솔리드 스테이트 릴레이란?
솔리드 스테이트 릴레이는 릴레이 중 반도체를 이용한 무접점 타입을 말합니다.
릴레이는 어떤 입력 신호를 절연하여 출력하는 부품을 말합니다. 유접점형 릴레이를 기계식 릴레이, 무접점형 릴레이를 솔리드 스테이트 릴레이라고 합니다. 고응답과 수명이 길어 고정밀도의 피드백 제어가 필요한 경우에 적합합니다.
솔리드 스테이트 릴레이의 사용 용도
솔리드 스테이트 릴레이는 산업 장비에서 매우 흔한 부품입니다. 일상 생활에서 보기는 드물지만, 내장된 장비는 많이 접하고 있습니다. 다음은 몇 가지 예시입니다.
- 온도에 따라 켜지고 꺼지는 냉장고나 에어컨
- 가스 온수기 내부
- 습도에 따라 켜지고 꺼지는 가습기
- 플랜트의 구동 장치 내부
- 전력 사용량 로깅 장치의 펄스 발신기
백색가전에는 반드시 내부 기판에 사용됩니다. 높은 응답성과 긴 수명으로 인해 온-오프가 빈번하게 필요한 곳에 활용됩니다. 또한, 기계식 릴레이와 달리 슬라이딩 포인트가 존재하지 않기 때문에 노이즈에 취약한 제품에도 많이 탑재됩니다.
한편, 신호 전달에는 반도체의 발광 현상을 이용합니다. 온도 상승의 영향을 받기 때문에 열에 약하고 민감한 제품에는 적합하지 않습니다.
솔리드 스테이트 릴레이의 원리
솔리드 스테이트 릴레이는 무접점형이라고도 합니다. 이름에서 알 수 있듯이 입출력 회로는 물리적으로 분리되어 있으며, 신호의 전달은 포토커플러를 통해 이루어집니다.
입력 신호를 받아 발광 다이오드가 발광하고, 그 빛을 출력 회로의 트랜지스터가 수광하여 출력 회로가 작동합니다. 신호 전달에 빛을 사용하기 때문에 광속 수준의 높은 응답성을 가지고 있습니다. 또한, 직접 회로를 통전시키지 않기 때문에 접점 마모도 없고, 기계식 릴레이에 비해 수명이 깁니다.
또한, 입출력 회로 사이는 포토 커플러로 완전히 절연되어 있어 구조상 노이즈가 잘 발생하지 않는 특징이 있습니다.
솔리드 스테이트 릴레이 선택 방법
우선 릴레이가 필요한 회로에서 필요한 응답성과 신호 주파수를 확인합니다. 높은 응답성이 필요하지 않고 저주파수 신호 전달만 필요한 경우 기계식 릴레이가 더 저렴합니다. 다음으로 구동 전압을 선택합니다. 일반적으로 DC5~100V 또는 AC100~240V의 제어 전압이 사용됩니다. 제어 전압이 AC400V 등 특수 사양인 경우 개폐기 등을 사용합니다.
최대 사용 전류 값도 확인해야 합니다. 솔리드 스테이트 릴레이와 기계식 릴레이 모두 허용 전류 값이 설정되어 있습니다. 허용치 이상의 전류를 흘리는 것은 고장의 원인이 됩니다. 특히 솔리드 스테이트 릴레이는 반도체를 이용한 접점 구조이기 때문에 과전류를 흘리면 반도체가 손상되어 사용할 수 없게 됩니다.
마지막으로 솔리드 스테이트 릴레이가 들어갈 기판의 크기를 확인합니다. 기판의 공간이 여유롭지 않다면 더 작은 사이즈의 릴레이를 선택해야 합니다.
솔리드 스테이트 릴레이의 기타 정보
1. 솔리드 스테이트 릴레이의 유래
솔리드 스테이트(solid state)는 영어로 ‘고체 상태’라는 뜻으로, 기원은 진공관과 반도체 소자의 비교에서 비롯된 용어입니다.
진공관이 진공 분위기 속에서 전자가 이동하는 부품인 반면, 반도체는 고체 속에서 전자가 이동합니다. 이 때문에 진공관의 대명사로 반도체를 솔리드 스테이트(Solid State)라고 부르게 되었습니다. 반대로 기계적인 구동부가 없는 부품도 솔리드 스테이트라고 부르기도 합니다.
2. 솔리드 스테이트 릴레이의 단점
솔리드 스테이트 릴레이는 수명이 길고, 고속이며, 노이즈에 강하다는 장점을 설명했지만, 다음과 같은 단점도 존재합니다. 장점과 단점을 확인하면서 기계식 릴레이와 구분하여 사용해야 합니다.
- 열과 고온에 약하다.
- 전기적 충격에 약해 시동 전류가 큰 부하에 사용하기 어렵다.
- a와 b를 조합한 c접점을 사용할 수 없다.
- AC전원, DC전원 공용 릴레이가 존재하지 않는다.