月: 2024年1月

리드 스위치란?

리드 스위치는 유리관 내의 자화 가능한 두 개의 리드로 전기 접점을 켜고 끄는 스위치입니다.

일반적인 리드 스위치는 개방 시에는 리드 접점 단부의 작은 틈새로 접점을 개방하고, 두 개의 리드 접점 단부에 외부 자기장(자석 등)을 가까이 하면 리드의 접점 단부가 서로 끌어당겨 닫히면서 폐쇄됩니다.

리드 스위치의 사용 용도

리드 스위치는 다음과 같은 용도로 사용됩니다.

• 수도계량기, 오토바이/자전거 속도계 등의 회전 감지
• 백색가전의 문이나 뚜껑 등의 개폐 감지
• 탱크 액면 레벨의 액량 감지
• 유압, 공압 실린더의 개폐 감지

리드 스위치는 자석으로 ON-OFF하기 때문에 비접촉으로 신호를 감지할 수 있습니다. 주로 비접촉으로 장치의 상태를 감지하기 위해 사용합니다.

리드 스위치의 원리

리드 스위치의 구성 부품은 유리관, 리드 조각, 자석, 접점 등입니다.

자화되기 쉬운 두 개의 자성체 리드 조각을 일정한 겹침과 간격을 두고 유리관 안에 봉입합니다.
자석 등을 가까이 하면 두 개의 리드 조각에 딸린 접점 끝부분이 서로 끌어당겨 폐회로로 연결됩니다.
자석을 멀리하면 리드의 스프링 힘으로 접점이 열립니다.
접점은 질소와 함께 유리관에 밀봉되어 외부 환경과 절연됩니다.

접점에 먼지가 묻지 않기 때문에 리드 스위치는 접촉 저항이 매우 작습니다. 접점의 재질은 주로 금속이며, 작동 거리가 짧기 때문에 최대 수억 번의 개폐 수명이 있습니다.

리드 스위치의 기타 정보

1. 리드 스위치의 고장에 대해

리드 스위치는 움직이는 부분이 있는 부품입니다. 따라서 고장이 발생할 가능성이 전혀 없는 것은 아닙니다. 주요 고장으로는 접점 불량, 접점 고착, 예상치 못한 오작동 등이 있습니다.

접점 불량

접점 불량의 요인은 자석의 노후화나 접점 표면의 화학적 변화로 인한 탄화 등이 있습니다. 접점 표면의 탄화는 질소 분위기에서는 발생하기 어렵기 때문에 유리관이 깨졌을 가능성이 있습니다.

접점 고착

접점 고착의 원인은 스프링의 열화 및 과전류에 의한 접점 용착을 들 수 있습니다. 스프링의 열화는 주로 노화에 의한 것이지만, 접점 용착은 전기 회로 쪽에도 이상이 있을 수 있으므로 주의해야 합니다.

예기치 못한 오작동

예기치 않은 오동작은 위의 두 가지 원인 중 여러 가지 원인이 무작위로 겹쳐서 발생했을 가능성이 있습니다. 이 경우 원인을 파악하는 것은 매우 어렵습니다.

리드 스위치는 고장 가능성이 비교적 낮은 부품입니다. 고장에 대처하기 위해서는 회로의 이중화 설계와 오작동 방지 설계가 필수적입니다. 또한 리드 스위치는 가격이 저렴하기 때문에 처음부터 일정한 주기로 교체하는 것을 전제로 설계하는 경우도 있습니다.

2. 리드 스위치 주의 사항

리드 스위치는 자석의 접근을 감지합니다. 그러나 스위치가 작동하는 작동 영역이 균일하지 않기 때문에 채터링이 발생할 위험이 있습니다. 장치 설계에는 채터링을 고려한 설계가 필요합니다.

한편, 리드 스위치의 접점 간 거리는 매우 작고 접촉 압력도 미미합니다. 정밀 부품이기 때문에 정격 전류 값 내에서 엄격하게 사용해야 합니다. 또한, 정격 전류 값 내에서 사용하더라도 강한 충격을 가하지 않도록 주의해야 합니다.

또한, 강한 자기장 하에서 리드 스위치를 사용하면 오작동이 발생할 수 있습니다. 이러한 환경에서는 자기 차폐를 통해 외부 자력을 차단해야 합니다.

COM Express란?

COM Express는 PICMG가 정한 COM(영문: Computer On Module)의 표준 규격입니다.

기존 COM에 PCI Express, 시리얼 ATA 등의 기술을 채택한 것을 말합니다. 캐리어 보드와 카드 리지로 연결되는 CPU, 메모리, 버스 등을 탑재한 기판으로 컴퓨터로서의 기능을 충분히 발휘할 수 있는 장치입니다.

제품에 COM Express를 채택하면 제품 개발을 빠르게 진행할 수 있을 뿐만 아니라, 개발의 간소화 및 개발 비용도 절감할 수 있습니다. 또한, COM Express 규격에 대응하는 모듈이 향후 지속적으로 시장에 출시되기 때문에 제품의 미래성을 향상시킬 수 있습니다.

COM Express의 사용 용도

COM Express는 유연성과 확장성으로 인해 다양한 애플리케이션과 산업에서 사용되고 있다. 다음은 주요 사용 사례 중 일부입니다.

1. 산업용 컴퓨터

공장 자동화, 산업 제어, 로봇 기술과 같은 산업 응용 분야에서 COM Express는 컴퓨터 시스템의 견고성과 신뢰성을 제공합니다. 사용자 정의 가능한 기능과 확장성은 이러한 애플리케이션에 필요한 특정 요구 사항을 충족하는 데 필수적입니다.

2. 의료 기기

진단 및 치료 장비와 같은 의료 분야의 응용 분야에서 COM Express는 신뢰성과 높은 성능을 제공합니다. 빠른 데이터 처리와 실시간 반응성은 환자 진단 및 치료에 있어 매우 중요한 요소입니다.

3. 항공 및 방위 산업

COM Express 모듈은 항공기 항법 시스템, 군용 통신 장비 등 항공 및 방위 산업에서 높은 성능과 신뢰성이 요구되는 애플리케이션에 널리 사용되고 있습니다. 견고함과 장기적인 지원이 필요한 이러한 산업에서 COM Express는 이상적인 솔루션을 제공합니다.

4. 통신 네트워크

COM Express는 통신 인프라의 요구 사항을 충족하기 위해 빠른 데이터 전송과 높은 신뢰성을 제공합니다. 네트워크 스위치 및 라우터와 같은 장비에서 COM Express는 신뢰할 수 있는 고성능 플랫폼을 제공합니다.

COM Express의 원리

COM Express는 기판, CPU, 메모리, 버스, USB 등과 연결할 수 있는 인터페이스, 카드 리지 삽입부, 캐리어 보드와의 연결부로 구성됩니다. 캐리어 보드에 구현 가능하며, 캐리어 보드에 새로운 모듈을 삽입하여 제품의 기능을 확장할 수 있습니다.

COM Express에 채택된 기술인 PCI Express는 고속으로 전기 신호를 주고받을 수 있는 확장 슬롯의 규격으로, 그래픽 카드 등을 삽입할 수 있습니다. 또한, 같은 기술인 시리얼 ATA는 하드디스크 등과 COM Express를 연결하기 위한 규격으로, 고속으로 데이터를 주고받을 수 있습니다.

COM Express의 종류

COM Express는 용도와 요구사항에 따라 다양한 폼팩터와 핀 배치를 제공합니다. 그 중 대표적인 것은 4가지 폼팩터와 3가지 핀 배열입니다.

1. 폼팩터에 따른 분류

COM Express Mini
가장 작은 모델이며, 매우 작은 풋프린트를 필요로 하는 애플리케이션을 위해 설계되었습니다. 모바일 기기나 소형 기기에서 흔히 볼 수 있습니다.

COM Express Compact
COM Express Mini보다 약간 더 크고 더 강력한 컴퓨팅 성능과 연결 옵션을 제공합니다. 컴팩트한 디자인으로 다양한 용도로 사용할 수 있습니다.

COM Express Basic
가장 일반적인 폼팩터로 다양한 I/O와 고성능 컴퓨팅 옵션을 제공합니다. 산업용 장비, 네트워크 장비 및 기타 고성능 시스템에 널리 사용됩니다.

COM Express Extended
가장 큰 폼팩터로 가장 높은 성능의 컴퓨팅 능력과 가장 광범위한 I/O 옵션을 제공합니다. 가장 까다로운 애플리케이션을 충족하도록 설계되었습니다.

2. 핀 배치에 따른 분류

Type 6
가장 일반적인 핀 배열이며 일반적인 I/O 및 디스플레이 인터페이스를 제공합니다. 일반적으로 그래픽 처리 능력이 중요한 애플리케이션에 사용됩니다.

Type 7
서버용 애플리케이션에 최적화되어 있으며, 디스플레이 인터페이스 대신 10GbE(10기가비트 이더넷) 및 추가 PCI Express(PCIe) 레인을 제공합니다.

Type 10
COM Express Mini 전용 핀 배치로 소형화 및 내구성을 최우선으로 한다. 모바일 및 저전력 애플리케이션에서 흔히 볼 수 있습니다.

이러한 유형 덕분에 COM Express는 다양한 요구사항과 애플리케이션에 적응할 수 있으며, 모든 산업의 요구를 충족시킬 수 있습니다. 이것이 COM Express가 업계에서 광범위하게 채택된 이유 중 하나입니다.

바코드 리더기란?

바코드 리더는 바코드로 표현된 숫자나 문자를 광학적으로 읽어내어 바코드에 기재된 정보를 읽어내는 장치를 말합니다.

현재 시중에 나와 있는 대부분의 바코드 리더기는 적외선 레이저를 이용한 광원과 그 반사광을 수광하는 부분, 그리고 스캔한 데이터를 PC로 전송하는 부분으로 구성되어 있습니다.

바코드 리더기의 사용 용도

바코드 리더기는 제품에 부여된 바코드를 판독하여 물류의 상품 유통 관리를 할 때 사용됩니다. 그 외에도 의료 분야의 의약품 관리, 슈퍼나 편의점의 계산대 관리 등 편의성 향상을 위해 이제는 없어서는 안 될 존재로 자리 잡았습니다.

판독되는 바코드에는 여러 규격이 있는데, 일본의 소매점에서는 주로 JAN이라는 규격의 바코드가 사용되며, 의료 분야에서는 GS1 데이터 바라고 불리는 더 많은 정보를 기록할 수 있는 바코드가 주로 사용됩니다.

또한, 스마트폰 앱으로 익숙한 QR 코드도 2차원 바코드의 일종으로, 스마트폰뿐만 아니라 시중에서 판매되는 바코드 리더기에서도 읽을 수 있는 기종은 존재합니다.

바코드 리더의 원리

바코드 리더의 원리는 흑백 라인의 검은색 부분에 조사된 레이저 빛은 흡수되고, 흰색의 조용한 영역에 조사된 레이저 빛만 반사되는 물리현상을 이용합니다. 레이저 빛을 바코드에 비추어 스캔할 때 반사광의 유무를 수광소자로 인식하여 바코드의 라인 정보를 아날로그 신호로 판독합니다.

이후 수광소자에서 취득한 미약한 아날로그 파형을 증폭하여 임계치를 초과한 부분은 1, 그 외는 0으로 디지털 신호로 변환하여 디코딩함으로써 정보를 복원하고 수치화하는 방식입니다.

이때 바코드와 직각이 되도록 레이저를 조사하지 않도록 주의해야 합니다. 직각으로 레이저를 조사하면 강한 정반사광을 수광하기 때문에 그 출력만 다른 난반사광에 비해 지나치게 커져 깨끗한 아날로그 파형을 얻을 수 없게 됩니다. 따라서 많은 바코드 리더기는 바코드에 대해 비스듬히 입사하도록 설정해야 합니다.

바코드 판독기의 종류

바코드 판독기는 판독 코드와 판독 방법의 관점에서 몇 가지 종류가 있습니다.

1. 읽기 코드

• 1차원 바코드 리더기
  바코드에 레이저 빛을 조사하여 판독하는 ‘레이저 엔진형’과 바코드에 LED 빛을 조사하여 판독하는 ‘CCD 엔진형’이 있습니다.
• 2차원 바코드 리더기
  근거리에서 원거리까지 판독이 가능한 ‘장거리형’, 해상도가 높고 흔들림에 강한 ‘고성능 CMOS형’, 가격이 저렴하지만 손떨림에 취약한 ‘저가형 CMOS형’이 있습니다.

2. 판독 방법

• 펜형 스캐너
  펜으로 긋듯이 스캔합니다.
• 고정형 스캐너
  리더기를 특정 위치에 고정합니다.
• 카드 리더기
  카드에 기재된 바코드를 읽습니다.
• 휴대용 스캐너
  리더기를 손에 들고 판독부에 접촉시킵니다.

바코드 리더기 기타 정보

1. 바코드 리더기의 판독 정확도

바코드 리더기의 판독 정확도는 ‘판독률’과 ‘오독률’에 의해 결정됩니다. 판독률은 바코드 스캔 횟수 대비 판독에 성공한 횟수로 정의됩니다. 예를 들어, 바코드 스캔 횟수가 1,000회이고 판독에 성공한 횟수가 995회라면 판독률은 99.5%입니다. 오독률도 마찬가지로 판독한 횟수 대비 오독한 횟수로 정의됩니다.

판독률은 바코드 라벨의 품질, 코드 리더의 해상도, 판독 횟수, 디코딩 알고리즘에 따라 달라집니다. 이 중 특히 중요한 요소는 바코드 라벨의 품질입니다.

바코드에 얼룩이나 스크래치가 없고, 코드 폭이 표준에 맞고, 콘트라스트가 높은 상태라면 100%에 가까운 판독률을 보일 수 있습니다. 그러나 실제로 판독하는 바코드가 깨끗한 상태인 경우는 드물며, 제조업체는 악조건에서도 높은 판독률을 보장할 수 있어야 합니다.

2. 바코드 리더의 인터페이스

바코드 리더기의 데이터를 PC로 가져오는 통신 인터페이스에는 USB, RS232C, PS/2의 유선 타입 외에도 블루투스 등 무선 연결이 가능한 제품도 있습니다. 요즘은 얇은 노트북의 활용도가 높아짐에 따라 RS232C, PS/2가 아닌 USB 타입의 채택이 늘어나고 있는 추세입니다. 이 USB 타입은 PC의 OS에 따라 지원되는 것과 그렇지 않은 것이 있으므로 주의가 필요합니다.

3. 고정식 바코드 리더기에 대하여

고정식 바코드 스캐너는 제조 및 물류 산업에서 중요한 장치입니다. 제조 장비에 내장하거나 고정된 위치에 설치하여 컨베이어를 통해 흐르는 제품이나 화물의 바코드를 광학 센서나 레이저 기술로 자동으로 판독합니다. 판독 거리와 각도에 따라 근거리용 스캐너와 장거리 스캐너 등이 있으며, 효율적인 생산 관리와 추적이 가능합니다.

에칭 장비란?

에칭 장비는 반도체 등의 제조 공정인 에칭 가공에 사용되는 장비입니다.

에칭 가공은 가공 대상의 표면을 절단 또는 용해시켜 가공하는 기술을 말합니다. 에칭 장비는 반도체 웨이퍼 위에 형성된 박막 등을 에칭 가공하여 CPU 등 전자소자 제조에 필수적인 장비입니다.

최근 전자소자의 고기능화에 따라 에칭은 더욱 미세한 가공이 요구되고 있습니다. 공정도 복잡해져 하나의 전자부품을 제조하기 위해 여러 대의 에칭 장비가 사용되는 경우도 많습니다.

에칭 장비의 사용 용도

에칭 장비는 전자기기 제조에 없어서는 안 될 장비입니다. 구체적인 사용 용도는 다음과 같습니다.

• PC용 CPU 등 집적회로
• 인쇄 회로 기판
• 액정 디스플레이 패널
• 플라즈마 디스플레이 패널

이들 제조에는 포토리소그래피가 이용되고 있습니다. 포토리소그래피는 감광성 물질을 도포한 위에 빛을 비춰 물체 표면을 가공하는 기술로, 에칭은 포토리소그래피의 한 공정입니다.

에칭 공정에서는 웨이퍼의 산화막에 레지스트가 코팅된 부분은 남고, 레지스트가 없는 부분은 벗겨집니다. 요철이 생기고 패턴이 형성됩니다.

에칭 장비의 원리

에칭 장비는 습식 에칭과 건식 에칭의 두 가지 유형으로 나뉩니다.

1. 습식 에칭

산 또는 알칼리성 약액을 사용하여 산화막을 녹이는 가공입니다. 한 번에 많은 수의 처리량을 처리할 수 있고, 생산 품질이 안정적입니다.

약액이 비교적 저렴하기 때문에 저렴하게 제조할 수 있습니다. 다만, 에칭 방향이 한 방향으로만 진행되기 때문에 수직 방향의 가공이 불가능하며, 1μm 정도의 가공이 한계입니다.

2. 건식 에칭

건식 에칭은 약액을 사용하지 않는 에칭 가공입니다. 건식 에칭 중 플라즈마 에칭이 가장 널리 사용되고 있습니다. 진공 상태에서 가스를 고전압으로 플라즈마화하는 방법입니다.

플라즈마화 방법에는 유전체 결합형과 마이크로웨이브형 등이 있으며, 모두 고주파 전원을 사용합니다. 생성된 플라즈마로 대상물 표면을 깎아내는 방식으로, 습식 에칭에 비해 가격이 비싼 것이 특징입니다. 하지만 100nm~1000nm의 미세한 홈 가공이 가능합니다.

플라즈마 에칭 외에도 이온 충돌에 의한 이온 에칭과 가스를 이용하는 가스 에칭 등이 있습니다. 모두 진공 장치가 필요합니다.

에칭 장비의 기타 정보

1. 에칭 장비 시장과 점유율

세계 전자기기 시장은 계속 확대되고 있으며, 이를 뒷받침하는 반도체 산업의 중요성은 점점 더 커지고 있습니다. 반도체 세계 시장은 리먼 쇼크 등의 불황을 겪으면서도 확대되는 추세입니다.

최근에는 저장매체를 3D 구조로 만들어 더욱 미세화하는 기술 개발이 활발히 이루어지고 있습니다. 이에 따라 3D화를 위한 핵심 기술로서 에칭 장비의 중요성이 더욱 커지고 있습니다.

에칭장비 소비 시장 규모는 2018년 기준 13,893억 원입니다. 소비 지역별 점유율은 한국(28%), 중국(19%), 일본(19%), 대만(14%), 미국(10%) 순이다. 벤더 국적별 점유율은 2018년 미국(64%), 일본(32%)으로 2018년 기준 미국과 일본 기업이 과점하고 있습니다.

참고: 2031년도 안보무역관리대책 사업

2. 드라이 에칭 장비와 3차원 NAND 시장

드라이 에칭은 미세 가공을 하는 기술 중 하나로, 가공하는 재료에 따라 다양한 장비가 판매되고 있습니다. 다만, 실리콘용이나 금속 배선용 등 주로 반도체나 금속을 대상으로 하는 장비가 주류를 이루고 있습니다. 일반 반도체 공장에서는 절연막 드라이 에칭 장비의 비중이 높습니다.

2015년 이후 지금까지 반도체 제조 장비 중 가장 큰 시장이었던 노광 장비의 시장 규모를 넘어 2017년에는 드라이 에칭 장비의 시장 규모가 107억 달러에 달했습니다.

드라이 에칭 장비의 시장 규모가 급성장하는 이유는 메모리의 3차원 구조화 때문입니다. 미세화가 진행됨에 따라 건식 식각 공정이 증가하면서 플래시 메모리는 3차원 구조로 개발되기 시작했습니다.

3차원 낸드플래시 메모리의 셀을 형성하기 위해서는 다양한 가공이 필요합니다. 특히 채널 홀의 심공 가공이 어려워 장시간의 에칭 공정이 필요합니다. 반도체 메모리 공장에서는 시간당 처리량이 중요합니다. 따라서 건식 식각 장비의 설치 대수를 늘려 처리 능력을 확보합니다.

안전문 스위치란?

안전 도어 스위치는 스크린 도어 커버 등의 개폐 상태를 확인하기 위해 사용하는 안전장치 입니다.

산업기계는 강력한 토크와 압력이 가해지는 장비가 많아 문이나 덮개가 열린 상태에서 기계가 작동하면 인명피해가 발생할 수 있습니다. 따라서 안전펜스 내로 침입 가능한 상태에서는 장비가 작동할 수 없거나, 토비라가 열리는 타이밍에 장비를 정지시키는 등의 연동장치로 사용되는 경우가 많습니다.

ISO14119 등 다양한 안전규격이 존재하며, 규격품은 단일 고장에도 안전센서로서의 기능을 잃지 않도록 되어 있다. 국내외 인증기관에서 발행하는 인증마크가 있는 안전도어 스위치를 선택하면 보다 높은 안전성을 확보할 수 있습니다.

세이프티 도어 스위치의 사용 용도

안전 도어 스위치는 안전 또는 장치 보호를 위해 사용됩니다. 다음은 안전 도어 스위치의 사용 용도의 한 예입니다.

1. 기계 및 로봇 제어

기계의 시동/정지 제어 및 산업용 로봇의 안전성을 확보하기 위해 사용됩니다. 제조 현장에서 많이 사용되는 산업 기계의 가동 범위 바깥쪽에는 안전 울타리가 있는데, 대부분 안전 도어 스위치를 사용합니다. 문이나 덮개가 열리면 기계가 자동으로 정지하도록 설계되어 인명사고를 방지합니다.

2. 방범 용도

건물 방범에도 사용되기도 한다. 건물 출입구 문에 안전 도어 스위치를 설치하여 부주의한 개폐 시 경보를 발령하여 불특정인의 침입을 방지합니다.

3. 의료기기

기계 보호 및 안전성을 높이기 위해 의료기기에도 사용되며, MRI(자기공명영상진단) 검사실 등에는 안전문 스위치가 달린 문이 있어 개폐 시 검사를 중단시킵니다. 안전 도어 스위치는 MRI 검사의 안전성을 확보하는 데 필수적인 역할을 합니다.

안전 도어 스위치의 원리

안전 도어 스위치는 센서와 제어 회로 등으로 구성됩니다.

1. 센서

도어나 커버의 개폐 상태를 감지하는 부품이 센서입니다. 이들은 마이크로 스위치나 리미트 스위치 또는 마그네틱 리드 스위치와 같은 형태입니다. 도어의 개폐 상태를 감지하여 제어회로에 신호를 피드백합니다.

2. 제어 회로

제어 회로는 기계의 자동 정지 등을 담당하는 전기 회로입니다. 센서의 피드백을 통해 제어 회로가 작동하여 문이 열리면 기계를 자동으로 정지시킵니다.

때로는 비상 정지 스위치와 함께 사용되기도 합니다. 비상 정지 스위치는 위험 발생 시 신속하게 기계를 정지시키는 스위치입니다.

안전 도어 스위치와 비상 정지 스위치를 함께 사용하면 작업자와 주변 사람들을 더욱 확실하게 보호할 수 있습니다.

안전 도어 스위치의 종류

안전 도어 스위치는 크게 비접촉식과 전자기 잠금식으로 나뉩니다.

1. 비접촉식

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

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

2. 전자기 잠금식

전자기 잠금식은 전자기 잠금에 의한 도어 잠금 기능을 가진 도어 스위치입니다. 전자기 잠금식을 선택하면 도어 잠금을 통해 오침입을 방지할 수 있습니다. 일반적으로는 잠금 시 억지로 열면 설비가 정지하도록 인터록을 설치합니다.

안전문 스위치의 기타 정보

유사한 안전기기

안전 도어 스위치와 유사한 안전장치로는 라이트 커튼과 레이저 스캐너를 들 수 있습니다. 이는 가시광선 및 적외선을 차단하여 침입을 감지하는 장비입니다.

최근 제조 현장에서는 공간 절약과 레이아웃 변경에 유연하게 대응하기 위해 라이트 커튼이나 레이저 스캐너를 사용하는 경우가 많아지고 있습니다.

스위칭 파워 서플라이란?

스위칭 파워 서플라이는 직류 전원 중 스위칭 레귤레이션 방식으로 직류 전원을 공급하는 장치입니다.

일반적인 파워 서플라이는 간단한 회로 구조로 가격이 저렴하면서도 무게가 무거운 리니어 방식과 IC화를 통해 컴팩트한 스위칭 방식으로 크게 나뉩니다. 각각의 특징에 따라 선형 방식은 간단한 AC 어댑터, 스위칭 방식은 설비 전자부품의 전원 공급 등에 사용됩니다.

스위칭 파워 서플라이의 사용 용도

스위칭 파워 서플라이의 사용 용도는 산업용 정보기기의 전원 공급입니다. 최근에는 전자기기의 고도화와 함께 AC 어댑터도 무게가 무거운 선형 방식에서 컴팩트한 스위칭 방식으로 전환되고 있습니다.

또한, USB 전원의 보급과 함께 스위칭 파워 서플라이는 소형 전자기기의 전원 공급에 필수적인 부품입니다. 산업 분야에서는 자동화 설비의 솔레노이드 밸브, 센서 등의 제어용 전자 부품을 안정적으로 구동하기 위해 직류 전원을 안정적으로 공급하는 부품으로 널리 사용되고 있습니다.

스위칭 파워 서플라이의 원리

스위칭 파워 서플라이는 AC100V 등의 교류 전원을 입력으로 사용하여 DC5~30V 등의 직류 전원으로 변환하여 안정적으로 공급하는 기기입니다.

일반적인 스위칭 파워 서플라이의 회로 구성은 다음과 같습니다.

• 입력 정류 평활 회로
  입력된 교류 전원을 최대한 평활화합니다.
• 스위칭 회로
  교류 전원을 직류 전원으로 스위칭할 수 있습니다.
• 출력 정류 평활 회로
  변환 후 왜곡된 직류 전원을 평활화합니다.
• 제어 회로
  출력 전압과 출력 전력을 제어합니다.

이 구성으로 정전압의 안정적인 직류 전원을 얻을 수 있습니다.

스위칭 전원 공급 장치의 기타 정보

1. 정류기와 전원 공급 장치의 차이점

정류기는 전류를 한 방향으로 흐르게 하는 성질을 가진 소자의 총칭이며, 전원 공급 장치는 전원 공급 장치의 총칭입니다. 정류기는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 소자라고 할 수 있습니다. 다이오드나 스위칭 장치로 전류를 한 방향으로 흐르게 합니다.

정류에는 ‘반파 정류’와 ‘전파 정류’가 있습니다.

• 반파 정류
  교류 회로에서는 양극과 음극의 전류가 교대로 흐르는데, 이 양극 또는 음극 중 하나의 전류를 제거하는 것이 ‘반파정류’입니다. 회로 구성이 간단하고 비용이 저렴하지만, 효율이 낮고 큰 전류에 대응할 수 없습니다.
• 전파 정류
  전파정류는 플러스와 마이너스 전류를 모두 받아들여 한 방향의 전류로 변경하는 방식입니다. 스위칭 파워 서플라이에서는 주로 이 방식을 사용합니다. 반파 정류에 비해 효율이 높고 맥동도 작게 억제할 수 있습니다.

전파 정류에는 2개의 다이오드를 사용하는 방식과 4개의 다이오드를 조합한 브리지 회로 방식 등이 있습니다. 이러한 정류 후의 전류는 불안정하기 때문에 정류기의 출력에 평활화를 위한 커패시터 등의 회로를 결합하여 맥동을 제거하여 전원 공급 장치로서의 기능을 발휘합니다.

2. 스위칭 파워 서플라이의 고장 원인

스위칭 파워 서플라이의 고장 원인은 ‘외부 요인’과 ‘내부 요인’이 있습니다.

외부 요인에 의한 고장

• 물리적 파괴
• 번개에 의한 갑작스러운 고전압 및 노이즈 유입
• 먼지나 습기 유입에 의한 회로 단락 고장
• 화학물질이나 부식성 가스에 의한 회로 곳곳의 파괴

특히 낙뢰에 의한 돌발적인 고전압의 가해지는 것은 전원장치 내부의 각 소자를 비롯한 전자부품을 파괴합니다. 이러한 고장을 예방하기 위해서는 서지 킬러와 같은 보호회로 제품을 설치하는 것이 효과적입니다.

내부적 요인에 의한 고장

내부적 요인은 전해 콘덴서, 냉각팬, 반도체 부품 등의 열화나 고장으로 인한 것입니다. 파워서플라이의 사용 가능 수명은 사용 환경과 시간 등에 따라 크게 달라집니다.

DIN 커넥터란?

DIN 커넥터는 독일 공업규격인 DIN 규격에 부합하는 커넥터를 말합니다.

모양은 직경 13.2mm의 원형 커넥터가 많지만, 투피스 커넥터라고 불리는 커넥터도 있습니다. 또한, 직경 9.5mm의 소형 원형 커넥터는 미니 DIN 커넥터입니다.

원형 커넥터의 경우, 핀 수는 3핀에서 다수의 핀을 가진 구조입니다. 구형 스피커 DIN 커넥터 등에서는 2핀의 핀 수를 가진 것도 있습니다. 보통 잠금장치가 없기 때문에 강한 힘으로 잡아당기면 빠지게 됩니다. 수형과 암형이 있으며, 플러그의 모양에 맞게 접합하여 사용합니다.

DIN 커넥터의 사용 용도

DIN 커넥터는 음향기기에 사용되는 경우가 많습니다. 구체적으로는 스테레오 신호의 입출력에 사용되며, 레코더의 연결용이나 리모컨 단자, 카 오디오, 스피커 등의 연결에 사용됩니다.

그 외에도 전자 악기, 컴퓨터, TV, 게임기, 마이크 등에도 유용하다. 컴퓨터용으로는 전자 기판끼리 연결하는 투피스 커넥터가 사용되는 경우가 있습니다. 투피스 커넥터는 사각형 모양이며, 핀 수와 피치의 종류가 다양합니다.

DIN 커넥터의 원리

DIN 커넥터에는 수 플러그 측과 암 소켓 측이 있으며, DIN 커넥터의 구조는 수와 암 모두 하우징과 접점부가 있습니다.

수와 암이 잘 결합될 수 있도록 각각 하우징과 접점의 모양이 다소 다르지만, 역할은 동일합니다. 수 플러그와 암 소켓을 결합하면 접점이 접촉하여 전기적 연결이 가능해집니다.

DIN 커넥터의 원형 커넥터는 3pin 이상의 핀 수를 가지고 있으며, 각 핀으로 별도의 신호를 보낼 수 있습니다. 예를 들어, 게임기에 사용되는 원형 커넥터는 음성, 접지, 영상 신호의 Green, Blue, Red의 3색 신호와 전압 신호 등의 데이터를 전송합니다.

DIN 커넥터의 구조

DIN 커넥터는 앞서 설명한 바와 같이 하우징부와 접점부로 구성됩니다.

1. 하우징부

하우징부는 접점이 내장되어 있는 본체 부분입니다. 접점을 보호하기 위해 플라스틱을 주재료로 한 절연체로 만들어져 있습니다.

2. 접점부

접점부는 커넥터를 연결했을 때 전기적 연결을 하는 접점으로, 커넥터의 역할을 합니다.

커넥터의 종류에 따라 접점을 보호하는 쉘이나 쉘과 하우징을 연결하는 아일렛이라는 부품이 사용되기도 합니다.

DIN 커넥터의 종류

DIN 커넥터는 모양에 따라 원형 커넥터, 스피커 DIN 커넥터, 소형 원형 커넥터, 투피스 커넥터 등으로 분류할 수 있습니다. 원형 커넥터는 직경 13.2mm의 커넥터이며, 핀 수는 3핀부터 다수의 핀 수를 가지고 있습니다. 음향기기나 게임기, 컴퓨터 키보드 등을 연결하는데도 사용되었습니다.

스피커 DIN 커넥터는 핀 수는 2pin으로 과거 스피커에 사용되던 커넥터로, 2pin의 핀 모양이 다르기 때문에 핀을 잘못 가리키는 것을 방지할 수 있는 구조입니다.

DIN 커넥터의 기타 정보

DIN 규격

DIN 규격은 독일표준협회가 규정하는 독일 공업규격으로, DIN 커넥터 외에도 자동차 네비게이션의 외형 치수 등이 규정되어 있습니다.

독일은 표준화를 통해 비즈니스와 사회를 발전시키려는 생각이 있어 표준화 활동이 활발합니다. 표준화 규격은 기업뿐만 아니라 연구기관, 소비자 등 누구나 제안할 수 있습니다.

DC 축류 팬이란?

DC 축류 팬(영어: DC axial-flow fan)은 직류 전원을 사용하는 기기 냉각용 축류형 송풍기입니다.

DC 축류 팬을 설치하는 목적은 장비 내부에서 발생한 열을 외부로 배출하거나 반대로 장비 외부에서 내부로 열을 공급하기 위함이다. 이를 통해 장비 내부의 온도를 제어할 수 있습니다.

장비를 구동시키면 일반적으로 열이 발생합니다. 이를 그대로 방치하면 기기 내 전자 부품의 온도가 상승하여 최악의 경우 고장이나 파손이 발생할 수 있습니다. 이때 DC 축류 팬을 사용하면 장비 내부에서 발생하는 열을 배출하여 사고를 미연에 방지할 수 있습니다.

DC 축류팬의 사용 용도

DC 축류팬의 주요 사용 용도는 노트북이나 데스크탑 PC, 제어반이나 계측기기, OA기기, 통신기기, 전원공급장치, 의료 및 이화학기기 내부에 있는 커패시터, IC 등 전자부품의 냉각을 위한 것입니다.

또한, 자동차의 냉각팬, 에어컨의 팬 등을 장기적으로 안정적으로 사용하거나 온도를 제어하기 위해 DC 축류팬이 이용됩니다.

DC 축류팬의 원리

일반적인 DC 축류 팬은 직류 전원으로 구동되는 모터에 날개 모양의 수지 또는 금속 재질의 냉각팬이 장착된 구성입니다. 팬의 앞쪽에서 공기를 흡입하고 뒤쪽으로 배기하여 장비 내부를 냉각시킨다. 반대로 팬 후방에서 흡입하고 전방으로 배출하는 것도 있습니다.

축류 팬은 팬을 이용해 바람을 보내는 방향이 축 방향인 팬이다. 터보 팬 중 가장 효율이 높아 발열체 냉각 용도로 널리 사용됩니다. 저항물에 의한 풍량의 증감이 비교적 적은 것이 축류팬의 특징입니다. 축류 팬을 장비에 장착할 때 팬의 작동 지점을 최대 풍량 쪽으로 하면 장비의 소음과 전력을 낮출 수 있습니다.

또한 최근에는 노트북이나 데스크톱 PC 등에 사용되는 DC 축류 팬의 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 기능이 탑재된 팬은 외부에서 팬의 회전 속도를 제어할 수 있는 기능을 갖추고 있다. 환경 온도를 적절하게 제어할 수 있습니다.

DC 축류 팬을 선택하는 방법

DC 축류 팬을 선택할 때, 먼저 장비의 발열량 W를 추정합니다. 발열량은 기기류의 소비전력을 열량으로 환산하여 계산할 수 있습니다. 그리고 장치 내 허용 온도 상승치 ΔT를 기기의 허용 온도와 팬의 흡입 최고 온도와의 차이로 결정합니다.

다음으로 허용 온도 상승치 ΔT를 만족시키기 위한 필요 풍량 Q를 계산합니다. 또한 장치 내 통풍 저항 또는 과거 데이터를 통해 시스템 저항을 추정합니다. 마지막으로 축류 팬의 압력 P-풍량 Q 특성을 사용하여 팬을 선정하는 순서입니다.

통풍 저항을 추정하기 어려운 경우, 최대 풍량이 필요 풍량의 1.3~2배가 되도록 팬을 선정합니다. 한편, 팬을 사용하면 냉각 대상 기기 내부에 먼지 등이 장기간 유입되어 전자부품의 고장이나 파손을 유발할 수 있습니다.

이 경우, 팬 앞쪽의 흡기 쪽에 필터를 설치하면 장비 내부로 먼지나 이물질이 유입되는 것을 방지할 수 있습니다. 단, 통기 저항을 추가해야 합니다.

DC 축류 팬의 기타 정보

1. DC 팬 모터

DC 축류 팬에 사용되는 DC 팬 모터는 직류 전원으로 작동되는 팬용 전동기로, DC 모터는 산업용, 일반용을 막론하고 널리 사용됩니다. 일반용으로는 휴대하여 얼굴 등을 식히는 선풍기 등에 사용된다. 구조가 간단하고 배터리로 작동할 수 있습니다. 산업용은 자동차의 냉각팬, 에어컨의 팬 등에 사용됩니다.

DC 팬 모터의 구조는 일반적인 브러시형의 경우 철심, 권선코일, 정류자로 구성된 회전자, 철심, 권선코일 또는 영구자석, 브러시로 구성된 고정자로 구성됩니다. 브러시형 DC 팬 모터는 고정자에서 만들어진 자기장 속에서 회전자 자기장이 정류자의 작용으로 회전 자기장이 되어 구동력이 발생한다. 회전자 자기장의 강도를 변화시킴으로써 회전 속도를 쉽게 조절할 수 있습니다.

최근 많이 사용되고 있는 브러시리스 DC 팬 모터는 회전자에 영구자석을 사용하고, 고정자의 자기장 발생 회로를 통해 회전속도를 바꾸는 방식입니다. 브러시 유지보수가 필요없고 효율이 높다는 장점으로 인해 채택이 증가하고 있습니다.

2. DC 축류팬과 AC 축류팬의 차이점

DC 축류 팬과 AC 축류 팬의 차이점은 팬을 구동하는 전원으로, DC 축류 팬은 직류 전원으로 구동되는 반면, AC 축류 팬은 교류 전원으로 구동되는 팬입니다.

DC 축류 팬은 모터의 회로에 따라 회전 속도를 변경할 수 있습니다. 반면 AC 축류 팬은 교류 전원의 주파수에 따라 팬의 회전 속도가 일정하게 유지됩니다.

파워 모듈이란?

파워 모듈은 여러 개의 파워 반도체를 조합하여 전원 관련 회로를 하나의 패키지 모듈로 집적화한 제품을 말합니다.

IC(반도체 집적회로) 안에 필요한 기능을 모아 저전력 설계를 하고 최적화를 통해 공장 등에서 사용되는 산업기기, 대형 백색가전, 자동차, 철도, 신에너지 등 폭넓은 분야에서 사용되고 있습니다. 분야에서 사용되고 있습니다.

현재도 파워모듈 관련 시장 규모는 빠르게 성장하고 있는 상황입니다.

파워모듈의 사용 용도

파워모듈의 가장 친숙한 사용 사례는 에어컨, 냉장고, 세탁기 등에 탑재되는 ‘인버터’이다. 이 인버터는 주파수를 변환하여 모터의 회전수를 제어할 수 있습니다.

모터의 회전수를 자유자재로 변경함으로써 불필요한 움직임을 줄여 에너지 절약에 기여할 수 있습니다. 반면, 인버터가 탑재되지 않은 에어컨은 모터를 켜고 끄는 것만 가능하기 때문에 에어컨을 켜고 끄는 극단적인 동작을 반복해 불필요한 전력을 소비하게 됩니다.

인버터는 모터의 회전수를 제어하는 용도, HEV나 EV와 같은 전기자동차에도 활용되고 있습니다. 자동차의 구동은 단순히 켜고 끄는 것뿐만 아니라 타이어가 공회전하는 것을 감지하고 제어하는 것이 중요합니다.

이 제어가 이루어지지 않으면 자동차는 미끄러지게 된다. 눈이 많이 내리는 지역에서는 타이어에 안전하고 효율적으로 힘을 가해야 하므로, 모터의 전력을 매우 세밀하게 제어하는 것은 특히 EV와 HEV에서 매우 중요하고 필수적인 요소입니다.

파워 모듈의 원리

파워모듈은 필요한 전원 용도에 최적화된 다수의 파워 트랜지스터를 바이어스 구동 회로와 함께 IC화한
것을 주변 부품과 함께 모듈화하여 전원 동작 시 내압과 스위칭 속도 및 효율을 향상시키고 있습니다. 또한, 패키지 및 기판의 방열성 등을 고려하여 사용 편의성을 높인 것이 특징입니다.

파워 모듈에 널리 사용되는 전력 반도체 중에서도 파워 트랜지스터는 가장 응용 범위가 넓어 반도체 및 소재 업체를 중심으로 기술 개발이 활발히 이루어지고 있는 상황입니다. 파워 트랜지스터에는 다음과 같은 여러 가지 반도체 소자가 있습니다.

1. 바이폴라 트랜지스터

바이폴라 트랜지스터는 구조가 간단하고 큰 전력을 처리할 수 있는 대신 스위칭 속도가 느리고 소비전력이 크다는 단점이 있어 최근에는 파워 모듈 용도의 주력으로 사용되지 않고 있습니다.

2. 파워 MOSFET

파워 MOSFET(FET: Field Effect Transistor)은 가장 빠른 스위칭이 가능하고 소비전력이 적다는 장점이 있지만, 큰 전력을 다루기 어렵다는 단점이 있는 소자입니다.

3. IGBT

1980년대에 개발된 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor: 절연 게이트형 바이폴라 트랜지스터)는 큰 전력을 처리할 수 있습니다. MOSFET에 비해 크게 뒤떨어지지 않는 스위칭이 가능합니다. 회로 구성은 MOSFET과 BJT(Bipolar Junction Transistor)를 합친 것과 같은 구성으로 되어 있습니다.

파워모듈의 기타 정보

1. 차세대 파워모듈 동향

차세대 파워모듈용 소자로 최근 SiC-MOSFET이 주목받고 있는데, SiC 기판은 Si 기판에 비해 밴드갭 에너지가 크고 내압을 얻을 수 있는 물성을 가지고 있으며, MOSFET도 SiC 기판으로 제작하면 대전력화가 가능합니다.

IGBT는 Si 기판에서도 큰 전력을 처리할 수 있지만, 바이폴라 구조로 인해 스위칭 속도를 높이기 어렵다는 문제점이 있어, 대용량의 스위칭 속도가 빠른 소자인 SiC-MOSFET이 현재 차세대 파워 모듈용으로 각광받고 있습니다.

그동안 SiC 기판의 약점이었던 양산성도 기술 혁신에 따라 6인치 기판을 취급할 수 있는 기판 업체가 등장하면서 극복되고 있습니다.

2. EV의 파워 모듈

자동차의 EV화가 가속화되고 있는 요즘, 파워모듈의 필요성이 점점 더 높아지고 있는데, EV에서 리튬이온 배터리의 전압은 충전 시간과도 관련이 있기 때문에 고속 충전을 통한 충전 시간 단축을 목표로 하고 있으며, 또한 EV의 엔진에 해당하는 파워트레인의 효율을 높이기 위해 효율화를 위해 현재 400V 정도의 전압에서 예를 들어 800V와 같은 더 높은 전압이 요구되고 있는 상황입니다.

고전압에서 차량용 모터를 제어성 있게 다루기 위해서는 인버터 회로에서 발생한 교류 전류를 빠르게 스위칭하는 것이 중요하며, 이를 위해 파워 디바이스나 파워 모듈이 사용되고 있습니다.

멀티플렉서 IC란?

멀티플렉서 IC는 여러 개의 신호를 하나의 신호로 출력하는 IC입니다.

MUX, 멀티플렉서, 멀티플렉서, 멀티플렉서, 다중화 장치, 합파기 등으로도 불립니다. 디지털 회로에서는 세로와 가로의 비율이 큰 직사각형이나 사다리꼴의 블록 표기로 표현되며, 장변에 입력, 단변에 출력이 기입됩니다. 여러 개의 멀티플렉서 IC를 조합하여 입력의 개수를 늘릴 수도 있습니다.

통신 분야에서는 여러 신호의 데이터를 스위치나 필터 등을 이용해 하나의 합성파로 만들어 전송할 때 많이 사용됩니다. 수신 측에서는 멀티플렉서에 대응하는 디멀티플렉서가 필요하며, 합성파의 신호를 여러 개의 신호로 분해하여 신호를 읽을 수 있도록 합니다.

멀티플렉서와 디멀티플렉서를 하나로 묶어 멀티플렉서라고 부르기도 하며, 경우에 따라 구분하여 사용하고 있는 상황입니다.

멀티플렉서 IC의 사용 용도

멀티플렉서 IC는 이동체 무선통신 분야나 컴퓨터 회로, 아날로그 회로의 신호 합성 등에 많이 사용됩니다. 통신 분야에서는 인공위성의 신호 발신부, 와이파이 라우터, 원격 조종 로봇, 드론의 조종 등에 사용됩니다.

선택 시 크기, 지원하는 신호, 전압 및 패키지 옵션 등 다양한 사양 항목을 고려해야 합니다.

멀티플렉서 IC의 원리

멀티플렉서 IC의 원리는 일반적으로 디지털 회로의 조합 회로나 아날로그의 스위치 회로를 이용하여 각 IC의 사양에 따라 다수의 입력 신호로부터 원하는 로직에 따른 출력 신호를 형성할 수 있도록 설계 및 개발되어 있다는 점에 있습니다. 디지털의 논리 설계와 아날로그의 회로 설계를 통해 IC 내부에 필요한 회로를 구성하는 CMOS 등의 트랜지스터와 저항, 커패시턴스 등의 배선 레이아웃이 이루어집니다.

일반적인 멀티플렉서 IC는 몇 개의 입력단자, 1개의 출력단자로 구성되어 있으며, N개의 입력이 있으면 신호는 2의 N제곱의 신호를 1개의 출력으로 처리할 수 있습니다. 그 구조는 신호의 입력 수만큼의 스위치가 있고, 0과 1의 신호를 조합하여 신호를 합성하는 방식입니다.

8입력 멀티플렉서를 예로 들면, 8개의 데이터 입력과 3개의 신호 선택 스위치가 있어 3자리 2진수로 8개의 입력된 데이터를 나타낼 수 있습니다. 멀티플렉서 IC에는 커패시터나 코일 기능을 가진 IC 칩을 탑재하여 전원 차단이나 과전압, 단락에 대한 보호 기능을 추가한 제품도 있습니다. 최적의 증폭기와 필터를 탑재하여 고주파에 대응하여 고정밀도의 신호 전송을 할 수 있는 제품도 출시되고 있습니다.

멀티플렉서 IC의 기타 정보

1. 멀티플렉서의 구성 회로 (디지털)

디지털 회로로 멀티플렉서 IC를 구성할 때의 구성 회로는 ‘조합 회로’가 사용됩니다. 조합회로의 구성 요소는 AND 회로, NOT 회로, OR 회로 등입니다.

디지털 회로에서 많이 사용되는 플립플롭 회로는 데이터 유지 기능을 가지고 있으며, 일반적으로 멀티플렉서 회로 용도가 아닌 ‘순서 회로’의 구성 요소라고 할 수 있습니다.

2. 멀티플렉서 IC의 구성 사례 (아날로그)

아날로그 회로에서 특히 통신용으로 많이 사용되는 멀티플렉서 IC는 안테나 주변의 송수신 신호 전환 기능을 담당하는 안테나 스위치와 주파수 대역 전환 필터 회로 등을 들 수 있습니다.

최근 이동 통신 용도에서는 SOI-CMOS 스위치를 IC의 구성 요소로 활용하여 송수신용 디지털 회로 기반의 시리얼 인터페이스 기능이 탑재된 것이 사용되고 있습니다.