月: 2023年11月

서보모터란?

서보모터는 인코더를 내장하면서 변위를 자유롭게 결정할 수 있는 모터의 총칭입니다. 서보는 Servant(노예)가 어원이며, 지정된 대로 동작하는 것을 의미합니다. 로봇이나 가공기에 많이 사용됩니다.

서보 모터의 사용 용도

서보모터는 가정용으로는 거의 볼 수 없지만, 산업용으로는 광범위하게 사용되고 있습니다.

일례로 자동차 공장의 조립 로봇 등이 있습니다. 서보 모터를 사용하면 수많은 부품을 빠르고 정확하게 조립할 수 있습니다.

자동차 공장에서는 도장이나 용접 작업에도 서보 모터를 이용한 로봇이 사용됩니다. 프로그램에 따라 정확하고 빠르게 동일한 동작을 재현할 수 있습니다.

또한, 반도체 제조장치나 의료기기 등 정밀 산업용 기기에는 높은 재현성과 정확성이 요구됩니다. 크고 작은 많은 서보모터가 생산 설비에 사용되고 있습니다.

서보 모터의 원리

현재 널리 보급된 소형 AC 서보모터는 영구자석형 동기모터가 사용됩니다. 동기 모터는 회전자, 고정자, 베어링, 케이싱 등으로 구성됩니다.

영구자석형 동기 모터의 회전자에는 영구자석이 부착되어 있고, 고정자 권선이 외주를 원형으로 둘러싸고 있습니다. 고정자 권선에는 외부에서 연결된 배선이 교류 전류를 흐르게 합니다.

전류가 흐르는 고정자 권선은 전자석이 됩니다. 교류가 주파수에 따라 위상이 변하기 때문에 전자석도 시간이 지남에 따라 극성이 변합니다.

반면 회전자는 영구자석의 극성이 고정되어 있기 때문에 고정자의 위상 변화에 따라 회전합니다. 이것이 서보 모터의 회전 동작 원리입니다.

서보모터는 대부분 소형 소용량 제품이 많습니다. 그러나 대용량 서보 모터에는 유도 모터가 사용되는 경우도 있습니다.

서보 모터의 가장 큰 특징은 인코더가 함께 제공된다는 것입니다. 인코더를 통해 모터 변위를 제어 장비에 피드백할 수 있습니다.

서보 모터의 전원은 전용 제어 장비를 사용합니다. 제어기기에 의해 인코더의 신호를 읽고, 회전수나 속도 등을 제어할 수 있는 기기입니다.

서보모터 전용 제어기기는 서보 드라이버 또는 서보 앰프라고 불리며, 모터 제조사 등에서 판매되고 있습니다.

서보 모터의 기타 정보

1. 서보 모터와 스테퍼 모터의 차이점

스테퍼 모터는 1펄스당 회전하는 횟수가 정해져 있기 때문에 펄스 신호로 회전의 각도와 속도를 쉽고 정확하게 제어할 수 있습니다. 구조도 간단하고 비용도 저렴하지만, 급격한 부하에서는 동기화가 어긋나거나 고회전에서는 토크가 작아지고 소리가 커집니다.

반면 서보모터는 센서로 회전을 감지해 피드백 신호를 드라이버에 보냅니다. 제어 신호와 피드백 신호를 비교하여 차이가 없어지도록 출력을 조정하기 때문에 세밀한 제어가 가능합니다.

스테퍼 모터보다 부드럽게 회전하며 고토크, 고회전, 급격한 부하에서도 안정적입니다. 반면, 모터와 드라이버가 복잡하고 고비용이며, 피드백 신호와 비교하여 제어하기 때문에 출력 변화에 대한 지연이 발생합니다. 서보 모터는 자주 시동과 정지를 반복하거나 초저속, 후진 등 세밀한 제어가 필요한 경우에 사용됩니다.

2. 서보 모터의 토크

서보 모터의 토크는 정격 토크와 순간 최대 토크로 나뉩니다. 정격 토크는 모터의 정격 출력, 정격 회전 속도 상태에서 출력되는 토크를 말합니다. 정상 작동 시에는 이 토크 이하로 사용합니다.

순간 최대 토크는 단시간에 출력할 수 있는 최대 토크이며, 가속과 감속에 걸리는 시간을 단축할 수 있습니다. 정격 토크의 3~5배 정도의 토크를 발생시킬 수 있지만, 순간 최대 토크로 모터를 계속 사용하면 모터의 수명이 짧아집니다.

정상 운전 시에는 정격 토크 이하로 사용해야 모터의 수명이 길어집니다. 서보 모터를 선택할 때 기계의 부하 토크, 관성 모멘트, 기계의 제어 패턴 등을 고려하여 필요한 모터의 속도와 토크를 찾아야 합니다.

3. 서보 모터 사용 방법

서보 모터는 프로그래머블 컨트롤러, 서보 앰프, 서보 드라이버를 연결하여 사용합니다.

로봇이나 컨트롤러 등 전자공작에 사용되는 서보모터는 마이크로컴퓨터 보드와 배터리로 작동합니다. 서보모터용 라이브러리가 제공되는 것도 있어 코드만 작성하면 쉽게 움직일 수 있습니다.

레이저 모듈이란?

레이저 모듈은 레이저를 이용하여 동작하는 다양한 기기에 필요한 레이저 광원을 생성하기 위한 장치 일체를 말합니다.

현재 레이저를 이용한 기기가 많이 존재하며, 특히 계측 장치나 위치 감지 장치, 그리고 각종 센서 등에 레이저 광원은 필수적인 존재로 자리 잡고 있습니다. 계측용 레이저는 가시광선 범위의 청색, 녹색 및 적색 레이저가 많지만, 그 파장 범위에서 벗어난 가공용으로 사용되는 레이저도 있으며, 그 위험도에 따라 클래스 1부터 클래스 4까지 등급이 구분되어 있습니다.

레이저 모듈의 사용 용도

레이저 모듈의 사용 용도는 파장에 따라 다르지만, 일반적으로 계측 용도나 포인터, DVD 등의 픽업 광원, 반도체 부품의 배선 가공, 제품의 수지 소재 등에 마크 인쇄 용도 등에 사용됩니다.

현미경이나 간섭계 등의 계측기기에는 주로 적색 레이저가 이용됩니다. 따라서 계측기기용 적색 레이저를 안정적으로 발진할 수 있는 레이저 모듈이 많이 시판되고 있는 상황입니다. 가시광선 영역의 광원은 크게 증폭하지 않으면 비교적 안전하기 때문에 레이저 포인터나 프로젝터에도 사용됩니다.

한편, 레이저 가공기 등에는 다양한 파장의 레이저가 사용됩니다. 그 파장에 따라 가공할 수 있는 소재와 피가공물의 손상이 달라집니다.

레이저 모듈의 원리

레이저 모듈의 원리는 필요한 레이저 빛의 파장과 위상을 맞추기 위해 그 파장에 적합한 원소를 사용하고, 유도방출이라는 물리적 원소의 에너지 준위 전이를 활용한다는 점에 있습니다.

특정 파장의 빛을 얻기 위해서는 특정 원소로 구성된 매체를 준비합니다. 이 원소가 여기상태에서 준위가 낮아질 때 일정한 전자기파 에너지를 방출하고, 그 에너지에 해당하는 파장의 광원을 얻을 수 있습니다.

레이저 모듈에서는 이 광원의 위상을 맞추기 위해 한 번에 많은 여기된 원소의 레벨을 떨어뜨려야 합니다. 이를 위해 유도방출과 같은 물리 현상을 이용합니다. 유도방출은 이 원소의 여기된 준위와 규정 준위 사이의 에너지 차이에 해당하는 빛이 입사되면 그 부분의 전자도 함께 에너지를 방출하는 현상입니다. 이 현상으로 인해 같은 위상의 빛을 얻을 수 있습니다.

레이저 모듈에서는 이 유도방출을 동시에 많이 하기 위해 원소 전체를 한꺼번에 여기 상태로 유도방출 현상을 일으키는 사이클을 반복하여 일정 파장의 레이저 소스를 얻을 수 있는 구조로 되어 있습니다.

레이저 모듈의 기타 정보

1. 레이저 광원의 등급 분류

레이저 광원은 그 안전 관리에 따라 클래스 분류가 이루어지고 있으며, 클래스 1부터 클래스 4까지 단계별 분류가 있습니다. 예를 들어, 클래스 1은 안전상 문제없이 특별한 대책이 필요 없지만, 클래스 4는 0.5W 이상의 CW를 다루는 고출력 레이저로, 비록 반사광이라 하더라도 피부나 안구에 화상이나 손상 등이 우려되는 레이저입니다.

보호구를 포함한 충분한 안전 조치가 필요하며, 제품에는 보통 해당 레이저 등급에 따른 경고 라벨이 표시되어 있습니다. 또한, 제품에 따라서는 인터록을 포함한 보호 커버를 장착하면 클래스 4에 해당하는 레이저라도 클래스 1로 취급해도 괜찮다고 하는 제품도 있습니다. 해당 레이저 모듈의 사양과 일본공업규격 ‘레이저 제품의 방사선 안전기준’인 JIS C 6802의 원문을 통해 구체적인 내용을 잘 확인하는 것이 중요합니다.

2. 레이저 모듈의 파장 사례

레이저 모듈의 파장은 다양한 파장의 제품들이 출시되어 있습니다. 가시광선은 380nm 부근의 보라색을 하한으로 하여 780nm 부근의 적색까지 용도에 따라 취급되고 있으며, 포인터 용도나 계측기기에는 적색 레이저가 널리 사용되고 있습니다.

한편, 가공용 레이저 광원의 대표적인 사례는 CO2 레이저로, 그 파장은 10.6um와 9.6um로 가장 긴 파장을 가지고 있습니다.

FPGA란?

FPGA는 ‘Field Programmable Gate Array’의 약자로, 설계자가 현장에서 논리회로의 구성을 프로그래밍할 수 있는 논리회로를 집적화한 소자를 말합니다.

전용 로직 IC는 회로가 고정되어 있어 일부 변경 시에도 마스크 등의 재설계/재제작이 필요하지만, FPGA는 설계자가 자유롭게 회로를 변경할 수 있는 논리회로라는 점이 특징입니다.

기존에는 이러한 목적에 부합하는 디바이스로 PLD가 있었지만, 이 PLD를 대규모화하면서 회로 구성을 SRAM에 기록하여 얼마든지 회로 변경이 가능하도록 한 것이 FPGA이며, FPGA는 미국 자일링스(Xilinx)사에 의해 개발되었습니다.

FPGA의 사용 용도

FPGA는 차량용 기기, 데이터 센서, 딥러닝 등에 사용되며, CPU의 프로그램 처리로 처리할 수 없는 고속 논리 연산을 수행하기 위해 대규모 논리 회로를 채택합니다. 이를 위해 전용 LSI(ASIC 등)를 설계/제조하는 것이 대응책 중 하나이지만, 전용 LSI는 회로 변경이 어렵습니다.

반면, FPGA는 회로 설계자가 애플리케이션 회로를 자유롭게 설계할 수 있고, 회로 변경이 용이하기 때문에 논리회로의 개발비용을 크게 절감할 수 있습니다. 이러한 특징으로 인해 FPGA는 다양한 분야에서 폭넓게 사용되고 있습니다.

1. 차량용 기기

차량용 기기에 채택되는 이유로는 개발 주기의 단축, 변경에 대한 유연성, 요구 품질에 맞는 디바이스의 등장 등을 들 수 있습니다. 그 구체적인 예로 운전 지원 시스템의 영상 분석을 들 수 있습니다.

운전 지원 시스템에서는 차량에 장착된 카메라에서 얻은 실시간 영상 신호를 즉각적으로 분석하여 운전자의 운전 조작을 지원해야 하므로, 저지연 및 고정밀도의 알고리즘이 필요합니다. 이를 위해서는 빠른 연산 처리가 필요한데, 이를 만족시키면서 디바이스 내 전자제어 기능을 필요에 따라 변경할 수 있는 FPGA가 적합합니다.

2. 데이터 센터

데이터센터 분야에서도 FPGA의 채용 사례가 늘고 있습니다. 특히 CPU를 대신해 AI, 보안, 인증, 실시간 분석, 딥러닝 등의 처리를 담당합니다. 또한, 대규모 데이터 시스템의 성능을 향상시키기 위해 FPGA를 채택하는 경우도 있습니다. 네트워크/스토리지 시스템에 광대역 및 저지연 연결성을 제공함으로써 데이터 처리 속도를 높일 수 있습니다. 또한, 데이터 압축, 채우기 처리 등에도 대응할 수 있습니다.

3. 딥 러닝

딥러닝의 세계에서는 하루가 다르게 최적의 모델링이 변화하기 때문에 FPGA의 회로 변경 유연성이 매우 유용합니다. 이 용도와 같이 시스템을 자주 개선하는 용도로는 최적의 디바이스입니다.

FPGA의 원리

FPGA는 프로그래밍이 가능한 비교적 작은 크기의 논리 블록을 격자 모양으로 배열하고 그 사이에 세로와 가로 방향으로 배선로를 설치한 구조를 기본으로 하는 LSI입니다. 하나의 논리 블록은 작지만, 많은 블록을 조합하여 대규모 회로를 구현합니다.

기본 논리 블록은 LUT(Look Up Table)와 플립플롭, 그리고 부가 회로를 추가하여 기본 논리 블록이 구성됩니다. 또한, 논리 블록은 배선로에 설치된 스위치 매트릭스(트랜스퍼 게이트)에 의해 임의로 연결할 수 있습니다.

LUT는 SRAM을 이용한다. 스위치 매트릭스의 ON/OFF도 SRAM에 기록된 데이터에 의해 제어된다. 또한, SRAM은 전원이 꺼지면 데이터가 사라지기 때문에 FPGA는 전원을 켤 때 외부에서 회로 정보(구성 데이터)를 읽어온다.

FPGA의 내부 구성은 기본 요소인 논리 블록 외에 내부 배선로, 클럭 전용 배선, 곱셈기(DSP), I/O부, PLL, 블록 RAM 등으로 구성되어 있습니다. 이들은 어떤 회로 패턴이든 쉽게 배선할 수 있도록 그물망 모양으로 배열되어 있습니다.

FPGA의 기타 정보

1. 설계 도구

기존 FPGA 설계에는 RTL(Register Transfer Level)이 설계 언어로 사용되어 왔습니다. 설계자의 RTL을 바탕으로 FPGA 벤더가 제공하는 툴에서 FPGA에 기록할 다운로드 파일을 생성했습니다.

하지만 최근에는 고수준 합성 컴파일러라는 툴이 FPGA 벤더에서 출시되고 있습니다. 이 고급 합성 컴파일러를 이용하면 효율적인 설계가 가능해짐과 동시에 회로 검증 시간도 줄어들게 되었다. 그 결과 제품 개발 기간을 단축하는 데 기여하고 있습니다.

현재 FPGA 벤더들이 제공하는 고급 합성 컴파일러는 다음과 같은 세 가지가 있습니다.

• 모델 기반(DSP) 컴파일러
• HLS 컴파일러
• OpenCL 컴파일러

FPGA를 사용하여 회로를 검토할 때는 보통 평가 보드를 사용합니다. 그 평가 보드는 반도체 벤더, 평가 보드 제조사, 위탁 설계 업체 등 다양한 업체에서 판매되고 있습니다. 따라서 평가 보드의 종류도 매우 다양하며, 기술 수준과 목적에 맞는 평가 보드를 선택해야 합니다. 대표적인 업체로는 아래 6곳을 꼽을 수 있습니다.

• HiTech Global
• BittWare
• TUL
• IOxOS
• 포트웰 재팬
• ANVENT

2. 시장

글로벌인포메이션(Global Information)의 2020년 4월 보고서에 따르면, FPGA 시장은 2020년 59억 달러에서 2025년 86억 달러로 성장할 것으로 예측했습니다. 연평균 성장률(CAGR)은 7.6%가 될 것으로 예상됩니다. 구체적인 수치는 공개되지 않았지만, FPGA 시장을 기술 노드별로 분류하면 2019년에는 28나노 이하 제품 구성 비율이 가장 큰 것으로 보입니다.

또한 저소비 전력 제품의 등장 등에 의해 2025년을 향해도 28nm 미만의 제품이 높은 성장을 나타낼 것으로 예측하고 있으며, 2020~2025년 FPGA 시장을 견인하는 용도로는 클라우드 · 컴퓨팅을 위한 고성능 · 컴퓨터와 5G 네트워킹 등을 들 수 있습니다.

파워 서플라이란?

파워 서플라이는 콘센트 등의 교류 전원을 안정적인 직류 전원으로 변환하는 장치입니다.

콘센트 등의 교류전원은 산업용, 가정용을 막론하고 고전압이기 때문에 그대로는 전자기기를 사용할 수 없습니다. 따라서 기기에 적합한 직류 전압으로 변환해야 합니다.

일반적인 파워 서플라이는 크게 ‘스위칭 방식’과 ‘변압기 방식’으로 나뉘는데, 현재는 소형화, 경량화, 고효율 등의 측면에서 스위칭 방식이 주류를 이루고 있습니다.

파워 서플라이의 사용 용도

파워 서플라이는 이름 그대로 전원을 공급하기 위한 장치입니다. 교류 전원을 전자기기에 적합한 직류 전압으로 변환하기 위한 것이므로 가정에 있는 거의 모든 전자기기류에 내장되어 있습니다.

벽면 콘센트에 케이블을 연결하면 케이블 반대편에 전원공급장치가 있다고 생각해도 좋을 정도로 모든 전자기기에 사용되고 있습니다.

전압을 조절할 수 있는 장치이기 때문에 파워서플라이를 사용하면 변압기를 사용하지 않고도 전원 전압을 공급할 수 있습니다.

파워 서플라이의 원리

변압기 방식의 파워 서플라이는 교류의 전원 전압을 변압기로 적절한 전압으로 변환하고, 정류기로 직류로 정류합니다. 이를 커패시터로 평활화하여 안정적인 직류 전압을 공급합니다.

스위칭 방식의 전원 공급 장치는 교류 전원 전압을 직류로 변환하고, 이를 고속 스위칭 회로에서 펄스 형태의 고주파 전력으로 변환합니다. 이 고주파 전력을 변압기를 사용하여 전력을 정류, 평활화하여 적절한 직류 출력 전압을 얻습니다.

변압기 방식은 노이즈를 작게 억제할 수 있지만, 크기가 크고 무거워지고 전력 효율이 떨어집니다. 반면 스위칭 방식은 효율이 높고 가벼울 수 있지만 소음이 커진다는 단점이 있습니다.

전원공급장치를 100% 효율로 작동시킬 수 없기 때문에 손실이 열로 발생하여 열이 발생합니다. 그 발열량은 일반적으로 다음 공식으로 구할 수 있습니다.

발열량(W) = 입력 전력 – 출력 전력 = (출력 전력/효율) – 출력 전력

발열량이 너무 크면 출력 저하 및 고장의 원인이 됩니다.

파워 서플라이에 대한 기타 정보

1. 전원 공급 장치 자체 제작에 대해

전원 공급 장치는 구조가 간단하기 때문에 직접 만들 수 있습니다. 필요한 재료는 저항, 평활 커패시터, 다이오드 등 네 가지입니다.

먼저 저항으로 수돗물 전압을 낮추고 다이오드로 직류로 바뀝니다. 그런 다음 다이오드를 사용하여 직류로 바뀝니다. 이때 전파 정류를 위해서는 두 개의 다이오드가 필요합니다.

마지막으로 평활 커패시터를 부하와 병렬로 연결하면 완성됩니다. 저항은 변압기로 대체할 수도 있다. 전원 공급 장치의 용량은 이러한 개별 부품의 용량에 따라 결정됩니다. 여러 개의 부하를 연결하면 더 많은 용량이 필요합니다.

2. 소형 전원 공급 장치

산업용 전원 공급 장치는 일반적으로 제어반에 수납되는 경우가 많으며, 제어반에 부착할 수 있을 정도로 크기가 작습니다. 현재 DIN 레일 장착이 주류를 이루고 있다고 할 수 있습니다.

일반 가정에서는 컴퓨터나 스마트폰 충전에 사용되는 AC 어댑터가 전원 공급 장치입니다. 소형화도 진행되어 손바닥만한 크기로도 제작되고 있습니다. 음향기기 관련에서는 앰프용으로 파워 서플라이가 사용된다. 이 역시 손바닥만한 크기로 8대 정도의 기기에 전원을 분배할 수 있습니다.

3. 파워 서플라이에 의한 노이즈

음향기기 용어로 파워 서플라이는 이펙터 등에 전원을 공급하는 장치입니다. 이펙터는 음악에 리버브, 로우패스 필터 등의 효과를 추가하는 장치입니다. 분류상으로는 아날로그 장비와 디지털 장비로 나뉩니다.

파워 서플라이 자체는 용량만 맞으면 1개로 여러 개의 이펙터에 전원을 공급할 수 있습니다. 그러나 아날로그 계열 이펙터와 디지털 계열 이펙터를 같은 전원공급장치에 연결하면 노이즈가 발생합니다.

원인은 디지털 이펙터의 작동 방식에 있습니다. 디지털계 이펙터는 전자 회로를 이용하고 있기 때문에, 음성 신호나 전기 신호를 초퍼 등으로 변환해 구형파를 만들고 있습니다. 구형파는 아날로그 파형에 왜곡을 일으키기 때문에, 음성의 노이즈가 되어 버립니다. 노이즈 대책으로서 아날로그계 이펙터와 디지털계 이펙터의 파워 서플라이를 나눕니다. 전기적으로 절연함으로써 구형파에 의한 노이즈를 제외할 수 있습니다.

하프 피치 커넥터란?

하프 피치 커넥터는 일반 풀피치 커넥터에 비해 피치 길이가 절반인 커넥터입니다. 풀피치 커넥터의 핀 길이가 2.54mm인 반면, 하프피치 커넥터는 1.27mm입니다. 풀피치 커넥터는 미군의 조달규격인 MIL 규격이나 독일의 산업규격인 DIN 규격에 준하는 제품이 주를 이루지만, 하프피치 커넥터는 제조회사에 따라 다양한 규격의 제품이 출시되고 있습니다.

하프 피치 커넥터의 사용 용도

하프 피치 커넥터는 다양한 전자기기의 인터페이스 역할을 합니다. 계측기기, 산업용 로봇, 반도체 및 액정표시장치 제조장치, 신칸센 등 철도 제품, ATM, 발전설비 등 많은 산업제품에 사용됩니다. 다양한 제조사에서 독자적인 규격의 하프피치 커넥터를 출시하고 있기 때문에 사용 용도에 적합한 하프피치 커넥터를 선정하는 것이 중요합니다. 제품의 일부로 사용할 때는 하프피치가 부착된 소켓 측과 피치에 맞는 구멍이 있는 플러그 측의 두 가지로 출시된 제품을 선택하는 것이 좋습니다.

하프피치 커넥터의 원리

하프피치 커넥터의 원리를 설명합니다. 하프피치 커넥터는 피치가 있는 소켓 측과 구멍이 있는 플러그 측으로 나뉘어져 있습니다. 소켓 측은 피치가 있는 소켓 콘택트부와 콘택트가 내장된 본체인 하우징부, 절연체로 만들어진 하우징과 소켓 콘택트를 보호하기 위한 케이스인 소켓 쉘로 구성되어 있습니다. 플러그 측은 피치 구멍이 있는 플러그 접점부, 하우징부, 플러그 쉘로 구성되어 있다. 각 부품은 아일렛이라는 고정장치로 고정됩니다.

연결 방식으로는 기판과 기판을 연결하는 방식, 기기와 기기를 연결하는 방식, 단락 커넥터나 IC 소켓 등의 전자 부품을 연결하는 방식이 있습니다. 기판과 기판을 연결하는 방식의 연결 방법은 각각의 기판에 플러그와 소켓을 장착하여 연결합니다. 수평 연결, 수직 연결, 스태킹 연결 등의 연결 종류가 있습니다.

하프피치 커넥터의 기판

하프피치 기판은 일반 기판의 부품 피치인 3.5㎜의 절반인 3.5㎜가 되기 때문에 상당히 특수한 기판이 되며, 거기에 실장할 수 있는 리드 부품도 하프피치에 맞는 부품으로 구성됩니다. 그 중에서도 커넥터는 그 커넥터의 핀 피치가 하프피치에 맞는 커넥터를 사용하게 됩니다. 기존에는 하프피치라는 것이 핀 피치 표준화에서 벗어나서 불리했지만, 요즘은 리드가 있는 부품 자체가 줄어들고 대부분의 부품이 면실장 부품으로 바뀌면서 반대로 절연을 확보할 수 있는 저전압 회로라면 면적을 줄일 수 있는 하프피치 기판과 커넥터 및 관련 하프피치 대응 부품이 우세합니다. 관련 하프피치 대응 부품이 우세해지면서 자동차나 사무기기에서 하프피치 기판 설계가 재조명되고 있습니다.

하지만 피치가 좁아지면 마이그레이션이나 트래킹과 같은 노화에 따른 절연 파괴가 발생하기 쉬워져 신뢰성이 저하되는 것은 피할 수 없는 문제입니다. 따라서 하프피치를 채택하기 위해서는 사용 환경을 잘 파악해야 합니다.

하프피치 커넥터 대응 반도체

하프피치 커넥터 대응 반도체는 일반 기판 피치의 절반인 하프피치 기판에 실장 가능한 반도체 부품을 말합니다. 최근 궁극적인 미세화를 추구하는 반도체 기술 트렌드에서 특수한 좁은 피치 패턴, 즉 엇갈린 배치의 접점 및 비아를 수반하는 배선의 최소 하프피치가 고밀도, 즉 단위 기능당 저비용으로 집적회로를 제조할 수 있는 공정 능력을 가장 잘 대변하고 있습니다.

과거를 돌이켜보면, 삼성전기가 금속 피치 분야에서 선두를 지켜왔지만, 앞으로는 다른 제품을 대체할 수 있는 가능성이 충분히 있습니다. 예를 들어, 스마트 폰의 경우, 로직에서 그 물리적 게이트 하단의 길이로 인해 최고 성능에 필수적인 최첨단 기술을 대표했던 전례가 있습니다. 전통적으로 큰 기술 진보를 금속의 하프 피치로 표현해 왔는데, 반도체를 이용한 스마트 폰이 그 좋은 예입니다.

도어 스위치란?

도어 스위치는 도어의 개폐에 따라 접점 출력을 하는 기기입니다.

널리 사용되는 접점식 도어 스위치는 리미트 스위치나 마이크로 스위치와 유사한 구조의 기기로 문이나 문에 고정하여 사용하는 것이 특징입니다.

도어 스위치의 사용 용도

도어 스위치는 산업 및 가전제품에 널리 사용되는 기기 중 하나입니다. 도어 스위치의 사용 용도는 다음과 같습니다.

• 냉장고나 전자레인지의 문 개폐 감지용
• 축사 자동 점등용
• 대형 프레스나 운반 장비의 연동용
• 제어반의 조명 자동 점등용
• 프린터나 복합기의 트레이 개폐 감지용
• 자동차 도어 개폐 감지용

가장 일반적으로 사용되는 사례는 냉장고입니다. 냉장고는 문을 장시간 계속 열면 부저가 울리거나, 개방 시 내부 조명을 점등하는 제품이 많습니다. 이때 문 개폐 감지에 도어 스위치가 사용됩니다.

또한 산업계에서는 안전용 인터록 장치로 도어 스위치를 사용하는 경우가 있습니다. 주로 대형 제조 장비 등에 사용되며, 인명사고 예방 차원에서 설치되는 경우가 많습니다.

대형 장비나 고토크 동력장치에 휘말리는 사고가 과거보다 많이 발생하고 있습니다. 이러한 인명피해를 미연에 방지하기 위해 장치 전체를 안전펜스로 덮는 등의 조치를 취합니다. 펜스만으로는 사람이 장비에 접근하기 어렵기 때문에 문 등을 설치하는데, 문을 열면 장비가 정지하도록 인터록을 설치하는 경우가 많습니다.

인터록에 사용하는 도어 스위치를 안전 도어 스위치라고 부르기도 합니다. 도어 스위치만으로는 인터록이 불완전하다고 판단되는 경우에는 전자기 잠금장치가 있는 도어 스위치 등을 채택하기도 합니다.

도어 스위치의 원리

도어 스위치는 접점, 기구부, 설치부 등으로 구성됩니다.

1. 접점

접점은 디지털 접점 신호를 발신하는 부품입니다. 주로 은, 금 등의 재료가 사용됩니다. 접점의 허용 전류 값은 수A 정도가 일반적이며, 제어용 회로에 내장되는 경우가 많습니다.

2. 기구부

기구부는 도어의 개폐를 감지하는 부품입니다. 용도에 따라 접촉식 제품과 비접촉식 제품 등이 있습니다. 접촉식 제품에는 주로 마이크로 스위치가 내장되어 있고, 비접촉식 제품에는 리드 스위치가 내장되어 있습니다.

3. 설치부속품

설치금속은 도어에 장착하기 위한 부속품입니다. 나사 고정 등의 구조의 제품이 일반적입니다 원터치 플러그를 사용한 제품도 판매되고 있습니다.

도어 스위치의 종류

도어 스위치는 용도에 따라 다양한 종류의 제품이 존재합니다. 대표적인 종류는 다음과 같습니다.

1. 비접촉식 도어 스위치

비접촉식 도어 스위치는 내부에 리드 스위치를 내장한 도어 스위치입니다. 전용 액추에이터가 부착되어 있으며, 내장된 자석으로 개폐를 감지한다. 도어와 접촉하지 않기 때문에 기계적으로 마모될 수 있는 부품이 적은 것이 특징입니다.

일반적인 리드 스위치는 자석을 사용하면 접점 개폐가 가능하지만, 안전용도의 경우 전용 액추에이터를 사용해야 하는 구조로 되어 있습니다. 이는 리드 스위치의 오작동 등을 방지하기 위함입니다.

2. 접촉식 도어 스위치

접촉식은 내부에 마이크로 스위치를 내장한 구조의 도어 스위치입니다. 끝부분의 액추에이터가 문에 접촉하여 문이 닫혔음을 감지합니다. 다양한 액추에이터의 제품이 판매되고 있습니다.

견고하고 저렴하기 때문에 냉장고 문이나 프린터 등에 접촉식 도어 스위치가 사용됩니다. 그러나 오랜 사용으로 인해 내부 스프링이 약해지면 오작동이 발생할 위험이 있습니다.

3. 전자기 잠금장치 도어 스위치

전자기 잠금장치는 전자기 잠금장치로 문을 잠그는 기능을 가진 도어 스위치입니다. 안전 용도로 도어 스위치를 사용하는 경우, 도어 스위치가 고장나면 인명사고의 원인이 될 수 있습니다.

전자기 잠금장치가 있는 도어 스위치를 선택하면 도어 잠금을 통해 오침입을 방지할 수 있습니다. 일반적으로 잠금 시 억지로 열면 설비가 정지하도록 인터록을 설치합니다.

토탈 카운터란?

토탈 카운터는 동작 횟수나 물체의 수를 계수하여 표시하는 기기입니다.

카운트한 수치를 표시하는 기능만 있는 카운터로, 공장 장비의 생산대수나 동작 횟수를 육안으로 확인하는 용도로 사용됩니다. 카운트는 리셋 버튼 등으로 리셋할 때까지 유지됩니다.

카운트 수에 따른 제어 출력은 없습니다. 카운트 수를 설정하여 출력하려면 프리셋 카운터를 사용합니다.

토탈 카운터의 사용 용도

토탈 카운터는 산업용으로 널리 사용되는 기기입니다. 다음은 토탈 카운터의 사용 용도 중 일부입니다.

• 진공 차단기의 동작 횟수 확인
• 대형 탈수장치의 운전 횟수 확인
• 프레스기나 컨베이어의 반송 배치 수 확인

기본적으로 배치로 운전하는 산업기기에 사용됩니다. 진공 차단기 등은 운전 횟수에 따라 수명이나 정비 빈도가 결정되는 경우가 있기 때문에 토탈 카운터가 함께 제공되는 경우가 많습니다. 또한, 거대 원심분리기나 필터 프레스 등은 운전횟수를 카운터로 카운트하는 경우가 일반적입니다.

토탈 카운터의 원리

토탈 카운터의 카운팅 방식은 두 가지가 있습니다.

전기회로의 접점 신호나 펄스로 카운트하는 전자식 카운터와 카운터 내에 내장된 전자석의 자력에 의해 카운트하는 전자기식 카운터입니다. 용도 등에 따라 구분하여 사용합니다.

1. 전자식 카운터

로터리 엔코더나 광전 스위치 등의 검출 장치 펄스 신호를 입력하는 카운터입니다. 디지털 회로 데이터를 저장하기 때문에 내부에서는 2진수로 처리됩니다. 표시는 7세그먼트 표시가 일반적입니다.

펄스 폭 등의 출력 감도나 불감 시간 등의 설정이 가능한 제품도 많이 판매되고 있습니다. 전자기 카운터에 비해 검출 속도도 빠릅니다. 그러나 대부분 작동을 위해 전원이 필요한 경우가 많습니다. 배터리나 건전지로 작동하는 제품도 판매되고 있습니다.

2. 전자기 카운터

검출 장치가 발산하는 펄스 전기 신호에 의해 카운터에 내장된 전자석이 작동하는 카운터입니다. 전자석의 힘으로 다이얼을 움직여 카운트합니다.

기계적인 동작으로 카운트하기 때문에 외부 전원이 필요 없는 제품이 일반적입니다. 감지 장치에서 발생하는 노이즈의 영향을 덜 받는 것이 특징입니다. 단, 카운터의 응답성은 전자식 카운터에 비해 느리다는 단점이 있습니다.

토탈 카운터 선택 방법

토탈 카운터는 입력 방식과 전원 방식 등에 따라 선택합니다.

1. 입력 방식

입력 방식은 카운팅에 사용하는 입력 종류입니다. 일반적으로 무전압 접점 입력이 사용됩니다.

트랜지스터 접점을 입력할 수 있는 카운터도 판매되고 있습니다. 이 경우 트랜지스터의 입력 전원을 선정해야 합니다.

2. 전원 방식

토탈카운터 자체에 전원이 필요한 경우 전원을 공급해야 합니다. 배터리식인 경우에는 외부 전원을 필요로 하지 않습니다. 단, 배터리식인 경우 사용 시간에 따라 배터리가 방전될 수 있습니다.

전원을 공급할 경우 주요 전원 사양은 DC24V, AC100V, AC200V 등입니다. 상용 전원을 그대로 사용하려면 AC100V나 AC200V를 선택합니다. 제어 전원으로 DC24V를 갖는 기기의 동작 카운터로 사용할 경우 DC24V 사양을 선택하는 경우도 있습니다.

3. 설치 방법

토탈카운터는 제어반 판넬에 표면 장착하는 경우가 많은 제품입니다. 카운터 뒷면에는 단자대 등이 설치되어 제어반 등의 내선과 연결됩니다.

토탈카운터에 맞는 구멍을 뚫고 나사를 자르고 나사 등으로 고정합니다. 제어반 내부 보호를 위해 연결면에는 고무 패킹이 부착되어 있습니다. 패킹을 통해 고정하면 기밀성이 높아져 제어반 내부로 물방울이 침입하는 것을 방지할 수 있습니다. 제조사에 따라 설치틀이나 설치용 부속품이 별도로 판매되고 있습니다.

4. 리셋 방법

토탈 카운터에는 리셋 버튼이 있으며, 카운트를 리셋하고 싶을 경우 리셋 버튼을 눌러 리셋할 수 있습니다. 무전압 접점을 연결하여 리셋할 수 있는 제품도 판매되고 있습니다. 접점 출력으로 리셋을 원할 경우 리셋 접점이 있는 제품을 선택합니다.

디지털 타이머란?

디지털 타이머는 미리 설정한 시간이 지나면 자동으로 스위치가 켜지고 꺼지는 기기입니다.

디지털 타이머에는 아날로그 타이머와 디지털 타이머가 있는데, 다이얼 눈금 등으로 수동으로 설정하는 아날로그 타이머에 비해 수치로 설정하는 디지털 타이머가 더 세밀한 설정이 가능합니다. 이 경우 제어 정밀도는 높아지지만 설정 방법이 아날로그 타이머에 비해 다소 복잡해집니다.

디지털 타이머의 사용 용도

디지털 타이머는 다양한 분야에서 사용되고 있습니다. 일정 시간만 가동하고 싶은 장비에 대해 디지털 타이머를 도입하면 원하는 타이밍에 해당 장비의 동작을 멈출 수 있습니다.

1. 제조 현장에서의 용도

제조 현장 등에서 사용하는 디지털 타이머는 제품의 품질과 안정성에 영향을 미치기 때문에 고정밀도와 다기능이 특징입니다. 일반적으로 기능이 고도화될수록 가격도 비싸지는데, 1대당 천엔에서 수만엔이 기본입니다.

플리커 동작이나 원샷 출력의 유무, 온딜레이/오프딜레이 제어의 유무, 인터벌 기능의 유무 등 성능에 따라 가격이 달라집니다.

2. 스포츠 분야에서의 용도

스포츠 분야에서 활용되는 디지털 타이머는 관중들이 볼 수 있는 대형 제품과 시인성이 높은 것이 특징입니다. 실시간을 표시할 수 있는 기능을 겸비한 디지털 타이머가 많이 사용되며, 육상 경기와 같이 정밀한 시간 측정이 필요한 스포츠의 경우 출발과 결승점에 센서를 설치해 자동으로 시간을 측정하는 제품도 판매되고 있습니다.

디지털 타이머의 원리

디지털 타이머에는 자동으로 켜고 끌 수 있는 기능이 있습니다. 각 용도에 맞게 기능의 사용법과 원리를 이해하면 보다 효과적으로 사용할 수 있습니다.

디지털 타이머는 장치의 입력부에서 보내온 신호를 받아 정해진 시간을 측정합니다. 미리 정해진 시간이 지나면 출력 신호가 나와 기계를 정지시키거나 가동하는 등의 제어가 이루어지는 구조입니다.

디지털 타이머의 종류

디지털 타이머는 제어에 따라 크게 4가지 종류가 있습니다.

1. 온딜레이 제어의 디지털 타이머

온딜레이 제어는 설정된 시간이 지나면 접점이 켜진 후 조금 더 시간이 지나면 동작이 시작되는 제어 방식입니다. 전압을 차단하면 접점이 즉시 복귀하는 장점이 있는 반면, 접점 전환에서 장치가 작동하기까지 시간 지연이 있습니다.

푸시 버튼식 신호등 등은 온딜레이 제어를 사용하여 타이머 시간에서 더 많은 경과 시간을 확보하여 작동하고 있습니다.

2. 오프 딜레이 제어의 디지털 타이머

오프 딜레이 제어는 접점이 전환된 직후부터 동작이 시작되는 제어 방식입니다. 장치가 작동하기까지 시간 지연이 적다는 장점이 있는 반면, 접점 전환에서 복귀까지 시간이 걸립니다.

인감 센서에 의해 자동 점등되는 조명 등은 오프 딜레이 제어로 작동되는 경우가 많습니다.

3. 플리커 동작의 디지털 타이머

플리커 동작은 켜짐과 꺼짐을 일정 주기로 반복하는 동작입니다. 플리커 동작에도 두 가지 동작 방식이 존재하는데, 출력이 꺼진 상태에서 시작하여 꺼짐, 켜짐, 꺼짐을 반복하는 동작을 ‘플리커 오프 스타트’, 출력이 켜진 상태에서 시작하여 켜짐, 꺼짐, 켜짐을 반복하는 동작을 ‘플리커 온 스타트’라고 합니다.

일정 시간마다 켜짐과 꺼짐을 전환해야 하는 경우에 활용할 수 있지만, 켜짐과 꺼짐이 전환되는 시간은 동일한 설정 시간이 됩니다. 만약 양자를 서로 다른 시간으로 설정하고 싶다면 트윈 타이머 기능이 있는 기기를 선택해야 합니다.

주기적으로 신호를 보내어 알려주는 용도로 많이 사용되며, 신호등, 깜빡이는 신호등, 부저의 간헐적인 소리 등 우리 주변에서 쉽게 접할 수 있는 곳에서 활용되고 있습니다.

4. 인터벌 동작의 디지털 타이머

인터벌 동작이란 타이머에 입력과 동시에 출력이 켜지고 설정된 일정 시간이 지나면 출력이 꺼지는 동작을 말합니다. 출력이 켜졌다가 꺼지는 시간을 미리 설정해 두면 설정된 시간에서 벗어나지 않고 장치를 움직일 수 있습니다.

출력을 켜는 계기로는 전원 스타트와 신호 스타트가 있습니다. 인터벌 동작의 실용적인 예로는 유원지 애플리케이션 등이 있습니다.

회로 보호기란?

회로 보호기는 계장용 전원 차단기를 말합니다. 회로(circuit)는 전기 회로를 의미합니다. 따라서 회로 보호기를 직역하면 ‘전기 회로 보호 장치’라고 할 수 있으며, 그 용도에 맞게 사용됩니다.

저용량인 대신 일반 저압용 차단기보다 차단 속도가 빠른 것이 특징입니다. 이러한 특징 때문에 제어회로나 계장회로의 보호 용도로 주로 사용됩니다. 1차측에 설치되는 저압용 차단기보다 먼저 동작하여 상위 회로를 보호합니다.

회로보호기 사용 용도

회로 보호기는 계장 회로 및 제어 회로에 사용됩니다. 차압전송기, 전자기유량계 등 산업용 측정기기를 계장품이라고 하며, 계장품의 전원 공급 및 신호 송수신 회로를 계장회로라고 합니다. 계장회로는 산업 장비 중 중요도가 높은 것에 비해 전력 소모가 적은 것이 특징입니다.

회로 보호기를 사용하면 계장 회로 이상 발생 시 영향을 최소화하면서 상위 회로를 보호할 수 있습니다. 제어회로는 산업기기의 동력이나 열원을 제어하는 전기회로입니다.

산업용 대형 모터는 전자기 접촉기 등의 구동장치로 운전 및 정지를 제어합니다. 대형 모터는 대형 전력을 소비하지만, 구동장치의 제어에 사용되는 전력 소비는 적은 편입니다.

하지만 제어 회로에 이상이 생기면 산업기기가 제어 불능 상태에 빠지기 때문에 제어 회로의 중요성이 높습니다. 회로 보호기를 사용하면 제어 회로 이상 시 영향을 최소화할 수 있습니다.

회로 보호기의 원리

일반적으로 널리 사용되는 회로 보호기는 트립 코일, 접점 부품, 케이싱, 핸들 등의 부품으로 나뉩니다 트립코일은 과전류 시 전자기 코일의 자력으로 접점을 열어 회로를 차단하는 부품입니다. 바이메탈보다 즉각적인 반응성이 뛰어나므로 회로 보호기의 차단 메커니즘에 채택됩니다.

접점 부분은 실제로 회로에 전기를 흐르게 하는 금속 부품으로, 접점 부분이 열리면서 회로를 차단합니다. 재료로는 구리나 은 합금이 사용됩니다. 케이싱은 회로 보호기의 외곽으로 절연성을 가진 수지가 사용됩니다. 구동용 스프링과 설치 브래킷으로부터 접점을 절연하는 역할을 합니다.

핸들은 사람이 조작할 수 있도록 하는 인터페이스 부품입니다. 핸들과 스프링에 의해 접점을 입출력하여 통전 차단을 제어합니다. 회로 보호기는 대부분 트립 프리 기능을 갖추고 있습니다.

트립 프리 기능이란 핸들을 입력 상태로 고정시켜도 과전류 트립이 발생하면 우선적으로 접점을 개방하는 기능입니다. 회로보호기의 주요 기능 중 하나로, 회로 차단의 신뢰성과 안전성을 향상시킵니다.

회로 보호기 선택 방법

회로 보호기는 계측, 제어 회로에 사용되며, 3상 동력 모터의 차단기로는 잘 사용되지 않습니다.

먼저 회로의 상수를 확인합니다. 계측 및 제어 회로에 사용하는 경우 대부분 단상인 경우가 많으며, 1상 또는 2상 회로 보호기를 선택합니다.

1상 회로 보호기를 사용하면 공간을 절약할 수 있어 경제적이지만 회로를 완전히 차단할 수 없습니다. 따라서 대지간 전압이 0V인 상을 공통상(공통선)으로 사용하며, 2상 모두 대지간 전압이 0V가 아니면 반드시 2상 이상의 회로 보호기를 선택해야 합니다.

3상 회로 보호기는 전압 지시계 등 3상 전압을 지시하는 회로 등에 사용합니다. 드물게는 소형 3상 모터용 차단기로도 사용됩니다.

상수가 결정되면 2차측에 연결할 기기의 정격전류를 확인하고, 2대 이상 연결할 경우 합계를 정격전류로 하여 정격전류 이상의 용량을 가진 회로보호기를 선정합니다.

정격전류 이하의 회로보호기를 선정할 경우, 정상 사용 시 트립의 위험이 높습니다. 제어 및 계장 회로는 중요도가 높은 경우가 많아 자주 트립되면 비경제적이므로 여유를 두고 용량을 선정해야 합니다.

회로보호기의 기타 정보

1. 회로 보호기 제조업체

국내에서는 미쓰비시전기의 회로보호기를 많이 볼 수 있습니다. 또한, (주)닛코전기제작소는 배선용 차단기인 스미토모 회로차단기 전문 제조업체입니다.

현재는 업계 유일의 완전 전자기식 차단기에 관해서는 시리즈화에 성공했으며, 관련 부품인 누전차단기, 전기기기 보호용 프로텍터, 전류 제한기, 각종 전원장치 설계 및 제작, 이색적으로 음식물쓰레기 처리기 등도 설계 제작 및 생산하고 있는 기술 메이커입니다.

타이코 일렉트로닉스 재팬도 회로 보호기를 제작하고 있으며, 판매는 아사히 기켄공업이 담당하고 있습니다. 이튼 일렉트릭 재팬(Eaton Electric Japan Co., Ltd.)도 회로 보호기를 판매하고 있습니다.

이 회사는 완전한 외국계 기업으로 1899년 전기 제어 기술이 탄생한 독일이 발상지입니다. 창업 이래 100년 이상의 경험을 쌓아온 옛 회사명 뮬러는 2008년 미국 이튼 일렉트릭 재팬의 일원이 되었고, 이튼 일렉트릭 재팬은 1974년 일본 사무소를 설립하여 이후 45년 이상 일본에서 고객 지원을 해온 회사가 되었습니다.

2. 회로 보호기의 가격

인터넷 쇼핑몰 모노타로에서 저렴한 것은 1,000엔 정도에 판매되고 있습니다. 제조사는 미쓰비시전기, 후지전기 등 일본 대기업 전기 메이커의 회로보호기가 많아 특수품이 아니라면 쉽게 구할 수 있는 부품입니다.