최근 각종 전자기기는 대규모집적회로(LSI)의 미세화, 고집적화 및 고주파화에 힘입어 기능의 고도화와 소형경량화가 빠르게 진행되고 있다. 또 각종 부품의 집적도가 향상되고 고속화, 고성능화가 진행됨에 따라 전력을 공급하는 전원라인도 양질의 고른 전류가 요구되고 있으며 회로의 효율성에 대한 기대도 높아가고 있다.
이에 따라 스위칭모드 파워서플라이(SMPS)나 DC/DC컨버터 등 전원계열 부품부문에서도 전력낭비를 줄일 수 있는 재료의 채택 및 직류저항(RDe)을 어떻게 낮추고 열 발생이 적은 회로를 설계할 수 있느냐가 중요한 관건으로 지적되고 있다.
이러한 가운데 일본 도킨이 최근 소형이면서 대전류에 적합한 승압 및 강압용 DC/DC컨버터용 초크코일인 「L, PI-D시리즈」를 개발해 화제를 모으고 있다.
이를테면 노트북PC는 중앙연산처리장치(CPU)의 고속화와 기억장치의 대용량화 및 고속화 추세에 따라 전력을 공급하는 DC/DC컨버터의 각 블록마다 대전류를 공급해야 한다. 또 부품의 집적도가 향상되고 CPU에서 발생하는 열이 높아진다는 점을 고려한 회로 주변의 열제어가 중요한 관건이 된다. 즉, 고성능 CPU를 사용한 노트북PC의 DC/DC컨버터에는 대전류, 고온상태에서도 안정된 기능을 유지하도록 하는 것이 중요하다는 것이다. 여기에 노트북PC의 요구조건을 만족시키기 위해서는 고밀도 실장이 가능할 정도로 박형제품이어야 한다.
「L, PI-D시리즈」는 금속계 더스트코어를 사용한 하이테크 초크코일로 페라이트코어로는 실현할 수 없는 여러가지 특성을 갖고 있다. 이 시리즈는 설계를 최적화하고 엄격한 요구조건에 맞는 새로운 자성재료의 개발과 재료의 특성을 최대한 살리기 위해 컴퓨터 시뮬레이션을 구사한 코일설계방식을 채택했다.
「L, PI-D시리즈」는 포트 및 플레이트형 더스트 코어를 사용해 閉磁路 구조를 형성하고 있다. 권선에는 사각와이어를 사용해 권선점유면적의 사용을 최대화함으로써 제품의 소형화를 꾀하고 있다. 또 전체를 수지로 몰드함으로써 고신뢰성을 확보하고 있다.
현재 「L, PI-D시리즈」는 2A, 5A, 7A급 등 3개 종류가 개발돼 있는데 도킨은 향후 대전류화의 요구에 맞춰 10A급 제품개발도 검토하고 있다.
특히 「L, PI-D시리즈」가 사용하고 있는 코어재료인 금속계 더스트는 포화자속밀도가 페라이트에 비해 대전류 상태에서의 인덕턴스 감소량이 적고 뛰어난 직류 중첩특성을 확보하게 했다.
또 섭씨 1천도의 고온에서 직류 중첩특성의 변화율이 20~30%에 달하는 페라이트보다 훨씬 낮은 5% 이하를 실현할 정도로 온도 특성이 뛰어나다.
이같은 특성은 설계치 이상의 전류나 과전류가 회로에 유입될 경우에도 인덕턴스가 급격하게 저하되는 열폭주 현상이 일어나지 않게 함으로써 회로의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
코일에 열이 발생하는 원인은 대부분 권선에 의한 銅線의 손상 때문이지만 「L, PI-D시리즈」는 권선점유율이 높은 사각와이어를 사용해 저직류 저항화를 꾀하고 있다. 사각와이어는 권선점유율이 보통 환형 와이어의 2배에 달해 좁은 공간에서 단면적이 큰 권선을 감을 수 있다. 이를 통해 소형이면서도 낮은 직류저항을 실현할 수 있다.
또 직류저항을 낮춤으로써 정격전류가 통할 때 온도상승시 35도 이하로 억제할 수 있다.
컴퓨터 자장 시뮬레이션을 이용한 코일설계로 「L, PI-D시리즈」의 크기는 가로, 세로 각각 14㎜, 높이 6㎜를 실현했다.
종전의 드럼형이나 포트형 페라이트 코어를 사용한 초크코일은 磁氣포화를 막기 위해 드럼코어와 링코어 사이에 공간이 필요하다. 또 이 공간은 정격전류가 클수록 상하방향으로 자속의 누출현상이 발생하는 결과를 초래했다.
이에 반해 「L, PI-D시리즈」는 포트형 코어와 플레이트형 코어로 구성돼 있어 누출 자속이 극히 적은 폐자로 구조로 돼 있다. 더스트 코어는 높은 자속밀도 특성을 갖고 있어 磁氣포화를 막기 위한 공간이 필요 없다.
이 때문에 부품을 고밀도 실장한 경우나 부품의 배치를 바꿀 때 발생하기 쉬운 자속누출에 따른 코일간의 電磁 결합으로 인해 발생하는 코일의 성능저하나 다른 부품에 대한 악영향을 최소화할 수 있다.
또 초크코일을 수지로 완전 몰드함으로써 절연을 실현, 기판상에서 따로 절연해야 하는 번거로움을 없앤 것도 큰 특징이다.
이 같은 특징을 갖고 있는 「L, PI-D시리즈」는 모든 DC/DC컨버터에 사용할 수 있는 범용 초크 코일이다.
이와 관련해 도킨은 전자기기의 다기능화나 소형, 경량화 추세가 계속되는 가운데 「L, PI-D시리즈」는 앞으로 생산공정상의 원가절감은 물론 저변을 확대해 나갈 것으로 예상했다.