반도체 릴레이란?
반도체 릴레이는 입력 신호를 출력 회로에 전달하는 계전기 중 반도체를 이용한 무접점형 계전기를 말합니다.
일반적으로 높은 응답성과 높은 수명이 확립되어 있어 릴레이의 개폐 빈도가 높고, 빠른 응답이 필요한 경우에 적합합니다.
반도체 릴레이의 사용 용도
반도체 릴레이는 그 높은 응답성과 높은 수명을 최대한 활용할 수 있는 온도 조절 관리 시스템 등 온-오프 빈도가 높은 경우에 사용되고 있습니다.
또한, 일반 자력을 이용한 접점형 릴레이와 달리 기계적인 슬라이딩 접점이 존재하지 않습니다. 접점 개폐에 따른 소음이 발생하지 않기 때문에 소음에 취약한 제품에도 많이 탑재됩니다.
한편, 신호 전달에는 반도체나 다이오드를 통한 발광 현상을 이용하고 있습니다. 따라서 온도 상승의 영향이 적지 않거나, 출력단이 반도체 소자인 경우가 있습니다. 고전압, 고전류 제품에는 적합하지 않은 부분도 있으므로 주의가 필요합니다.
반도체 릴레이의 원리
그림 1. 반도체 릴레이의 원리
무접점형이라고 불리는 것처럼 입력측 회로와 출력측 회로는 물리적으로 분리되어 있으며, 신호의 전달은 포토커플러와 같은 광절연 소자를 통해 이루어집니다.
입력 측 발광 다이오드에 전류를 흘려주면 발광하고, 그 빛을 수광하는 회로가 출력 측에 있어 빛을 감지하면 출력 회로가 동작하는 구조입니다. 반도체 릴레이 공급업체에 따라 광수광 회로는 포토다이오드 어레이, 포토 커플러, 포토 트라이액 등이 사용되며, 출력부도 MOSFET, 트라이액 등 다양한 종류가 있습니다.
신호 전달에 빛을 사용하기 때문에 매우 빠른 응답성을 가지고 있습니다. 또한, 기계적 접점을 가지지 않기 때문에 접점 부분이 마모되지 않아 일반적으로 접점형 릴레이에 비해 수명이 깁니다.
그 외 입력과 출력 사이는 절연소자에 의해 완전히 절연되어 있기 때문에 입력 측에서 발생한 노이즈가 출력 측으로 전달되기 어려운 특징을 가지고 있습니다.
반도체 릴레이를 선택하는 방법
우선 릴레이가 필요한 회로에서 얼마나 높은 응답성이 필요한지, 신호 전달 빈도를 고려해야 합니다. 만약 그렇게 높은 응답성을 필요로 하지 않고 저주파수 신호 전달로 충분하다면 일반적인 접점형 릴레이가 더 작고 저렴한 경우가 많습니다.
반도체 릴레이가 필요한 경우 해당 입력 신호의 최대 전류 값도 확인합니다. 반도체 릴레이는 반도체를 이용한 출력 회로이기 때문에 과도한 전류가 흐르면 반도체 자체가 손상되어 더 이상 사용할 수 없게 됩니다.
반도체 릴레이의 기타 정보
1. 반도체 릴레이와 기계식 릴레이의 비교
그림 2. 반도체 릴레이와 기계식 릴레이
반도체 릴레이와 기계식 릴레이의 차이점은 무접점형인지 유접점형인지 여부입니다. 반도체 릴레이는 솔리드 스테이트 릴레이라고도 하며, 무접점 릴레이이고, 기계식 릴레이는 유접점 릴레이입니다.
무접점 반도체 릴레이는 전자 회로에서 기계적 개폐 없이 신호 전달만으로 ON/OFF를 전환합니다. 유접점 기계식 릴레이는 회로 내에 가동식 부품이 내장되어 있으며, 코일을 이용해 전자기력을 발생시켜 접점이 접촉하여 ON/OFF를 전환하는 방식입니다.
반도체 릴레이와 기계식 릴레이는 각각 다음과 같은 특징이 있기 때문에 필요에 따라 구분하여 사용합니다.
반도체 릴레이의 특징
- 소형, 경량
- 장수명
- 정숙함
- 동작이 빠르다
- 진동에 강하다
- 누설 전류가 있다
- 열에 약하다
- ON 저항이 있다
기계식 릴레이의 특징
- 고절연성, 고내압성이다.
- 누설 전류가 없다.
- ON 저항이 거의 없다.
- 동작음이 있다.
- 접점의 마모, 가동 단자의 고장이 있다.
- 외부 자기장의 영향이 있다.
- 차터링이 있다.
반도체 릴레이는 소형, 고속 개폐가 가능하고 기계식릴레이와 같은 접점 마모 및 고장이 없는 것이 강점입니다. 반면, 기계식 릴레이는 ON 저항이 거의 없어 고전압, 고전력 회로에서도 사용하기 쉽다는 것이 강점입니다.
2. 차량용 반도체 릴레이
자동차는 램프, 와이퍼, 오디오, 모터, 깜빡이 등의 작동을 제어하는 부품으로 많은 릴레이를 탑재하고 있다. 그리고 그 차량용 릴레이에는 일반적으로 기계식 릴레이가 사용되어 왔습니다.
그러나 기계식 릴레이는 접점 수명에 따른 한계와 탑재 공간이 크다는 단점이 있으며, 최근 자동차의 저연비, 저전력화 요구와 첨단 기술 탑재에 따른 다기능화로 인해 전기자동차에 탑재되는 기기들이 증가함에 따라 릴레이의 소형화, 경량화가 요구되고 있습니다.
차량용 반도체 릴레이
그림 3. 차량용 반도체 릴레이 사양 예시
이러한 기계식 릴레이의 단점을 극복하기 위한 릴레이로 반도체 릴레이가 차량용으로 개발되어 점차 대체되고 있습니다. 차량용 반도체 계전기의 사양 예는 그림 3과 같습니다.
반도체 릴레이를 사용함으로써 소형화, 경량화가 가능해져 차량 탑재 공간을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 연비 향상에도 기여하고 있습니다. 또한, 반도체 기술의 발전으로 저온 저항을 실현하여 고전류화에도 대응할 수 있게 되었습니다.