스위칭 시스템을 최대한 활용하기 위한 릴레이 사양 이해
릴레이 사양은 단순히 데이터 시트의 숫자가 아니며 신중하게 받아들여야 합니다. 사양을 벗어난 상태에서 릴레이를 작동하면 수명이 심각하게 단축되고 스위칭 시스템 오류가 발생할 수 있으며 UUT(테스트 대상 장치)가 손상될 수도 있습니다. 이를 염두에 두고 몇 가지 일반적인 릴레이 사양과 이것이 스위칭 시스템에 미치는 영향을 살펴보겠습니다.
기대 수명 (Expected Life)
릴레이에는 움직이는 부품이 있으며 이를 작동하면 이 부품에 스트레스가 발생하고 마모되어 결국 고장으로 이어집니다. 기대 수명 사양이란 릴레이가 마모될 것으로 예상되는 횟수에 대한 정보입니다. 기본적으로 이 사양은 무부하이거나 작은 부하 조건일 경우의 릴레이 최대 작동 횟수인데, 접점 마모, 릴레이 온도 및 움직이는 부품에 작용하는 힘이 단순히 릴레이 자체 작동의 결과일 경우 만을 고려한 횟수입니다.
기계식 릴레이에는 리드 릴레이와 전기기계식 릴레이(EMR)의 두가지 유형이 있습니다. 일반적으로 정밀기기급 리드 릴레이는 움직이는 부품이 거의 없기 때문에 수명이 가장 깁니다. 리드 릴레이 블레이드는 피벗 포인트에서 움직이지 않고 구부러지며 접점은 유리로 밀봉되어 있어 오염 물질과 기계적 결함에 덜 민감합니다.
EMR의 수명은 리드 릴레이보다 짧지만, 더 큰 전력 신호를 스위칭할 수 있습니다.
최대 스위칭 전압 (Maximum Switching Voltage)
릴레이의 최대 스위칭 전압은 릴레이의 열림과 닫힘에 관계없이 접점이 견뎌낼 수 있는 최대 전압입니다. 고전압으로 릴레이를 작동하면 아크가 발생할 수 있으며, 이는 차례로 접점을 부식시키고 결국 접점 성능을 저하시킵니다.
이것에 대한 자세한 내용은 지식베이스 기사 핫 스위칭을 참조하십시오.
스위칭 시스템에서 정격 전압은 PCB 또는 커넥터 트레이스 사이의 간격과 같은 요인에 의해 제한될 수 있습니다.
스위칭 모듈을 설계할 때, 
당사는 PCB 트레이스 사이의 최소 허용 간격을 기준으로 릴레이 정격 전압을 정합니다.
양극 및 음극 전압이 모두 있는 경우 이 두 전압의 차이를 고려해야 합니다. 예를 들어, 스위칭 시스템이 3상 전원 공급 장치를 스위칭하는 경우 릴레이에 걸리는 전압은 각 위상의 개별 전압보다 큽니다.
당사의 스위칭 시스템의 경우 달리 명시되지 않는 한 전압 사양은 전압 범위를 나타냅니다. 예를 들어, 스위치 모듈의 정격이 150V인 경우 0 - 150V, -150V - 0V 또는 -75V - +75V 범위의 신호를 스위칭하는 데 사용할 수 있습니다.
또한 스위칭 시스템의 최대 스위칭 전압은 릴레이 사양이 일반적으로 저항 부하를 사용하여 정의되기 때문에 릴레이의 최대 스위칭 전압보다 작을 수 있음을 기억하는 것이 중요합니다. 스위칭 시스템에는 어느 정도의 커패시턴스가 있기 때문에(이에 가장 큰 영향을 주는 것은 PCB 트레이스 사이의 커패시턴스임) 최대 스위칭 전압 시스템 사양이 릴레이 사양보다 낮을 수 있습니다.
콜드 스위칭 전압 (Cold Switching Voltage)
전기 신호가 인가되고 있는 동안 릴레이를 작동하지 않는다면 접점에 최대 스위칭 전압보다 더 높은 전압이 유지될 수 있습니다. 이 사양을 콜드 스위칭 전압 또는 스탠드오프 전압이라고 합니다.
큰 스탠드오프 전압 사양을 갖고 있는 릴레이는 절연 테스트에 유용합니다. 그러나, 정격 전압을 초과하는 전압이 인가되고 있는 동안 릴레이를 스위칭하는 것은 피해야 합니다.
스위칭 시스템에 콜드 스위칭 전압 사양이 있다면, 이것은 PCB 트레이스 간격이 그 전압을 견뎌낼 수 있도록 설계되어 있다는 것을 뜻합니다.
스위치 전류 (Switch Current)
스위치 전류 사양은 릴레이가 핫 스위칭될 때 접점에 손상을 주지 않고 열림, 닫힘 작동을 할 수 있는 최대 전류입니다.
허용 전류 (Carry Current)
닫혀진 상태의 릴레이에는 스위치 전류보다 큰 전류의 흐름이 허용될 수 있으며, 이것을 허용 전류라고 합니다. 허용 전류는 일반적으로 접점에 열을 발생시키는 접점 저항에 의해 제한됩니다. 릴레이에 스위치 전류보다 큰 전류가 흐르고 있을 때에는 허용 전류보다 작아질 때까지 릴레이 열림 작동을 해서는 안됩니다.
허용 펄스전류 (Pulsed Carry Current)
몇몇 릴레이 또는 스위칭 시스템은 펄스 허용 전류 사양이 있을 수 있습니다. 펄스형 전류는 릴레이 접점에 열을 발생시키지만 핫 스위칭 만큼 아크를 발생시키지는 않습니다.
릴레이 접점은 이 펄스 전류가 접점을 과열시키지 않고 결과적으로 접점을 손상시키지 않도록 충분한 열 물질을 가지고 있습니다. 펄스 전류는 단일이거나 반복일 수 있지만 반복인 경우 그 효과로 인해 열 문제가 발생하지 않도록 약간의 주의가 필요합니다. 예를 들어, 일반적인 2A EMR은 200μs 동안 6A를 유지할 수 있습니다.
또한, 열 효과는 전류의 제곱에 비례한다는 것을 기억하십시오(일정한 접촉 저항을 가정). 따라서 펄스 허용 전류가 허용 전류의 3배인 경우 해당 신호의 듀티 사이클은 10% 이하여야 합니다. 접점이 고전류 펄스를 전달해야 하는 경우 특히 그렇습니다.
정격 전력 (Power Rating)
일부 사용자들은 정격 전력을 무시합니다. 그러나, 이 사양을 초과하면 릴레이 수명에 심각한 영향을 줍니다. 최대 스위칭 전압과 전류 신호는 일반적으로 릴레이 정격 전압을 초과합니다.
예를 들어, 정격 전력이 60W인 릴레이는 최대 스위칭 전압이 250V이고 최대 스위치 전류가 2A일 수 있습니다. 250V, 2A 신호의 전력은 500W로 릴레이의 정격 전력을 거의 10배 초과합니다. 정격 전력 내에서 유지하려면 최대 전압이 250V인 신호의 전류가 240mA 이하여야 합니다.
따라서, 대부분의 릴레이는 복잡한 사용 영역 사양을 갖고 있습니다. 스위칭 전압이 높을수록 릴레이가 안전하게 처리되기 위해 최대 스위치 전류가 낮아야 합니다.
또한 높은 DC 전압에서 기계식 계전기의 정격 전력은 릴레이를 닫거나 열 때 아크가 생성되어 접점과 릴레이 재료를 손상시킬 수 있는 플라즈마가 생성되기 때문에 낮은 전압의 정격 전력보다 낮습니다. 사용자는 DC 신호가 30V 이상에서 스위칭될 때 항상 릴레이의 데이터 시트에 제공된 부하 곡선을 확인해야 합니다.
같은 이유로, 큰 부하에서 릴레이를 자주 작동하면 아크가 릴레이 내부의 온도를 상승시켜 수명이 저하될 수 있습니다.
정격 전력 사양은 핫 스위칭되는 신호에 대한 것입니다. 그러나, 정격 전력 사양은 종종 부하가 DC인 경우와 AC인 경우에 따라 다릅니다. 좀 더 자세한 내용은 지식베이스 핫 스위칭을 참조하십시오.
빠른 온/오프 작동을 위해 설계된 솔리드 스테이트 릴레이를 사용할 때 정격 전력 문제는 거의 발생하지 않는데, 이는 종종 손상 없이 고전압과 고전류를 모두 유지할 수 있기 때문입니다. 빠른 온/오프 시간은 상태 전환 중 손실이 낮고, 솔리트 스테이트 릴레이를 사용할 때 아크가 발생하지 않습니다.
최소 스위칭 전압 (Minimum Switching Voltage)
일부 릴레이에는 릴레이가 안정적으로 스위치되기 위한 최소 스위칭 전압 사양이 있습니다. 이는 접점 마모가 발생할 수 있고 기본 재료를 노출시킬 수 있는 신호를 핫 스위칭하는 데 사용되는 릴레이의 경우 특히 그렇습니다. 낮은 접촉 저항을 보장하기 위해 접점을 "습윤"하는 데 최소 전압이 필요합니다
리드 릴레이는 접점이 유리로 완전히 밀봉되어 있고 오염 필름이 접점에 쌓일 수 없기 때문에 저전압 스위칭에 특히 효과적입니다. 통신 애플리케이션용으로 설계된 일부 릴레이는 금 접점이 있기 때문에 또한 최소 정격 전압을 갖습니다. 고전력 릴레이는 핫 스위칭 또는 고압 접점의 기계적 마모로 인해 보호 금 플래시가 침식되면 저전력 릴레이보다 더 높은 최소 전압이 필요한 경우가 많습니다.
작동 시간 (Operate Time)
작동 시간 사양은 때때로 사용자에게 혼란을 줄 수 있지만 정확한 타이밍이 요구되는 상황에서는 중요할 수 있습니다. 릴레이 닫힘 시간을 고려하지 않는 애플리케이션은 릴레이가 아직 닫히지 않아 신호를 전달하지 않았기 때문에 특정 측정이 올바르게 행해지지 않을 수 있는 경우입니다.
스위칭 시스템의 경우, 데이터 시트에 명시된 작동 시간에는 소프트웨어가 드라이버 명령어를 처리하는 시간과 릴레이가 작동 및 안정화되는 시간이 포함됩니다. 피커링 인터페이스에서 사용하는 드라이버에는 릴레이 타이밍에 대한 정보가 포함되어 있으며, 드라이버는 대기 상태가 중단되지 않는 한 정착 시간이 완료될 때까지 스위칭 시스템에 대한 액세스를 방지합니다. 일부 스위칭 시스템은 우발적인 Make Before Break(상태 해제 전 작동 명령) 작업이 없는 상태에서 시스템의 상태 변경을 완료하기 위해 둘 이상의 작업이 필요할 수 있습니다. 이에 대한 자세한 내용은 지식베이스 저항기 카드 과도 값 기사에서 찾을 수 있습니다.
모듈 스위칭 사양과 릴레이 스위칭 사양
릴레이 사양은 다양한 이유로 모듈 사양에 항상 적용되는 것은 아닙니다. 예를 들어, 모듈의 PCB 설계는 최대 전압과 최대 전류 사양 모두에 영향을 미칠 수 있습니다. PCB 트레이스 사이의 간격은 전압 사양에 영향을 미치고 트레이스 폭은 전류 사양에 영향을 줍니다. 이것이 의미하는 바는 릴레이가 더 많은 모듈은 일반적으로 최대 전압 및 전류 사양이 더 낮다는 것입니다.
그 이유는 밀도가 높은 모듈에는 트레이스가 더 얇고 간격이 더 가까운 PCB가 있기 때문입니다. 또한, 일부 모듈에는 상당한 커패시턴스가 존재합니다. 이 커패시턴스는 릴레이가 닫힐 때 시 돌입 전류를 생성할 수 있으므로 핫 스위치 전압 및 전류 정격이 낮아질 수 있습니다. 스위칭 시스템이 클수록 이러한 상황이 발생할 가능성이 높아집니다. 스위칭 시스템에서 긴 케이블을 사용하는 것도 정격에 영향을 미칠 수 있습니다. 이는 케이블 커패시턴스(많은 애플리케이션에서 미터당 100pF로 광범위하게 가정할 수 있음) 때문입니다.
피커링 인터페이스 제품 데이터 시트는 모듈 수준의 성능을 명시하고 있으며, 일반적으로 저항 부하가 있는 시스템에 적용되는데, 이는 이것이 명시할 수 있는 유일한 명확한 작동 조건이기 때문입니다
다른 타입의 부하 조건에서는 이러한 정격을 낮추어야 합니다.
