산업기술
산업 제조
가정에서 사용하는 AC 기기들은 일반적으로 전류와 전압을 처리하는 한계가 있습니다. 이러한 임계 전압과 전류를 기기 정격(device rating)이라고 하며, 제조사가 기기가 제대로 작동할 범위로 제시한 측정값입니다. 정격 전압과 전류는 최적의 동작 조건을 위한 것일 뿐만 아니라, 이 수치를 초과하면 기기가 손상될 수 있는 기준점이기도 합니다. 고장 난 기기는 때때로 같은 네트워크에 연결된 다른 기기들에게도 피해를 줍니다.
이러한 문제는 우리가 전력망으로부터 공급받는 전압 변동으로 인해 발생하며, 일반적으로 피할 수 없습니다. 이러한 전압 서지는 가정의 소형 전자제품부터 대형 고성능 산업 기계에 이르기까지 많은 전자 기기를 손상시키는 원인입니다. 이 글에서는 전자 회로 차단기를 만드는 방법을 다루며, 회로로 하여금 갑작스러운 전압 서지로부터 기기를 보호하고 부하를 네트워크에서 분리하도록 합니다.
회로의 개략도는 아래와 같습니다:
LM358
LM358 IC는 오피앰프(Op-Amp) IC입니다. 저전력 듀얼 채널 오피앰프 IC로, 내부적으로 주파수 보상된 두 개의 독립적인 고이득 오피앰프를 내장하고 있습니다. 단일 전원으로 동작하도록 설계되어 넓은 전압 범위에서 작동할 수 있습니다. 이 IC의 애플리케이션에는 DC 이득 블록, 트랜스듀서 증폭기, 기존 오피앰프 회로 등이 포함됩니다. 이 IC는 8핀 패키지입니다.
핀아웃은 아래 그림과 같습니다.
위 그림에 IC의 내부 구조가 표시되어 있습니다. 앞서 언급한 대로 두 개의 독립적인 오피앰프를 가집니다. 1번과 7번 단자가 오피앰프의 출력 단자입니다. 3번과 5번은 비반전 단자이고, 2번과 6번은 반전 단자입니다. 일반적인 그라운드와 VCC 단자는 각각 4번과 8번에 있습니다.
이 IC는 경제적이고 구하기 쉬울 뿐만 아니라 전자 공학 측면에서 더 많은 장점을 가지고 있습니다. 주요 특징은 다음과 같습니다.
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7805 레귤레이터 IC
전압 소스를 가진 회로는 변동이 생겨 고정된 전압 출력을 제공하지 못할 수 있습니다. 이를 해결하기 위해 널리 쓰이는 IC가 7805 레귤레이터 IC로, 고정 선형 전압 레귤레이터 계열에 속하며 이러한 변동을 제어합니다. 7805의 주요 애플리케이션은 다음과 같습니다.
| LM 7805 전압 레귤레이터 IC | ||
| 핀 번호 | 핀 이름 | 용도 |
| 1 | 입력 (Input) | 비정류 전압을 인가하여 정류된 출력 얻음 |
| 2 | 그라운드 (Ground) | 그라운드에 연결 |
| 3 | 출력 (Output) | 정류된 전압 신호 출력 |
입력 전압 7.2V를 인가할 때 IC가 최대 효율을 달성합니다.
IC 7805 전압 레귤레이터에서는 많은 에너지가 열의 형태로 소모됩니다. 입력 전압과 출력 전압의 차이가 열로 나타납니다. 따라서 입력과 출력 전압 차이가 크면 더 많은 열이 발생합니다. 트랜지스터의 구멍은 방열판 연결용입니다. 따라서 이 IC도 방열판 장착을 위한 준비를 제공합니다.
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BC547 트랜지스터
BC547은 NPN 바이폴라 접합 트랜지스터입니다. 주로 스위칭 목적과 증폭 공정에 사용됩니다. 베이스에 흐르는 적은 전류로 컬렉터와 이미터의 큰 전류를 제어합니다. 기본 애플리케이션은 스위칭과 증폭입니다. 아래는 BC547 트랜지스터의 핀아웃입니다:
트랜지스터의 작동은 간단합니다. 단자에 입력 전압이 인가되면 베이스에서 이미터로 일정량의 전류가 흐르기 시작하고 컬렉터의 전류를 제어합니다. NPN 구조상 베이스와 이미터 사이의 전압은 이미터에서 음, 베이스에서 양입니다.
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릴레이
릴레이는 전기적, 전자기적 또는 전자적으로 작동하는 스위치입니다. 스위치는 메이크 접점, 브레이크 접점, 또는 이 둘의 조합 등 다양한 접점 형태로 여러 개의 접점을 가질 수 있습니다. 릴레이는 독립적인 저전력 신호로 회로를 제어하거나, 하나의 신호로 여러 회로를 제어해야 할 때 사용됩니다. 전통적인 형태의 릴레이는 전자석을 사용하여 접점을 개폐하지만, 솔리드 스테이트 릴레이처럼 반도체 특성을 이용해 움직이는 부품 없이 제어하는 다른 동작 원리도 개발되었습니다. 회로 제작에 사용된 5V 릴레이의 핀아웃은 아래와 같습니다.
| 5V 릴레이 | ||
| 핀 번호 | 핀 이름 | 설명 |
| 1 | 코일 끝 1 | 릴레이 트리거용 |
| 2 | 코일 끝 2 | 릴레이 트리거용 |
| 3 | 공통(COM) | 부하 한쪽 끝에 연결 |
| 4 | 상시 폐쇄 (NC) | 다른 쪽이 이 단자에 연결되면 트리거 전 부하 연결 상태 유지 |
| 5 | 상시 개방 (NO) | 다른 쪽이 이 단자에 연결되면 트리거 전 부하 분리 상태 유지 |
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위 회로도에 따라 부품을 올바르게 연결하세요. 위 회로도에는 세 부분이 있습니다. 이 세 부분은 하나의 큰 회로를 형성하도록 연결됩니다. 세 부분은 다음과 같습니다.
이 세 모듈은 다음 섹션에서 간략히 설명하겠습니다.
이 회로의 오피앰프는 우리 프로젝트의 회로 차단기 컨트롤러입니다. 이 오피앰프는 5V 정류 전원 공급이 필요합니다. 우리는 약 220V AC 전압의 메인 전원에서 이 회로를 구동합니다. 먼저 오피앰프에 전원을 공급하기 위해 메인에서 사용 가능한 전압을 강압해야 합니다.
이를 위해 강압 트랜스포머를 사용합니다. 우리 경우 12V의 강압 전압을 제공하는 트랜스포머를 사용했습니다. 트랜스포머에서 얻은 12V AC 전압은 다이오드 브리지로 만든 정류 회로를 사용하여 정류됩니다. 이로써 AC 전압이 DC 전압으로 변환됩니다.
이 정류 출력은 약 12V DC 전압을 제공합니다. 이 12V DC는 LM7805 전압 레귤레이터 IC를 사용하여 정류됩니다. 가변 저항과 저항으로 전위 분배기를 사용하여 전원 모듈의 출력 전압을 0~5V 사이 어디든 매핑할 수 있습니다. 포텐쇼미터 전압을 변경하여 다양한 전압을 얻을 수 있습니다. 12V를 5V로 변환하는 컨버터 회로를 사용할 수도 있습니다.
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오피앰프 모듈은 회로의 핵심 부분으로, 여기서 전압 비교가 이루어집니다. 우리가 만드는 회로 차단기는 고전압과 저전압 서지 모두로부터 보호 기능을 제공하므로, 두 경우를 모두 고려해야 합니다. 두 경우 각각 개별 회로를 가지며 라벨된 연결점에서 메인 회로에 연결됩니다.
회로의 오피앰프는 차동 모드(differential mode)로 사용됩니다. 오피앰프의 모든 애플리케이션 중 이 회로에서는 오피앰프를 전압 비교기(voltage comparator)로 사용했습니다. 이 비교기는 두 단자의 전압을 비교한 후 하이(High) 또는 로우(Low) 출력을 제공합니다. 저항 네트워크를 사용하여 상한 및 하한 임계 전압을 모두 설정할 수 있습니다.
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이제 오피앰프 회로에 적절한 전원을 공급하고 오피앰프가 의도한 대로 작동하게 했으므로, 전자 회로 차단기가 고전압 또는 저전압 서지를 감지한 후 회로가 어떻게 작동할지 생각해야 합니다.
전압 서지는 위에서 논의한 오피앰프 모듈에서 얻어집니다. 오피앰프 모듈에서 얻은 오피앰프의 출력에 따라 릴레이가 트리거됩니다. 두 오피앰프의 출력이 모두 하이(High)일 때만 릴레이가 트리거되어 AC 부하가 메인에 직접 연결됩니다. 전류 제한용으로 추가 1k옴 저항이 사용됩니다.
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산업기술
전압 비교기는 두 전류나 전압을 비교한 후 출력에서 어느 쪽이 더 큰지 결정하는 전자 부품입니다. 일반적으로 비교기는 스위치가 달린 미니어처 전압계입니다. LM311, LM393 등 다양한 비교기가 있지만 여기서는 후자에 집중하겠습니다. 비교기 LM393이란? LM393은 단일 전원 공급 장치를 사용하여 다양한 작업을 수행하는 두 개의 내부 내장 연산 증폭기가 있는 집적 회로입니다. 또한 분할 전원 공급 장치도 적용 가능하며 듀얼 패키지 비교기 IC입니다. IC LM393 LM393 핀아웃 구성 IC LM393 비교
릴레이는 아두이노 및 라즈베리파이 보드와 연동하여 제어 장치를 구동하는 데 필수적인 부품입니다. 고전류 제어 회로를 전자 시스템에서 배제할 수 있어 매우 유용하죠. 전자기계적 또는 전기적 제어 회로 프로젝트를 진행 중이라면 더블 스로우 릴레이가 반드시 필요합니다. 하지만 시중에 다양한 릴레이가 존재해 최적의 제품을 선택하기란 쉽지 않습니다. 다행히 전문가들이 여러분의 제어 프로젝트를 안내해 드릴 준비가 되어 있습니다. 먼저 더블 스로우 릴레이에 대해 자세히 알아보겠습니다. 폴(Pol)과 스로우(Throw)의 이해 그림 1: 전자