전장설계 시, 필요한 SSR(Solid state relay)의 원리와 용도를 찾고 있나요?
영어도 처음 배울 때, 단어를 배우는 것처럼 우리가 사용하는 제품의 원리 및 용도를 알아야 합니다.
인터넷에서 ‘SSR’를 검색하면, 동작원리는 많이 나와 있지만, 어떤 용도로 사용하는지 알려주는 곳이 없어 이 글을 작성하게 되었습니다.
그럼 우리가 알아야 할 제품의 원리와, 용도를 알아볼까요?
이 포스팅은 쿠팡 파트너스 활동의 일환으로, 이에 따른 일정액의 수수료를 제공받습니다.
1. SSR(Solid state relay)의 원리와 용도
출처:samwon act 홈페이지
SSR은 무접점 릴레이 라고도 불리는데, 무접점이라고 불리는 이유는, 릴레이 처럼 코일에 전원을 투입하여, 기구적으로 연결 하는 방식이 아닌, 포토 커플러(Photo coupler) 방식으로 동작 합니다.
- 포토 커플러 방식은 빛으로 신호를 On/Off 하여 기계적으로 접점을 On/Off 하지 않아 반영구적으로 사용 가능.
SSR은 신호를 빠르게 주고 받거나, 반복적으로 신호를 주고 받을 때, 사용되며, 접점 용량을 키운 SSR로 저항성 히터(ex:시즈 히터)히터를 컨트롤 할 때, 사용 됩니다.
- SSR은 릴레이에 비해 구조가 간단.
- SSR은 빛으로 신호를 전달하기 때문에 릴레이 보다 속도가 빠르고, 노이즈에 강함.
- SSR과 릴레이는 구조 및 동작 방식은 다르나, 전원을 투입하고 접점을 개폐한다는 점은 같음. [릴레이 설명 글]
1.1. SSR(Solid state relay)의 원리
출처:panasonic 메뉴얼
SSR은 구조적으로 빛을 발산하는 발광 다이오드와, 스위치 역활을 하는 포토다이오드(트랜지스터 or Mosfet) 로 구성되어 있습니다.
위 그림으로 간단히 설명 드리면 1,2번 Pin 에 전원을 공급하여, 소자 내부에 LED 가 빛을 확산하면, 그 빛을 수광 소자가 받아드려 역전류 방향으로 전류를 흐르게 하여 3,4번 Pin 이 전류가 흐르게 되는 구조입니다.
출처:applepop 블로그
발광 다이오드와, 스위치 역활을 하는 포토다이오드는 전류가 흐르는 방향이 반대로 되어 있습니다.
- 포토 다이오드에 역방향전압을 걸고, 빛을 조사하지 않으면, 전류가 흐르지 않음.
- pn 접합 부근에 공핍층이 생김
- 가운데에 p형은 +, n형은 – 가 이동되는 현상.
- pn 접합 부근에 공핍층이 생김
즉, 포토 다이오드는 빛을 전기로 바꾸어주므로 전류의 방향이 P->N, 에서 N->P로 바뀐다.
- 포토 다이오드는 광이 입사하지 않을 때, 일반적인 다이오드 특성과 같다.
- 광이 입사할 때, 역방향 전류가 입사 광량에 비례하여 흐르게 된다.
1.2. SSR(Solid state relay)의 용도
출처:celduc 메뉴얼
SSR은 릴레이와 거의 같은 역활을 하지만, 조금 다르게 쓰는 용도도 있습니다.
[릴레이 설명 글]에서도 설명을 드렸지만 릴레이의 주요 용도로는
- 시퀀스(Sequence)회로.
- 부하단보다 출력접점의 허용용량이 높을 때.
- 다른장비 및 기기와 Interface(주고받는)할 때.
입니다.
여기에서 SSR의 특징을 다시한번 말씀드리면
- 동작속도가 매우 빠름.
- 릴레이와 다르게 기계적으로 접점을 개폐하지 않기 때문에 반영구적.
- 입력신호의 전압 범위가 넓다.
라는 장점을 가지고 있습니다.
이러한 특징을 활용하여 주로 사용하는 용도를 말씀드리겠습니다.
1.2.1. Vision Trigger 신호 및 자주 반복하는 신호 구성 시,
출처:Nalayang
제가 예전에 전장설계 시, Vision Trigger 신호의 출력 신호 전압은 거의 5V 였습니다.
불과 3~4년 밖에 지나지 않아 지금도 거의 동일하다고 판단 되는데요. 보통 릴레이는 전압 폭이 20~26V 정도(Sanwon ACT 릴레이 기준)입니다.
- 위 그림을 보시면 SSR 은 전압 범위가 보통 4~32VDC.
Sanwon ACT 릴레이 같은경우, Omron社, Parasonic社 제품 릴레이를 자체 제작한 릴레이 보드에 끼워 맞춰 판매하는 방식이라 위 언급한 메이커 릴레이를 검색하여 산다면 5V 릴레이를 구하여 사용할 수 있지만 릴레이를 사용하지 않는 이유는 3가지가 더 있습니다.
- 전압은 맞출 수 있지만, 자체 제작한 릴레이 소켓의 내부 LED(동작 표시등) 의 전압이 맞지 않음
- LED는 들어올 수 있지만, Samwon ACT 에 전화 문의 결과 보증은 하지 못한다는 답변.
- 동작속도가 SSR이 더 빠름.
- 동작속도는 크게 차이나지 않을수도 있으나 장비특성에 따라 그 조금의 속도 차이로 인해 Trigger 신호가 무시되는 경우 발생.
- 빠른 Tact Time 을 요구하는 장비같은 경우 Vison Trigger 신호는 초당 10개 이상 발생할 수도 있다. (ex: 종이컵 생산라인, 2차전지 Lamination 장비 등)
- 접점이 기구적으로 구성되어 있어 접점 소손이 있을 수 있음. 즉, 개폐수명이 있음.
릴레이 사용을 완전히 못하는건 아닙니다만, ‘적합하지 않다.’ 라고 표현드리고 싶습니다.
1.2.2. 저항성 Heater를 제어할 때,
Heater를 제어한다고?! 라고 생각하실 수도 있지만, SSR은 Heater 제어하기에 적합한 제어기기 입니다.
출처:Woonyoung
위 회로를 보시면 투광 다이오드와 수광 다이오드가 있는데, 수광 다이오드 쪽을 자세히 보시면 양 방향으로 걸려있습니다. 이렇게 걸려 있으면, AC 를 제어 할 수 있습니다.
출처:Nalayang
위 회로는 실제로 쓰일만한 회로를 간단히 표현하였습니다. 위 회로에 대해서 간단히 설명드리면, Temp Controller 에서 제어 신호를 SSR에게 넘겨주어 그 신호를 바탕으로 Heater 가 제어되는 형태입니다.
- 부하가 Heater 이면 ELB 사용 [누전차단기 설명 글]
- 부하가 Controller 같이 민감한 장치면 [회로 보호용 차단기 설명 글]
주의 하실점이 있는데, SSR은 할로겐 히터(Halogen heater)와 같이 Coil이 있는 Lamp heater에는 적합하지 않습니다.
이유를 간단히 설명드리면, SSR로 제어할 시, 출력을 0% or 100% 만 출력하게 됩니다. 유도성 부하는 초기기동시 6~7배 해당하는 순간부하 전류가 자주 반복하기 때문에 Heater는 금방 소손이 됩니다.
유도성 부하에 관해서는 [배선용 차단기 설명글 – 1.2.1 유도성 부하] 참조 바랍니다.
- SSR로 Heater를 제어할 시, 저항성 Heater만 제어.
- Lamp Heater는 SCR(위상각 제어)사용
부족하지만 여기까지 봐주신 여러분들께 감사합니다.
다음 강의에서는 SCR(실리콘 제어 정류소자)의 원리와 용도를 알려 드리겠습니다.
“Step By Step” 라는 말이 있습니다. 여러분들도 꾸준하게 제 글을 봐주신다면 전장설계를 좀더 쉽게 다가가실 수 있으실 겁니다.
긴 글 읽어 주셔서 감사합니다. 다음시간에 뵙겠습니다.
좋은 내용 잘 보고 배워갑니다!
찾아주셔서 감사합니다~
안녕하세요 좋은자료로 많은 도움이 되었어요
추가 자료는 아직 없을가요 ?
따로 사이트는 없나요?
제가 지금 장기출장중이라 오랜만에 홈페이지를 열었습니다. 본의 아니게 죄송합니다. 연말에 조금 바빠지긴하겠지만, 더 올릴수 있도록 노력하겠습니다. 다음글은 9월15일 까지 올릴 예정입니다.
관심 가져주셔서 감사합니다~
다른 네이버 블로그는 나중에 올릴 예정이며, 이런 글과 다르게 다른 용도로 할 계획입니다. 일과 병행 할려니 힘이 드는 부분이좀 있습니다 ㅎㅎ…
덕분에 잘 공부했습니다.
SCR글을 기다리고 있습니다. ㅎㅎ
혹시 하시는 블로그나 카페가 있으실까요?
이해하기 쉽게 글을 너무 잘 써주셔서 있다면 다른것들도 공부하고 싶습니다.
제가 지금 장기출장중이라 오랜만에 홈페이지를 열었습니다. 본의 아니게 죄송합니다. 연말에 조금 바빠지긴하겠지만, 더 올릴수 있도록 노력하겠습니다. 다음글은 9월15일 까지 올릴 예정입니다.
관심 가져주셔서 감사합니다~
다른 네이버 블로그는 나중에 올릴 예정이며, 이런 글과 다르게 다른 용도로 할 계획입니다. 일과 병행 할려니 힘이 드는 부분이좀 있습니다 ㅎㅎ…
메일 드렸는데 장기휴먼 메일이라 전송실패라고 나오네요,,, ㅠㅠ
제가 출장중이라 관리가 안되었습니다. 다시 메일주시면 보도록 하겠습니다~
늦은나이에 전장설계하는 회사에들어왔는데 진짜 아무것도 모르는 생초보입니다.
덕분에 용어라든지 알기쉽게 정리해주셔서 항상 잘보고 공부하고있습니다.
감사합니다.
방문해주셔서 감사합니다. 시간내는대로 꾸준히 업데이트 하도록 하겠습니다. 궁금하신 사항있으시면 댓글 및 메일 작성해주세요~