[Power] SSR(Solid State Relay) vs Relay(Magnet Relay)

(펌) 출처 : http://www.iworldtech.com/6_info/0103.php

◆ Solid State Relay 기술자료

1. S.S.R의 개요 MAGNET RELAY가 전자력에 의한 동작으로 이루어지는 방식인 반면에 S.S.R은 기계적인 접점 구조가 없는  [무접점 릴레이] 로서 스위칭 반도체 소자를 사용하여 케이스에 수지 몰딩된 상태로 스위칭이 이루어 지는 방식으로 완전히 고체화된 전자 스위치이다. S.S.R은 MAGNET RELAY에 비해 신뢰성이 높고 수명이 길며, 노이즈(EMI)와 충격에 강하고  소신호로 동작하며 응답 속도가 빠른 우수한 특성을 지니고 있어 산업기기, 사무기기 등의  광범위 분야에서 정밀 제어시 적용하기에 적합하다.   2. S.S.R의 특징 1)PHOTO COUPLER 로 입출력간절연  S.S.R 입력과 출력의 전기적 절연을 위해 광소자(PHOTO COUPLER)를 사용하여 입력과  출력간을 절연시키고, 부하측의 노이즈가 입력측으로 FEED-BACK되는 것을 차단한다.  2)소신호동작  광소자 결합으로 입력 신호에 저전압, 저전류를 인가해도 S.S.R이 동작하므로 DTL, TTL, C-MOS및 LINEAR IC등으로도 직접 구동할 수 있다. 3)ZERO-CROSS기능회로내장  ZERO-CROSS회로 내장형은 S.S.R 입력측에 신호가 인가되어도 부하 전원 전압의 '제로점'  부근에서 스위칭이 이루어지기 때문에 TURN-ON시 돌입 전류 및 노이즈(EMI)를 억제시킨다.  4)위상제어가능  MAGNET RELAY는 TURN-ON 시간이 길고 채터링이 발생하여 위상제어가 불가능한 반면 S.S.R은 스위칭이 빠르고 위상 제어가 가능하다. 5)완전수지몰딩화  난연성 수지로 완전 몰딩되어 습기, 먼지, 가스 등에 영향 받지 않으며, 진동이나 충격 등에도 강하다. 6)높은 신뢰성  반도체 스위치 사용으로 아크, SURGE 등의 노이즈 발생 및 동작음이 없으며,  MAGNET RELAY와 달리 기계적인 접점 마모가 없어 수명이 길고 신뢰성이 높다. 3. S.S.R의 응용분야 1)공장 자동화(FA) / 설비    전기로, NC M/C, SEQUANCE 제어기, 공작기, 항온기, 초음파 세척기 등 2)교통 / 조명제어기   교통신호기, 철도신호기, 전광표시판, DIMMER CONTROLLER 등 3)사무자동화(OA)   컴퓨터 주변기기, 복사기, FAX 등 4)가정자동화(HA)   에어콘, 냉장고, 식기세척기, 전자레인지 등 5)기타   ELEVATOR, 의료기, 사진현상기     4. S.S.R의 동작원리 ■ 동작개요 (AC OUTPUT 기준)     S.S.R 입력측에 동작 전압(PICK-UP VOLTAGE) 이상의 HIGH-SIGNAL이  인가되면 PHOTO COUPLER가 동작하여 TRIGGER회로에 의해 스위칭 소자(TRIAC 또는 SCR 등)가 TURN-ON되어 출력측에 전류가 흐르고, 입력 전압이 복귀 전압(DROP-OUT VOLTAGE) 이하의 LOW-SIGNAL이 되면 스위칭 소자가 TURN-OFF 된다. 여기에서, PHOTO COUPLER는 광결합 소자로서 신호 전달 및 1,2차간 절연 유지 회로이며, CR SNUBBER는 ON/OFF시 전압 상승률(dv/dt) 및 과도 전압을 억제하여 스위칭 소자를 보호하기 위한 회로이다.   ■ 부하(AC기준) 및 S.S.R 종류에 따른 동작파형     ▷저항성부하(히타, 백열구 등) A.ZERO-CROSS형 S.S.R B.RANDOM형 S.S.R     ▷유도성 부하(모타, 솔레노이드, 트랜스 등) A.ZERO-CROSS형 S.S.R B.RANDOM형 S.S.R   5. S.S.R 용어 설명 1)최대부하전류(On-stage Load Current)    규정의 방열조건(방열판, 주위온도 등)에서 출력측에 흘릴수 있는 최대 전류치 2)부하전압범위(Load Voltage Range)    출력측에 부하와 전원을 직렬로 접속하여 연속적으로 인가할 수 있는 부하 전원 전압의 범위 3)전압강하(On-state Voltage Drop)   출력 ON 상태에서 출력측에 정격 부하 전류 통전시 출력 단자간에 측정되는 전압치  4)누설전류(Off-state Leakage Current)   출력 OFF 상태에서 출력측에 정격 부하 전압을 인가 할 때 흐르는 전류치 5)입력전압범위   규정의 온도 조건에서 연속적으로 인가할 수 있는 입력 신호 전압의 범위 6)동작전압(Pick-up Voltage)   출력측에 부하와 전원을 직렬로 접속하고 입력 신호 전압을 서서히 증가하여 출력이 ON 할   때의 입력 전압치 7)복귀전압(Drop-out Voltage)   출력 ON 상태에서 입력 신호 전압을 서서히 감소하여 출력이 OFF 할 때의 입력 전압치 8)동작시간(Turn-on Time)    입력측에 동작 전압 이상의 신호를 인가하고 난 후 출력이 ON 될 때까지의 지연시간  9)복귀시간(Turn-off Time)   입력측에 인가되어 있는 신호가 복귀전압의 LOW SIGNAL이 된 후 출력이 OFF 할 때까지의    지연시간 10)절연저항(Isolation Resistance)    입/출력-CASE 간에 500VDC를 인가했을 때의 저항치 11)절연전압(Isolation Resistance)   입/출력-CASE 간에 1분간 인가하여 견딜 수 있는 전압치 6. S.S.R 보호회로     ▷ 과전류로부터 보호 S.S.R 스위칭 소자의 전류자승시간(¡²t) 정격을 초과하여 과전류가 흐르면 S.S.R을 파괴할 우려가 있으므로 돌입 전류 또는 부하 쇼트 등의 돌발적으로 발생 될 수 있는 과전류로부터 S.S.R을 보호하기 위해서는 속단 FUSE를 사용하는 것이 좋으며, 속단 FUSE의  규격은 [Is(S.S.R의 ¡²t) 정격 > IF(FUSE의 ¡²t) 정격 > IL(부하의 전류)]의 조건하에서 선정한다.   ▷ 과전압으로부터 보호 전원측이 환경에 따른 심한 변동이나 부하측에 유기되는 역기전압의 영향으로 S.S.R에 과전압이 인가되어 스위칭 소자의 전압 정격을 초과하게 되면, 오동작 또는 파괴의 우려가 있으므로 VARISTOR를 S.S.R 출력측에 병렬로 결선하여 S.S.R을 보호한다. 부하 전원 전압 대비 VARISTOR 선정은 아래표의 내용과 같이 추천한다. 부하전원전압 VARISTOR전압 SURGE 전류내량 AC 110~120V 240~270V 1,000A 이상 AC 200~240V 440~470V 1,000A 이상 AC 380~480V 820~1,000V 1,000A 이상 ▷ RC-NETWORK 유도성 부하(모타, 솔레노이드, MAGNET 등)에서는 전류와 전압의 위상차로 인하여 부하 전류가 스위칭 소자의 HOLDING 전류 이하로 떨어져 S.S.R의 접점이 닫힐때 출력측에 전압이 크게 상승하여 S.S.R이 콘트롤을 상실 할 우려가 있으므로, 이 전압 상승률(dv/dt)을 제한하여 S.S.R을 보호하기  위해서는 출력측에 병렬로 CR-NETWORK 회로를 접속하나, 일반적으로 CR-NETWORK는 S.S.R에 내장되어 별도 부착이 불필요하다.       7. S.S.R & MAGNET RELAY 비교     항목 S.S.R MAGNET RELAY 입력동작전력 수 mW 이하 속백 mW ~ 수W 입력전압범위 FREE VOLTAGE 가능 정격전압 ± 10% 부하전원압범위 스위칭 소자의 정격에 따름 광범위 절연전압 일반적으로 25000VAC 고전압 누설전류 수 mA 전혀없음 ZERO-CROSS 기능 가능 불가능 접점열손실 접합열 발생 접점 불량시 발생 동작속도 10mses 이내 100mses 이상 접촉신뢰성 접촉 불량 없음 접촉 불량 발생 ARC 발생 전혀없음 발생가능 NOISE, SURGE 발생 전혀없음 유도 부하시 발생 수명 MTTF 10만 시간이상 수십~수백만회 동작음 전혀없음 있음 습기, 먼지, 가스 영향없음 접촉불량, 폭팔의 원인 진동, 충격 강함 오동작, 파괴의 원인   8. S.S.R 응용회로 1) 백열구의 점멸제어 2) 히타의 온도제어 백열구의 스위칭시 큰 SURGE 전류가  흐르므로 S.S.R 의 SURGE 정격 이내에서 사용한다.       3) 솔레노이드 밸브의 구동 4) 단상 유도 전동기의 ON/OFF 제어 SOLENOID VALVE는 수 CYCLE 동안 돌입 전류가 흐른 뒤 정상 전류가 흐르므로 S.S.R의 SURGE 정격 이내에서 사용한다. 초기 동작시 큰 돌입 전류가 흐르므로  S.S.R의 SURGE 전류 정격 이내에서  사용한다.     5) 단상유도전도기의 정·역제어 6) 단상 S.S.R로 삼상부하제어 두개의 S.S.R 중 OFF 하고 있는 쪽의 출력단자에  전동기의 LC 특성에 의해 부하 전원의 2배의 전압이 걸리므로 부하 전원의 2배에 전압 정격의 S.S.R를 사용한다. 부하 전원이 항상 연결되어 있어 전동기의 절연 약화와 감전에 주의해야 하며, 안전상 사용치 않을시 전원 차단을 위해 NFB를 OFF하는 것이 좋다.     7) 삼상히타온도제어 8) 삼상유도전동기의 ON/OFF제어   초기 동작시 큰 돌입 전류가 흐르므로  S.S.R의 SURGE 전류 정격 이내에서 사용한다