SSR도 유용하지만 다시 주목해야 할 최신 전기 기계 계전기

자, 여러 요구 사항 중에서 저레벨 DC 전압 스위치로 전력 레일을 켜고 끌 수 있는 최신 프로젝트를 위한 시스템 블록을 고안하기 시작하셨군요. 문제없습니다. 전환될 부하의 사양과 함께 제어 신호 전압 및 전류 구동(다시 말하지만 전압과 전류입니다)을 기록하고 적합한 무접점 계전기(SSR)를 선택하면 됩니다.

하지만 일은 곧 복잡해지기 마련이지요. 동일한 저레벨 DC 신호가 동시에 하나의 AC 라인을 끄고 다른 하나를 켜야 하며 48VDC 라인도 전환해야 합니다. BOM에 있는 SSR의 개수가 점점 늘어나고 SSR 모두에 하나의 견고한 구동을 보장하는 것이 점점 더 어려워지고 있습니다.

그러면 선임이 와서 다음과 같은 해결책을 던져줄 것입니다. “아마 전혀 고려하지 않고 있었겠지만 단일 전기 기계 계전기(EMR)가 모든 문제를 한꺼번에 해결해 줄 수 있을지도 몰라”. 전혀 고려하고 있지 않았다는 측면에서는 선임의 말이 맞지만 EMR은 완전한 폐물까지는 아니더라도 너무 구식인 것 같습니다.

다시 생각해 보세요. SSR의 잘 알려지고 인상적인 수많은 장점에도 불구하고(여기서 다시 반복할 필요는 없겠죠.) 매년 수천만 대의 EMR이 여전히 판매되고 있습니다. 일부는 교체를 위해서겠지만 그중 상당수는 완전히 새로운 설계를 위해 사용됩니다.

설계자가 비슷한 비용으로 동등한 무접점 제품을 이용할 수 있는데 반갑지 않은 “짐보따리”가 딸려올 전기 기계 장치를 선택하는 이유는 무엇일까요? 그 이유는 EMR이 가장 넓은 의미에서 기능적으로는 유사하지만 SSR과 비교했을 때 고유한 수많은 특성과 장점이 있기 때문입니다.

SSR과 마찬가지로, 이 계전기 코일과 접점은 멀티 메가옴 저항 경로를 통해 서로 전기적으로(갈바니 전기에 의해) 분리되어 있지만 EMR은 SSR로는 불가능한 여러 기능을 수행할 수 있습니다. EMR의 특수한 속성에는 다음이 포함됩니다.

  • 이 계전기 접점은 기본적인 스위치 클로저를 형성하고 이를 통과하는 전류는 AC 또는 DC일 수 있으며 코일 구동이 독립적입니다. 접점 저항은 밀리옴 범위이므로 접점 전반의 전압 강하는 0에 매우 가까운 반면 개방 접점 저항은 공극이므로 멀티 메가옴 범위입니다.
  • EMR은 LED 또는 광 트랜지스터 같은 활성 부품이 없는 완전한 수동 장치입니다. 이는 견고성과 신뢰성에 영향을 미칩니다. 이 수동 장치는 전기적 및 기계적으로 견고하며(부분적으로 기계식 및 열식 용량 덕분에), 급증, 과도 및 일시적인 트립이나 SSR에 피해를 줄 수도 있는 EMI에 대해 내성이 있습니다. 대부분의 EMR은 정격 작동 주기가 수백만 회에 달하지만 밀폐된 리드 계전기(EMR의 한 유형)는 수천만 회의 주기에 대해 정격화되었습니다.
  • 대부분의 계전기가 금속 프레임에 둘러싸여 있지만, 코일이나 접점 클로저는 접지되거나 회로 공통에 연결되지 않으므로 이 계전기는 회로의 어떤 위치에나 배치할 수 있습니다. 일부 회로 토폴로지에서는 SSR의 활성 특성으로 인해 배치가 어려울 수 있습니다.
  • 기본 계전기 접점은 동력이 공급되지 않을 때 상시 개방(NO) 상태이지만 동력이 공급되지 않을 때 접점이 상시 폐쇄(NC) 상태인 표준 계전기도 있습니다. 또한 결합된 NO/NC 접점 페어링을 이용해 두 가지 모두를 보유한 계전기도 많습니다.
  • 계전기는 하나 이상의 NO 또는 NC 접점 쌍을 보유한 다중극 장치일 수 있습니다. DPDT(가장 일반적임)에서 3개, 4개 또는 그 이상의 독립적 NO 및 NC 접점을 사용할 수 있습니다(그림 1). 더욱 유연하게, 이러한 여러 접점은 동일한 부하 유형 및 정격을 제공하지 않아도 됩니다. 이는 또 다른 이점으로, 일부 접점이 저레벨 신호에 대해 정격화될 때 나머지는 전력용으로 사용될 수 있습니다.

그림 1: 산업 표준 지정에 따른 EMR(일부는 SSR에도 적용됨)에 이용 가능한 여러 접점 구성 중 일부가 표시되어 있습니다. (이미지 출처: Wikipedia)

예를 들어, Panasonic Electric WorksAGQ200A4HX는 PC 기판 표면 실장 EMR입니다. 통신 응용 분야용으로 설계되었지만 다른 용도로 사용해서는 안 될 이유가 없습니다. DPDT 접점(업계 용어로 2 유형 C 배열로 지정됨)은 2A 및 125VAC 또는 110VDC에서 독립적으로 정격화된 반면 그 코일에는 31mA에서 단 4.5VDC만 필요합니다(그림 2).

그림 2: Panasonic의 AGQ200A4HX SMT 계전기는 각각 2A에서 125VAC 또는 110VDC를 전환할 수 있는 DPDT 접점이 포함된 전형적인 저전압 DC 입력 계전기입니다. 동일 장치가 AC 및 DC 부하를 동시에 처리할 수 있습니다. (이미지 출처: Panasonic Electric Works)

  • 계전기는 10mA 또는 20mA만큼 작거나 수십 암페어만큼 큰 코일 전류에 맞게 설계될 수 있으며 이때 정격 접점은 수십 밀리암페어와 수 볼트부터 두 파라미터에 대해 그 규모가 훨씬 큰 경우까지 처리합니다.
  • 전압 및 전류의 최대 정격 범위를 벗어나지 않는 한 EMR 접점은 신호에 “애그노스틱”합니다. 즉 여러 접점에 걸쳐 전력 신호이든, 데이터 신호이든, 혼합된 신호이든 이에 구애받지 않습니다. 또한 부하는 잘 알려지거나 정의될 필요가 없으며 설계 한도 내의 값이기만 하면 됩니다. 이는 부하가 불확실하거나 특성을 제어할 수 없을 경우에 유용합니다.
  • 가장 일반적인 EMR의 장애 모드는 코일에 동력이 공급되지 않아 NO 접점이 “개방”되지 않고 NC 접점이 “폐쇄”되지 않는 것입니다. 선호되거나 필요한 무언가가 이 응용 분야의 안전 문제가 될 수 있습니다. 이와 대조적으로 SSR은 출력에서 단락으로 인해 장애가 발생하는 경향이 있으며 이는 용납될 수 없습니다.
  • “래칭” 계전기라 불리는 표준 EMR이 있습니다. 이 계전기는 코일 전력이 사라지거나 장애가 발생해도(별도의 코일과 신호가 래치를 해제함) 동력이 공급된 접점의 위치를 유지합니다. 이는 일부 상황에 유용한 기능이며 몇몇 안전 관련 분야에서는 필수적인 기능입니다.
  • 이 계전기는 문제를 해결하기가 매우 쉽습니다. 동력이 공급되지 않은 코일의 연속성과 DC 저항을 측정할 저항계와 코일에 동력을 공급할 단순한 AC 또는 DC 전력만 필요하기 때문입니다.
  • 마지막으로, 또한 일부 설계자에게는 개인적인 요인이기도 하지만, 계전기가 들락날락할 때 EMR에서 본능적인 만족감을 주는 “딸칵” 소리가 납니다. 저를 비롯한 일부 엔지니어는 이 “딸칵, 딸칵, 딸칵” 소리를 듣는 것을 좋아하며 심지어 시스템 활동을 모니터링하는 데 사용하기도 합니다.

따라서 다음번에 SSR의 문제점에 직면하게 되면 더 많은 SSR이나 다른 SSR이 필요하다고 가정하지 마세요. 출시된 지 약 150년이 된, 요즘 들어 훨씬 개선되고 안정화되어 출시되는 이 고색창연한 전기 기계 계전기의 최신 버전이 실제로 가장 만족스러운 트레이드 오프로 설계자의 문제를 해결해 줄 부품이 될 수도 있습니다.

작성자 정보

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Bill Schweber는 전자 엔지니어로서 전자 통신 시스템에 관한 세 권의 교과서를 집필하고 수백 건의 기술 자료, 의견 칼럼 및 제품 특집 기사를 기고해 왔습니다. 이전에는 EE Times의 다양한 주제별 사이트 관련 기술 웹 사이트 관리자와 EDN의 편집장 및 아날로그 편집자를 역임한 바 있습니다.

Analog Devices, Inc.(아날로그 및 혼합 신호 IC 업계를 선도하는 판매업체)에서는 마케팅 통신(홍보 관련)을 담당했습니다. 결과적으로 Bill은 미디어에 회사 제품, 사례, 메시지를 제공하는 기술적 PR 역할과 이러한 내용을 받는 미디어 역할 모두를 경험했습니다.

Analog의 마케팅 통신을 담당하기 전에는 평판 있는 기술 저널에서 편집장을 역임했으며 제품 마케팅 및 응용 엔지니어링 그룹에서도 근무했습니다. 그 이전에는 Instron Corp.에서 아날로그 및 전력 회로 설계와 재료 시험 기계 제어를 위한 시스템 통합 실무를 담당했습니다.

Bill은 MSEE(메사추세츠 주립대학교) 및 BSEE(컬럼비아 대학교) 학위를 취득한 공인 전문 엔지니어이자 어드밴스드 클래스 아마추어 무선 통신 면허를 보유하고 있습니다. 또한 MOSFET 기본 사항, ADC 선택, LED 구동을 비롯한 다양한 엔지니어링 주제에 관한 온라인 과정을 계획 및 작성하여 제공하고 있습니다.

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