인덕터가 전기적 극성이 있는지를 물어보는 문의를 많이 받았습니다. 간단하게 답하자면 “아니오” 이지만, 인덕터에 대해 배우는 사람들에게 혼란을 줄 수 있는 특정한 개념이 있습니다. 인덕터에는 정의된 전기적 극성은 없지만, 인덕터 킥백(kickback)이라는 현상 때문에 전류의 방향은 중요합니다. 킥백은 전압 인가 후 전류가 차단되어 코일 내 자기장이 무너지며 수천에서 수만 볼트의 매우 높은 전압이 생성될 때 발생합니다.
인덕터에 대해 배울 때 많은 분석 문제가 극성 기호를 포함하고 있지만, 이것이 부품이 실제로 전기적으로 극성이 있다는 것을 의미하지는 않습니다. (보다 자세한 내용은 얼마 전 부품 극성에 대해 작성한 게시글을 참고 바랍니다: 극성이 있는 부품인지 확인하는 방법) 이는 분석 시 조금 더 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위함 입니다. 제가 알고 배운 것에 따르면, 왜 킥백이 발생하는 지 아는 것이 중요하기 때문에 거의 같은 시기에 전자기학을 배웁니다. 선생님들은 분석 시 기호를 사용할 뿐만 아니라 자극에 대해 설명할 때면 극성이라는 단어를 꽤 자주 사용합니다. 이를 충분히 잘 설명하지 않으면 오해의 소지가 더 커질 수 있습니다. 본 게시글은 인덕터가 전기적으로 극성을 띄지 않는 이유에 대한 보다 넓은 배경을 제공하기 위함 입니다.
인덕터 방향
인덕터는 보통 강자성이거나 높은 투자율을 가지는 고체 물질을 나선형 와이어가 감은 구조로 되어 있습니다. 사실, 전자기장은 내부 권선과 전류가 흐르는 방향에 기반한 특정 법칙에 따라 생성됩니다. 전자기장이 어떻게 발생하는 지에 대해 보다 더 자세하게 알고 싶다면 이 게시글을 읽어 보시기 바랍니다: 전자기 기초.
자기장은 인덕터 양단의 전압이 줄어들어 자기장이 붕괴될 때 고전압을 생성하는 데 필요한 에너지를 저장하는 것입니다(이는 많은 회로 설계에서 치명적이며 민감한 부품을 손상시킬 수도 있습니다). 인덕터를 뒤집더라도 인덕터 내부의 나선은 항상 동일한 방향일 것입니다. 시계 방향으로 위쪽으로 도는 나선은 뒤집어도 시계 방향으로 위 쪽으로 돌 것입니다. 코일을 위에서 아래로 따라가면 반시계 방향으로 돌 것입니다. 코일의 위아래를 다시 뒤집으면 반시계 방향으로 위에서 아래로 돌 것입니다.
인덕터의 권선 방향(direction) 및 방위(orientation)에 관계없이 자기장의 분극은 킥백과는 아무 상관이 없는데, 그 이유는 회로내 연결된 인덕터 양단에 생성된 전압으로부터 발생하는 전류는 항상 반대 방향으로 흐르기 때문입니다. 이것이 개별 인덕터가 전기적 극성을 띄지 않는 이유입니다. 진짜 문제는 원하는 회로의 동작에 따라 올바른 방향으로 전류를 공급하는 것입니다. 아래는 킥백을 보여주는 간단한 애니메이션입니다:
아래는 인덕터의 분석에 사용되는 관련 공식입니다:
위 애니메이션 속 인덕터의 정격은 10mH이고 스위치가 일정 시간 동안 누른 상태였다가 해제되었다고 가정하겠습니다. 그리고 (약간의 직렬 저항이 있는)인덕터를 통해 흐르는 전류는 5mA라고 가정하겠습니다. 스위치가 열리면 전류는 바로 0이 되기 때문에, 스위치를 여는 데 (0초가 될 수는 없으니) 1ns가 걸린다고 가정하면 다음으로 계산될 수 있습니다.
전류의 변화는 -5mA이며, 결과는 -50,000V로 1mm 폭의 공극을 뛰어넘어 스파크를 일으키기에는 틀림없이 충분할 것입니다. 인덕터의 이러한 특정 동작은 유용할 수도 있지만 다른 부품에 매우 위험할 수도 있습니다. 벅/부스트 컨버터는 전압 출력을 증가시키기 위해 종종 (스파이크를 제한하는 다른 부품과 함께) 인덕터를 사용합니다. 부정적인 영향은 트랜지스터 및 기타 반도체 부품과 같은 민감한 소자들은 이런 전압에 의해 영구적으로 손상될 수 있기 때문에, 플라이백 다이오드가 필요합니다.
권선 마킹 주의
모든 인덕터들이 전기적으로 극성을 띄지 않는 것은 사실이지만, 일부 제조업체들은 마킹 및 코일 권선 정보를 규격서에 포함하고 있습니다. (액시얼 및 레이디얼 스루홀, SMT 풋프린트, 그리고 기타 설계 등의) 동일한 폼 팩터를 사용할 때면 제조업체가 동일한 방식으로 인덕터를 감았을 것이라고 생각하는 것이 타당하지만, 이에 대한 보장은 없습니다. 많은 패키지들이 부품 표면에 점으로 “코일의 시작” 위치를 표시하며 규격서에 코일이 감기는 방향도 표시되어 있을 수 있습니다. 간단한 예로, 부품 번호 LPS3015-104MRC(Digi-Key 부품번호 2457-LPS3015-104MRC-ND. Digi-Key 미국 전용, 한국에서는 구매 불가)는 두 가지 모두를 문서화하고 있습니다. 규격서의 2페이지에 코일이 감긴 방향과 코일이 시작하는 곳을 나타내는 점에 대해 나와있습니다. 이는 "전기적 극성"을 나타내는 것이 아니라 보다 자세한 내용을 위한 정보를 포함하고 있습니다.