있습니다.

인덕턴스와 저항의 비율을 손실 계수(Loss Factor)라고 하며, 이는 다음과 같이 정의됩니다.

 

Loss Factor= R/2πfL

 

이 값의 역수를 Q 값(Quality Factor)이라고 하며, 공식은 다음과 같습니다.

• f : 주파수 (Hz)
• L : 인덕턴스 (H)
• R : 높은 주파수에서의 DC 저항 성분 (Ω)

즉, Q 값이 높을수록 인덕터의 손실이 적고, 고주파 환경에서 좋은 성능을 발휘합니다.

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Q 값과 기판 소재의 영향

Q 값은 인덕터의 구조뿐만 아니라 기판 소재에 의해서도 영향을 받습니다.

• 페라이트(Ferrite) 기판: 비교적 낮은 주파수(수백 MHz 이하)에서 사용 가능
• 세라믹(Ceramic) 기판: 고주파(수백 MHz 이상)에서는 페라이트보다 낮은 손실을 제공하므로 적합

따라서 수백 MHz 이상의 고주파 환경에서는 세라믹 기판이 사용되며, Q 값이 높은 인덕터가 필요합니다.

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2. 낮은 DC 저항(DCR)

✔ 권선형 코일 인덕터는 DC 저항이 낮음

• MLCC 기반 칩 인덕터는 내부 전극이 짧고 넓게 퍼져 있기 때문에 DC 저항(DCR)이 상대적으로 높음.
• 권선형 인덕터는 코일 구조가 있어 저항이 낮고, 전력 손실을 최소화함.

✔ 전류를 많이 흘려야 하는 전력 회로에서 유리

• 낮은 DCR은 전력 소모를 줄이고, 발열을 최소화할 수 있음.
• 따라서 전력 필터, DC-DC 컨버터, 전원 라인 필터와 같은 고전류 회로에서 MLCC 칩 인덕터보다 권선형 인덕터가 적합.

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3. 넓은 주파수 응답 특성

✔ 권선형 코일 인덕터는 넓은 주파수 범위에서 성능이 우수

• MLCC 칩 인덕터는 기생 커패시턴스(Parasitic Capacitance)가 높아 초고주파(GHz 이상) 대역에서는 성능이 저하됨.
• 반면, 권선형 인덕터는 낮은 기생 커패시턴스를 가지며, 수백 MHz~GHz 초반까지 안정적으로 동작 가능.

✔ 특히 RF 필터 및 매칭 네트워크에서 유리

• RF 회로에서는 주파수 응답이 안정적이고 예측 가능한 인덕터가 필요함.
• MLCC 칩 인덕터는 특정 주파수에서 성능이 급격히 떨어질 수 있으므로, 권선형 코일 인덕터가 더 적합할 수 있음.

결론: MLCC 칩 인덕터 대신 권선형 인덕터를 사용해야 하는 이유

1. 높은 Q 값 → RF 필터, 매칭 네트워크, 공진 회로에서 손실이 적고 효율적.
2. 낮은 DC 저항(DCR) → 전력 손실 최소화, 전력 필터 및 DC-DC 컨버터에 적합.
3. 넓은 주파수 응답 → 기생 커패시턴스 영향이 적어 RF 회로에서 안정적인 성능.