릴레이 특징과 PhotoMOS릴레이가 채택되는 이유

릴레이는 구조적 및 기능적 특징으로 인해 선택되며, 특히 입력부와 출력부의 전기적 절연이 가능하여 안전하고 효율적인 스위치 전환을 제공합니다.

1. 릴레이를 사용하는 이유
2. 릴레이의 구조상의 특징
3. 릴레이의 기능상의 특징
4. PhotoMOS 릴레이가 채택되는 이유와 사례

1. 릴레이를 사용하는 이유

릴레이를 포함한 전자 부품은 그냥 선택되는 경우가 없으며 기본적으로 선택되는 이유가 있습니다. 
릴레이가 선택되는 이유는 구조적인 특징과 기능적인 특징으로 나눌 수 있습니다. 릴레이 특징을 살펴봅니다.

먼저, 구조적 특징을 설명하겠습니다. 

위의 이미지는 PhotoMOS릴레이의 내부 구조도이며, 구조적으로 입력부와 출력부가 전기적으로 절연되어 있습니다. 
입력부는 PhotoMOS 릴레이를 작동시키는 부분이고, 출력부는 PhotoMOS 릴레이가 가지고 있는 스위치 부분입니다. 즉, 입력부에 전기가 흐르면, 출력부의 스위치 부분이 움직여 ON/OFF로 전환할 수 있습니다.

입력부와 출력부가 전기가 흐르는 경로가 없는 상태, 즉 절연되어 있기 때문에 다음과 같은 3가지의 특징이 있습니다.
① 입력부와 출력부가 서로 전기적 영향을 받지 않음
② 입력부가 전기적으로 독립되어 있어 자유롭게 배치 가능
③ 입출력 사이가 절연되어 있기 때문에 안전하게 스위치 전환이 가능

다음으로 기능적 특징에 대해 설명하겠습니다.

릴레이의 특징으로 전기를 흐르게 하면 스위치가 전환되는 기능이 있습니다. 이 기능으로 인해 다음과 같은 3가지 기능적 특징이 있습니다.
① 직접 스위치를 누를 필요가 없고, 원격으로 ON/OFF 전환이 가능
② 전기를 흐르게 하는 시스템이 있으면 자동으로 ON/OFF 전환이 가능
③ 전기로 구동되기 때문에 고속 전환 동작이 가능

이러한 구조적 및 기능적 특징의 자세한 내용은 아래에 이어서 설명하겠습니다.

2. 릴레이의 구조상의 특징

① 입력부와 출력부가 서로 전기적 영향을 받지 않음

실제 회로에서는 명령부와 동작부로 나뉘어 구성되는 경우가 있습니다. 이 명령부가 뇌이고 동작부가 팔인 것처럼, 뇌가 명령을 내려 팔을 움직이는 관계와 같습니다.

릴레이는 이 명령부와 동작부 사이를 연결하는 역할을 합니다. 만약 명령부와 동작부가 릴레이 없이 직접 연결되어 있다면, 동작부에서 발생하는 노이즈가 명령부에 영향을 줄 수 있어 정상적인 동작이 어려울 수 있습니다. 하지만 릴레이가 입력부와 출력부 사이에 존재함으로써 전기적으로 절연됩니다. 이로 인해 노이즈가 동작부에서 명령부로 전달되지 않아, 입력부와 출력부는 서로 전기적 영향을 받지 않게 됩니다.

② 입력부가 전기적으로 독립되어 있어 자유롭게 배치 가능

입력부와 출력부가 전기적으로 절연되지 않은 경우에는 부품을 자유롭게 배치할 수 없습니다.
그 이유는 입력과 출력이 연결된(절연되지 않은) 스위치가 출력부에 흐르는 전기의 영향을 받을 수 있기 때문입니다. 따라서 전기의 영향을 받지 않는 위치에 배치해야 합니다. 이와 같은 이미지는 위의 도표에서 확인할 수 있습니다. 

왼쪽 그림은 절연이 없는 스위칭 반도체인 MOSFET을 나타내는데, 입력부와 출력부가 전기적으로 연결되어 있어 배치할 수 없는 위치가 존재합니다. 반면에 릴레이는 입력과 출력이 전기적으로 독립적이기 때문에, 배치에 신경 쓸 필요 없이 어디에나 자유롭게 설계할 수 있습니다.

③ 입출력 사이가 절연되어 있기 때문에 안전하게 스위치 전환이 가능

상당히 큰 전압이나 전류를 전환해야 하는 경우, 직접 전환을 시도하면 위험할 가능성이 높습니다. 그러나 릴레이는 출력부와 입력부가 절연되어 있고 직접 전환을 하지 않기 때문에, 출력부에서 큰 전압이나 전류를 처리하더라도 입력부에는 영향을 주지 않아 안전하게 스위치 전환을 할 수 있습니다. 또한, 일반적으로 사용되는 트랜지스터처럼 출력부의 전위에 영향을 받지 않기 때문에 안정적인 스위치 전환이 가능합니다. 

3. 릴레이의 기능상의 특징

구조상 특징에 이어 기능상 특징에 대해 자세히 설명하겠습니다.

① 직접 스위치를 누를 필요가 없고, 원격으로 ON/OFF 전환이 가능

이것은 릴레이가 전기를 흘려서 스위치를 전환할 수 있다는 기능적 특징 때문에 기계 내부의 스위치나 사람이 접근할 수 없는 위치에 있는 스위치를 전기 신호만으로 빠르게 전환할 수 있습니다. 

② 전기를 흐르게 하는 시스템이 있으면 자동으로 ON/OFF 전환이 가능

스위치 부분에 릴레이를 사용하여 릴레이에 전기를 흘려보내는 구조를 구축함으로써 스위치 전환의 자동화가 가능합니다. 이를 통해 스위치 전환을 자유롭게 결정할 수 있기 때문에 특정 동작을 하는 스위치의 조합을 통해 기계의 자동화를 실현할 수 있습니다.

③ 전기로 작동되기 때문에 고속 전환 동작이 가능

물리적으로 스위치를 누를 경우, 아무리 빠르게 스위치를 누른다고 해도 1초에 16번이 한계입니다. 이는 1회당 약 0.06초의 속도입니다. 반면, PhotoMOS 릴레이는 동작 속도에 특화되지 않는 범용 타입이라도 평균 0.65ms로 스위치 전환이 가능합니다. 이는 1회당 0.00065초로, 1초에 1600회 누를 수 있습니다. 
릴레이는 물리적으로 손가락으로 스위치를 누르는 것이 아니라 전기를 흘려서 작동하기 때문에 고속 전환 동작이 가능합니다.

4. PhotoMOS 릴레이가 채택되는 이유와 사례 : 반도체 계측기

PhotoMOS 릴레이가 실제로 채택된 사례를 소개하겠습니다. 이번에 소개할 것은 반도체 계측기라고 불리는, 반도체를 검사하는 기계입니다.

반도체는 사용되는 수가 매우 많기 때문에 수동으로 검사하면 엄청난 시간이 소요됩니다. 예를 들어, 스마트폰만 보더라도 한 대의 기기에 들어가는 부품 수가 1000개 이상입니다. 만약 이 부품을 수동으로 검사하려고 한다면, 1개당 1초로 계산했을 때 한 대를 검사하는데 약 20분 정도가 걸립니다. 검사를 수동이 아닌 자동으로 검사하는 장치가 바로 반도체 계측기입니다.

반도체 계측기에서는 한 번에 수천~수만 개의 검사를 자동으로 수행할 수 있습니다. 구조적으로는 수천~수만 개의 검사 핀을 가지고 있고, 이 핀을 통해 자동으로 검사를 진행합니다. 그 검사 핀 하나하나의 스위치로 PhotoMOS 릴레이가 채택되는 경우가 있습니다. 위의 그림과 같이 PhotoMOS 릴레이가 각 핀의 ON/OFF를 전환하는 스위치로 사용되어 동작함으로써 고속 자동 검사가 실현되고 있습니다.

반도체 계측기에서 반도체 릴레이가 사용되는 이유는 계측기가 필요로 하는 요소와 릴레이의 구조적, 기능적 특징이 일치하기 때문입니다. 기능적으로 전기가 흐르면 스위치가 작동하여 자동 검사가 가능하게 됩니다. 구조적으로는 입력부와 출력부가 절연되어 있어 자유롭게 배치할 수 있고, 명령부(컨트롤 패널)와의 트러블을 방지할 수 있습니다.

아래는 기계식 릴레이와 PhotoMOS 릴레이를 비교한 표입니다. 붉은 글씨로 표시된 부분이 계측기에 PhotoMOS 릴레이가 선택된 이유입니다.

계측기의 성능을 높이기 위해서는,
・많은 검사 횟수로 금방 고장나지 않기를 원할 경우 → 수명이 긴 PhotoMOS 릴레이
・회당 검사 시간을 단축하여 검사량을 늘리고 싶은 경우 → 동작 속도가 빠른 PhotoMOS 릴레이
・소비 전력을 억제하여 에너지 절약을 하고 싶은 경우 → 입력 소비 전력이 늦은 PhotoMOS 릴레이
・기판에 많은 릴레이를 탑재하여 소형화 하고 싶은 경우 → 기계 구조가 없고 기계식 릴레이보다 작은 PhotoMOS 릴레이

이러한 이유로 PhotoMOS 릴레이가 선택되고 있습니다.

PhotoMOS 릴레이 중에서도 사용되는 제품은 달라질 수 있습니다. 예를 들어, 이번 반도체 계측기에서도 PhotoMOS 릴레이라면 아무거나 다 괜찮다는 것이 아니라 적합한 PhotoMOS 릴레이가 있습니다. 반도체 계측기 이외의 어플리케이션에서도 각각 요구되는 요소가 다르기 때문에 그에 맞는 PhotoMOS 릴레이를 선택해야 합니다.

파나소닉에서는 이러한 다양한 요구를 충족시키기 위해 200종류 이상의 폭넓은 릴레이 라인업을 갖추고 있습니다. 필요한 제품이 있다면 문의해 주시기 바랍니다.