스파크 킬러란?
스파크 킬러(영어: spark killer)는 스위치의 ON/OFF 시 등에 발생하는 스파크나 서지 전압을 억제하는 장치입니다.
스파크가 발생하면 회로 내에 있는 반도체 소자나 트랜지스터가 손상될 수 있으며, 서지 전압으로도 전자부품이 파괴될 수 있습니다.
특히 직류 전류가 흐르는 회로에서 스위치를 사용하는 경우, 스파크 킬러와 같은 스파크에 대한 대비를 회로 내에서 해야 합니다.
스파크 킬러의 사용 용도
스파크 킬러는 직류 전류로 작동하는 전기 기기에 광범위하게 사용됩니다. 특히 직류 전류를 전원으로 사용하는 경우 스위치 주변에서 스파크가 발생할 수 있으므로 스파크 킬러의 사용은 필수입니다.
교류 회로에서도 비슷한 문제가 발생하기 때문에 스파크 킬러가 사용됩니다. 스파크 킬러는 정격 전압과 저항값, 커패시턴스, 사용 적정 온도 등이 정확하게 정해져 있기 때문에 이를 고려하여 적절히 선정해야 합니다.
스파크 킬러가 사용 환경의 전압을 견디지 못하면 사고의 원인이 되므로 주의해야 합니다.
스파크 킬러의 원리
릴레이 등의 스위치를 ON/OFF 할 때 부하에 인덕턴스 성분이 포함된 경우 서지 전압이 발생합니다. 또한, 스위치나 릴레이 등의 접점부에서 스파크가 발생하면 접점의 수명이 단축됩니다. 스파크 킬러는 서지 전압과 스파크 발생을 줄이기 위한 기기입니다.
스파크 킬러는 직렬로 연결된 저항과 커패시터로 구성됩니다. 스파크 킬러의 시간 상수는 커패시터 용량과 저항값에 의해 결정되며, 서지 전압이 급격하게 변하지 않도록 합니다.
사용하는 필름 커패시터는 사용 시 전압이 너무 높지 않도록 충분한 여유가 있는 커패시턴스 크기를 선택해야 합니다. 저항의 경우 서지에 대한 저항이 충분한 저항을 선택해야 합니다.
스파크 킬러 선택 방법
스파크 킬러는 저항 R과 커패시터 C의 직렬 회로 구성이며, C, R의 계산은 회로 전류가 I(A)일 때 다음과 같습니다.
C = I × 2/10~I × 2/20 (μF)
R = 부하의 직류 저항값 (Ω)
부하의 직류 저항을 알 수 없는 경우가 많으며, 이 경우 표준인 120Ω을 사용합니다.
C, R의 계산은 참고용입니다. 최종적으로 이 값을 기준으로 실장 테스트에서 서지 흡수 효과를 확인해야 합니다.
연결은 리드선 타입, 피복 전선 타입, 금속 단자 타입이 있습니다. 사용하는 전자 부품은 회로 전압보다 높은 정격 전압을 사용해야 합니다.
사용 가능한 직류 전압 ≦ 교류 정격 전압 √2
스파크 킬러의 정격 전압은 교류로 표시되어 있습니다. 스파크 킬러는 직류 회로에서도 사용하므로 스파크 킬러의 정격 전압을 직류 전압으로 변환하여 사용 가능 여부를 검토합니다.
스파크 킬러의 기타 정보
1. 스파크 킬러의 배치
전원과 스위치 및 저항 등의 부하로 구성된 회로에서 기본적인 스파크 킬러의 설치 방법은 스위치와 병렬로 배치하거나 부하와 병렬로 배치하는 두 가지가 있습니다.
직류 회로에서는 두 가지 배치 방법이 사용됩니다. 서지 흡수 효과는 두 가지 모두 동일하지만, 스위치 접점에서 스파크가 육안으로 확인할 수 있는 상태에서는 스위치와 병렬로 연결하는 방법이 더 효과적입니다.
스위치 OFF 시, 회로는 스파크 킬러를 통해 연결되어 있어 스위치 부분에서 큰 전위차가 발생하지 않도록 합니다. 따라서 스파크 킬러를 통해 고전압이 되는 것을 방지할 수 있어 스파크가 잘 일어나지 않게 됩니다.
또한 교류 회로의 경우, 스파크 킬러를 스위치에 병렬로 연결하면 스위치 OFF 시 누설전류가 흐르게 됩니다. 이 누설 전류로 인해 스위치가 오작동을 일으킬 수 있습니다. 따라서 교류에서는 스파크 킬러를 부하에 병렬로 연결하는 것이 일반적입니다.
2. 서지 전압 흡수
릴레이, 모터 등 유도성 부하를 사용하는 회로에서 스위치의 개폐 동작으로 유도성 부하에서 발생하는 서지 성분을 흡수하기 위해 유도성 부하와 병렬로 스파크 킬러를 삽입합니다. 스파크 킬러를 삽입하지 않으면 서지 전압은 유도성 부하의 구동 전압의 10~30배 정도에 이르며, 노이즈 주파수는 100MHz를 초과합니다.
서지 전압의 발생은 회로 내 전자 부품의 절연 파괴, 인쇄 회로 기판의 패턴 손상을 초래합니다. 또한, 발생된 서지의 고조파 성분이 직접 및 회로 패턴에서 방사되어 주변기기, 장치 등에 여러 가지 악영향을 미칠 수 있습니다. 적절한 스파크 킬러를 설치하면 이러한 서지 전압을 흡수할 수 있습니다.