제조 및 서비스 산업에서 자동화에 대한 수요가 증가함에 따라 인간형 로봇의 빠른 발전이 촉진되고 있습니다. 자유도(DOF)의 증가와 환경에 대한 반응 속도 향상으로 인간형 로봇은 더욱 정교해졌으며, 인간의 움직임을 보다 현실적으로 모사할 수 있게 되었습니다. 자유도가 높아진다는 것은 인간형 로봇이 더 많은 모터 드라이브를 필요로 한다는 것을 의미하며, 인덕터는 인간형 로봇의 모터 제어, 전력 관리 및 신호 처리 시스템에서 중요한 역할을 합니다.
1- 인간형 로봇에서 인덕터의 주요 응용 분야
인덕터는 주로 인간형 로봇의 모터 구동, 전력 관리 및 신호 처리에 사용됩니다.
모터 구동: 시장의 고급 휴머노이드 로봇은 일반적으로 40~50개의 관절 모터를 갖으며, 이는 로봇의 자유도와 유연성을 결정한다. 인덕터는 에너지 저장과 전류의 평활화를 통해 모터가 부드럽게 회전하도록 구동하며, 휴머노이드 로봇 모터 제어 시스템이 관절 운동, 자세 조정 및 동적 균형을 달성하는 데 도움을 준다. 모터 구동장치와 고전력 부하는 순간 전류 변동에 대응하기 위해 높은 포화 전류 특성과 높은 전류 용량을 가진 인덕터를 필요로 한다. 동시에 손실을 줄여 시스템 효율을 높이고 배터리 수명을 늘려야 한다.
전력 관리: 인덕터는 전력 관리 시스템 내 DC-DC 컨버터(부크 및 부스트 회로 등)의 핵심 구성 요소로, AI 프로세서, 센서, 통신 모듈 등에 다양한 전압에서 안정적인 전원 공급을 제공하며, 에너지 분배 및 변환 효율을 최적화합니다. 낮은 직류 저항(DCR), 높은 변환 효율로 전력 손실을 줄이며, 높은 포화 전류 및 우수한 온도 안정성이 요구됩니다.
신호 처리: 신호 처리 시스템에서 인덕터는 주로 고주파 노이즈 및 EMI를 억제하여 신호의 순도를 보장합니다. 예를 들어, 인지 시스템에서 인간형 로봇이 외부 환경을 인지하고 상호 작용 피드백을 구현하는 데 도움을 줍니다. 통신 및 제어 시스템에서는 EMI 설계를 통해 레이더, 카메라, 무선 통신 등 모듈의 간섭 방지 능력을 보장하고 장비의 운용 안정성을 향상시킵니다.
그림 1: 휴머노이드 로봇의 주요 관절 모터 위치 (TI 자료)
2- 휴머노이드 로봇용 인덕터 수요
휴머노이드 로봇의 전자 시스템은 복잡하며 정밀한 동작 제어와 신뢰성 있는 통신을 구현하기 위해서는 인덕터와 같은 기초 부품들의 지원이 필수적입니다. 또한 휴머노이드 로봇의 기술적 특성은 인덕터 제품의 성능과 구조 설계에 대해 높은 요구를 하게 됩니다. 주요 요구 사항은 다음과 같습니다.
2.1 소형화 및 고출력 밀도
휴머노이드 로봇 내부 공간은 극도로 좁으며, 다수의 모터, 컴퓨팅 유닛(CPUs/GPUs), 센서 등을 통합하고 있어, 전원 공급 회로 기판(예: POL, point-of-load 컨버터)도 소형화되어야 한다. 인덕터는 좁은 구조 설계에 맞게 소형 경량일 필요가 있을 뿐만 아니라, 소형 크기에서도 높은 전력 밀도를 가져 높은 출력을 달성해야 한다. 성형 또는 차폐 구조의 인덕터는 작은 외형 크기임에도 매우 큰 포화 전류와 온도 상승 전류를 견딜 수 있어, 제한된 공간에서 높은 전력 출력을 실현하기 위해 필수적이다.
2.2 강한 전자기 간섭 방지 성능
로봇 내부의 전자기 환경은 고속 디지털 회로, 모터 드라이버에서 발생하는 강한 스위칭 노이즈, 민감한 센서(IMU 및 카메라 등)로 인해 매우 복잡하다. 비차폐 코일을 사용할 경우 강한 자기장을 발생시켜 전자기 간섭(EMI)의 원인이 되며, 이는 센서 측정값과 제어 시스템의 안정성에 심각한 영향을 미친다. 차폐 코일은 자계 누설이 극히 적어 전자기 간섭을 효과적으로 감소시키고 시스템 내 다른 구성 요소의 신뢰성 있는 동작을 보장한다. 따라서 성형 코일, 고풍전력 인덕터 및 자기 차폐 구조를 갖춘 기타 전력 인덕터가 더욱 이상적인 선택이다.
2.3 높은 포화 전류
로봇의 동적 부하가 갑작스럽게 시작하거나, 주행 중이거나, 무거운 물체를 들어올릴 때 급격히 변화하면 모터와 컴퓨팅 유닛의 전류가 순간적으로 급증한다. 인덕터는 고전류에서 자기 포화를 방지할 수 있어야 하며(즉, 인덕턴스 값이 급격히 떨어지지 않아야 함), 그렇지 않으면 전원 루프가 제어를 벗어나 시스템 전압이 붕괴되고 재시작이 발생할 수 있다. 따라서 인덕턴스는 '부드러운 포화' 특성을 가져야 하며, 이는 포화 전류에 접근할 때 인덕턴스 값이 절벽처럼 떨어지는 것이 아니라 서서히 감소한다는 것을 의미한다. 이는 전원 제어 시스템에 버퍼를 제공하며 시스템의 신뢰성을 향상시킨다.
2.4 뛰어난 진동 및 충격 저항 성능
휴머노이드 로봇은 빈번하게 움직이며 많은 기계적 진동을 발생시키므로, 인덕터는 진동과 충격에 견딜 수 있어야 하며, 납땜 접합부는 견고해야 하고, 외장 및 내부 코일이 기계적 스트레스를 견딜 수 있어야 합니다. 성형 구조의 인덕터는 코일을 자성 재료 내부에서 완전히 고화시켜 매우 높은 기계적 강도를 가지며, 충격 저항성이 매우 뛰어나 휴머노이드 로봇 시스템 전반에 걸쳐 널리 사용됩니다.
2.5 고주파 및 고온 환경에 적응
인덕터는 우수한 고주파 특성을 가져야 하며, 고주파 간섭을 효과적으로 억제하고 리플 및 노이즈를 줄이며, 고주파에서도 낮은 에너지 손실을 유지하여 변환 효율을 향상시켜야 합니다.
또한, 인덕터는 고온 환경에서도 인덕턴스 값을 안정적으로 유지할 수 있어야 하며, Q 값의 감소가 작고 성능 저하가 적어 장기간 동작 시 로봇의 인덕턴스 성능이 신뢰할 수 있도록 해야 한다.
그림.2 휴머노이드 로봇에서의 인덕터 적용
3- Codaca 휴머노이드 로봇용 인덕터 솔루션
휴머노이드 로봇과 같은 응용 분야에서는 높은 전력 밀도, 고효율, 높은 신뢰성, 복잡한 EMI 환경 및 열악한 기계적 조건이 결합되는데, 이러한 환경에서 고전류, 차폐형, 합금 분말 코어 인덕터는 핵심 컴퓨팅 유닛 및 관절 모터 구동용 POL 전원 공급 장치를 포함한 전원 회로에서 종합적인 성능 장점을 이유로 단연 주류 선택지가 되었다. 해당 설계는 성능, 크기, 신뢰성이라는 세 가지 핵심 과제를 완벽하게 균형 잡아 구현한다.
독자적인 연구 개발과 기술 혁신을 통해, Codaca는 휴머노이드 로봇용 적응형 인덕터 솔루션을 제공하며, 자성 차폐 구조의 고풍전류 전력 인덕터, 얇고 가벼운 몰드형 인덕터, 공통 모드 차크 등 다양한 카테리와 모델의 제품을 출시하고 있습니다. 다양한 휴머노이드 로봇 응용 분야에서의 고퍼포먼스 인덕터 요구사항을 충족하기 위해 서로 다른 전기적 특성을 제공할 수 있으며, 로봇 통신 및 내비게이션 모듈, 전원 모듈, 모터 드라이브 모듈, 로봇 제어 보드 및 기타 모듈에 광범위하게 적용됩니다.
3.1 소형 고풍전류 전력 인덕터
콤팩트한 고전력 인덕터 주로 휴머노이드 로봇 모터 드라이브 및 전력 관리 시스템의 DC-DC 모듈에 사용됩니다. 고전류 인덕터는 Codaca가 독자적으로 개발한 저손실 금속 자성 분말 코어 소재를 채택하여, 높은 포화 전류, 낮은 손실, 높은 변환 효율, 높은 작동 온도 특성을 가지며 휴머노이드 로봇의 성능과 지속 가능성을 보장합니다. 고전류 인덕터는 최대 422A까지, 작동 온도는 최대 170°C까지 가능합니다. 동시에 제품은 자기 차폐 구조를 채택하여 강력한 전자기 간섭 방지 성능을 제공합니다. 이는 휴머노이드 로봇이 요구하는 높은 포화 전류, 높은 작동 온도, 낮은 전자기 간섭 조건을 충족합니다.
추천 모델: CSBX , CSBA , CSCM , CSUT , CSCIL , 등
3.2 얇고 가벼운 성형 인덕터
성형 인덕터 주로 휴머노이드 로봇 디스플레이 모듈, 터치 스크린 제어 모듈, DC-DC 모듈 등에 사용됩니다. 성형 파워 초크는 CODACA에서 자체 개발한 저손실 합금 분말을 채택하여 손실이 낮고, 고효율이며, 광대역 주파수 응용이 가능하고 소음을 극도로 낮게 줄일 수 있습니다. 얇고 가벼운 설계(최소 크기 2mm)를 채택하여 PCB 공간을 절약하고 고밀도 실장에 적합하며 기계적 충격과 진동에 강한 내성을 가지고 있습니다(진동 저항성 10G 이상). 이는 휴머노이드 로봇의 높은 전력 밀도와 높은 안정성 요구 조건을 충족시킵니다.
추천 모델: CSAG , CSAC , CSAB , CSEB , CSHB , 등
3.3 SMD 파워 인덕터
Codaca SMD 파워 인덕터 카메라 모듈, 오디오 모듈, DC-DC 모듈 등에 주로 사용되며 소형 인덕터 사이즈, 대전류, 고효율 변환 등의 요구 사항을 만족시킬 수 있습니다.
추천 모델: SPRHS , CSUS , CRHSM , VCRHS , SPQ , 등
자기 성분 기술 분야의 선도적인 공급업체로서, Codaca Electronics는 지난 24년 동안 인덕터 개발에 집중해 왔으며, 엔지니어는 인간형 로봇의 각 하위 시스템의 특정 성능 요구 사항에 따라 적절한 인덕턴스 값, 정격 전류, 스위칭 주파수, 제품 크기 등을 매칭할 수 있습니다. 보다 자세한 정보는 Codaca 영업 담당자에게 문의하시기 바랍니다.
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