릴레이 선택 가이드: 종류, 기능, 응용 분야 총정리

전자 회로의 제어와 보호는 중요한 과정입니다. 예를 들어 10W LED 전구의 전류 흐름을 관리하려는 경우를 생각해 보세요. 그런 전기 회로에서 마이크로프로세서로 단순히 켜고 끌 수 없으며, 이 작업을 위해 전기 릴레이가 필요합니다. 다양한 릴레이 종류와 동작 원리에 대한 심층 분석을 계속 읽어보세요. 또한 릴레이 종류와 응용에 대한 연구 기반 통찰도 얻으실 수 있습니다.

릴레이란?

그림 1: 전기 릴레이 스위치

릴레이는 고전압 회로 제어에 유용한 전기 스위치이며, 저전압 소스를 사용해 이 기능을 실현합니다.

릴레이 기본 구조

그림 2: 전기 릴레이 스위칭

릴레이 구조를 이해하려면 내부 부품을 알아야 합니다. 포함 사항:

릴레이 단자

그림 3: 배선 연결용 단자들

릴레이는 다음 네 가지 주요 단자를 가집니다:

제어 입력 또는 코일 단자

릴레이는 스위칭 동작을 결정하는 두 입력 단자로 구성됩니다. 공통 전원을 이 단자들을 통해 릴레이에 연결합니다.

돌입 전류는 AC 또는 DC일 수 있습니다.

공통 단자 (COM)

부하 회로를 연결하는 부품의 출력 단자입니다.

상시 개방 단자 (NO)

이름 그대로 릴레이가 비활성화 상태일 때 열려 있는 단자입니다.

상시 폐쇄 단자 (NC)

전류 입력이 없을 때 COM과 연결됩니다.

폴(Pole) & 스로(Throw)

릴레이 내부에서 찾을 수 있는 두 스위치입니다. 폴은 특정 릴레이의 실제 스위치 수이고, 스로는 폴마다 릴레이가 제어하는 회로 집합입니다.

단일 스로 릴레이 또는 이중 스로 릴레이를 가질 수 있습니다. 전자는 릴레이가 한 회로를 제어하고, 후자는 두 회로를 포함합니다.

릴레이 종류

그림 4: 전기 스위칭 릴레이

릴레이는 각기 다른 특성에 따라 다양한 종류가 있습니다. 각 클래스는 특정 기능에 유용합니다. 따라서 특정 회로에서 효과적인 작동을 위해 적절한 릴레이 선택이 중요합니다.

폴 & 스로 기준

SPST 릴레이 (단일 폴 단일 스로)

단일 폴 릴레이는 단일 회로만 제어합니다. 단일 스로이므로 폴은 하나의 접점 위치만 가집니다. 이 타입으로는 개방 또는 폐쇄 회로만 가능합니다.

SPDT 릴레이 (단일 폴 이중 스로)

단일 폴 타입으로 한 번에 한 회로만 제어합니다. 하지만 앞서 논한 것과 달리 이중 스로를 가집니다. 따라서 두 위치에서 전도합니다.

두 상태를 가집니다. 한 회로가 개방 상태면 다른 쪽은 폐쇄 상태입니다. 이전 개방 회로가 닫히면 다른 쪽이 열립니다.

DPST 릴레이 (이중 폴 단일 스로)

이중 폴로 두 개의 서로 다른 회로를 제어할 수 있습니다. 하지만 단일 스로이므로 한 위치에서만 전도합니다.

이 릴레이의 장점은 두 회로를 동시에 스위칭할 수 있다는 점입니다.

DPDT 릴레이 (이중 폴 이중 스로)

이중 폴로 두 회로를 동시에 매끄럽게 제어합니다. 이중 스로로 두 개의 서로 다른 지점에서 전도 가능합니다.

DPDT 하나를 갖는 것은 두 개의 SPDT 릴레이를 갖는 것과 유사하지만 동시 스위칭 기능이 있습니다.

단일 릴레이는 최대 12폴까지 가질 수 있습니다.

형태(Form) 기준

그림 5: 릴레이

릴레이는 형태 기준으로도 분류됩니다. 다양한 형태와 특성은 다음과 같습니다:

A형 릴레이

일반적으로 상시 개방(NO) 상태의 SPST 릴레이를 A형 릴레이로 간주합니다.

B형 릴레이

상시 폐쇄(NC) 상태의 SPST 릴레이는 B형 릴레이입니다.

C형 릴레이

SPDT 타입 릴레이를 지칭합니다. 앞서 강조했듯 이 타입은 두 접점 단자를 가집니다.

따라서 두 회로 제어용 NC와 NO 단자를 가집니다. 한 회로를 먼저 열면서 다른 쪽을 닫습니다. '선개방 후폐쇄(break-before-make)' 릴레이라 부릅니다.

D형 릴레이

앞서 다룬 타입과 유사합니다. 하지만 'C형' 릴레이와 동작 모드가 다릅니다.

'선폐쇄 후개방(make-before-break)' 방식입니다. 한 회로를 먼저 끊고 다른 쪽을 동시에 엽니다.

따라서 'C형' 타입의 역방향으로 작동합니다.

동작 원리 기준

그림 6: 복잡한 회로의 릴레이들

래칭 릴레이

래칭 릴레이는 작동 후 상태를 유지합니다. 정적 릴레이나 임펄스 릴레이라고도 부릅니다.

전력 소모와 소산 제어를 목표로 하는 응용에서 중요합니다.

내부 자석을 가집니다. 자석이 전기 전류 인가 시 접점의 원래 위치를 유지합니다. 따라서 접점을 평소 위치에 유지하는 데 전력이 필요 없습니다. 구동 전류 제거도 접점 위치를 변경하지 않습니다.

따라서 제어 회로의 에너지 절약에 중요합니다.

전자기계식 릴레이 (EMR)

전자기 코일과 가동 접점을 가집니다. 코일에 전기 전류를 인가하면 자기장이 유도됩니다. 결과적으로 영역이 가동 접점을 당깁니다. 자기장 효과가 사라지면 가동 접점이 정상 위치로 돌아옵니다.

AC와 DC 소스 모두에 작동합니다. 하지만 DC EMR은 코일 구조 특히 AC EMR과 구조가 다릅니다.

DC EMR 코일에는 백 EMF로부터 보호하는 프리휠링 다이오드가 있습니다.

EMR의 극성은 동작에 무관합니다. 하지만 백 EMF 다이오드가 있으면 극성을 고려해야 합니다.

이 릴레이의 주요 단점은 차단 과정에서 아크가 발생하며, 아크로 인해 릴레이 저항이 증가해 수명에 해롭습니다.

리드 릴레이

리드 릴레이는 위 전자기계식 릴레이와 유사합니다. 하지만 약간 더 작고 상대적으로 질량이 낮으며, 리드 스위치 제작에 필수적입니다.

리드 릴레이는 불활성 가스가 든 유리관 내부에 두 페로마그네틱 재질 스트립으로 구성됩니다. 코일 통전 시 스트립이 당겨져 폐쇄 릴레이 경로가 생성됩니다.

EMR과 약간 차이는 있지만 동작 원리는 유사합니다. 바이메탈 스트립 타입 접점을 움직여 회로를 온/오프합니다.

하지만 리드 릴레이는 EMR보다 스위칭이 빠릅니다. 전자의 더 작은 접점 때문입니다. 또한 리드 릴레이는 움직이는 아마추어가 없어 마모 문제가 없습니다.

불활성 가스 존재로 릴레이 수명이 연장됩니다.

부홀츠 릴레이

가스를 동작 매체로 의존합니다. 변압기 보호 응용에서 초기 결함 감지에 중요합니다.

중장비용 릴레이로 송전 및 배전 시스템에서 볼 수 있습니다.

솔리드 스테이트 릴레이 (SSR)

앞서 다룬 기계적 부품 릴레이와 달리 이 릴레이는 반도체로 구성됩니다. MOSFET, 트라이액, BJT 등을 찾을 수 있습니다.

솔리드 스테이트 릴레이는 옵토커플러로 저전압 회로를 고전압 회로에서 분리합니다. 제어 입력을 릴레이에 인가하면 적외선 LED가 점등합니다. 광감도 반도체 소자가 빛을 전기 신호로 변환합니다.

제어 신호가 회로를 스위칭합니다.

이 전자 릴레이의 근본적 장점은 일반적인 EMR보다 낮은 전력을 소모한다는 점입니다. 기계적 접점이 없어 EMR보다 상대적으로 빠릅니다. 또한 수명이 더 깁니다. 솔리드 스테이트 릴레이는 물리적 접점이 없어 번아웃 위험이 없습니다.

하이브리드 릴레이

전자기계식 릴레이(EMR)와 솔리드 스테이트 릴레이(SSR)로 구성됩니다. SSR은 보통 열로 전력을 낭비합니다. EMR은 접점 아크 문제를 가질 수 있습니다.

하이브리드 릴레이는 SSR과 EMR을 병렬 배치해 두 문제를 해결합니다.

동작 시 릴레이 제어 회로가 먼저 SSR을 켭니다. SSR이 부하 전류를 받아 아크 문제를 제거합니다.

다음, EMR이 통전되면서 접점이 닫힙니다. SSR이 문제를 처리했으므로 이 과정에 아크가 없습니다. EMR이 부하 전류의 큰 손실 없이 작동합니다.

따라서 혼합 릴레이는 보호 릴레이로 동작합니다.

전기열 릴레이 (열 릴레이)

바이메탈 스트립으로 구성되며 스트립의 팽창 차이를 이용합니다. 전류가 릴레이 코일을 통과하면 열이 발생합니다. 열이 바이메탈 스트립 한 부분을 팽창시켜 굽히며 접점을 닫습니다.

대부분 열 릴레이는 전기 모터에 표준으로 사용됩니다.

편극 및 비편극 릴레이

편극 릴레이에는 영구 자석이 전자석과 협조하여 작동합니다. 영구 자석 기능은 아마추어 위치를 고정 상태로 유지하는 것입니다. 전자석은 아마추어를 움직입니다.

비편극 릴레이는 영구 자석이 없으며 통전하기 쉽습니다.

릴레이 응용

그림 7: 온/오프 스위치들

• 고전압 회로와 저전압 회로 격리에 유용
• 다중 회로의 전류 흐름 제어
• 자동 절체 지원
• 마이크로프로세서의 대용량 전기 부하 제어에 유용
• 과부하 릴레이는 모터 과부하 보호에 중요

결론

이제 모든 것을 아셨습니다. 지연 릴레이에 대해 알아야 할 모든 것을 자세히 설명했으며, 회로 기판에서 사용하는 방법도 강조했습니다.

릴레이 선택 시 스위칭 시간과 조명 회로 타입을 기준으로 삼으세요. 또한 스위칭 전류에 대한 질문이 있으면 주저하지 말고 문의하세요. 신속히 답변드리겠습니다.