54. 스위치2

1. 릴레이(Relay)의 종류와 특성

릴레이는 낮은 전압으로 높은 전압을 제어하는 전자식 스위치입니다. 
릴레이는 크게 전자기계식 릴레이(EMR, Electromechanical Relay)와 반도체 릴레이(SSR, Solid-State Relay)로 나뉩니다.

 

 

1) 전자기계식 릴레이(EMR)
내부에 코일과 기계식 접점이 있으며, 전류가 흐르면 자기장이 형성되어 접점이 움직이면서 전기 신호를 차단하거나 연결합니다.
기계적 접점이 존재하므로 물리적 마모가 발생하며, 수명이 제한적입니다.
소형 기기, 자동차, 산업용 제어 시스템에서 널리 사용됩니다.

전자기계식 릴레이 회로 예제(전원 인가/비인가..) 

 

#define RELAY_PIN 7

void setup() {
  pinMode(RELAY_PIN, OUTPUT);
}

void loop() {
  digitalWrite(RELAY_PIN, HIGH); // 릴레이 ON
  delay(1000);
  digitalWrite(RELAY_PIN, LOW);  // 릴레이 OFF
  delay(1000);
}

 

2) SSR (Solid-State Relay, 반도체 릴레이)

SSR은 기계식 접점 없이 반도체 소자(트라이액, MOSFET 등)를 이용하여 전기 신호를 스위칭합니다.

고속 스위칭이 가능하며, 기계적 마모가 없어 수명이 길고 소음이 없습니다.

그러나 가격이 비싸고 SSR 내부에서 약간의 누설 전류가 발생할 수 있습니다.

정밀한 산업 제어, 온도 제어 시스템(히터, 오븐), 전력 제어 등에 사용됩니다.

 

3) SSD (Solid-State Device)

SSR과 유사하지만, SSD는 단순한 ON/OFF 릴레이가 아니라, 전압 및 전류를 세밀하게 조절하는 반도체 기반 제어 소자입니다.

전력 조절, 속도 조절, PWM(펄스폭 변조) 기반 제어 등에 활용됩니다.

스위칭 전력 변환, 전력 증폭 회로, 정밀한 전력 공급 장치 등에 사용됩니다.

ㄴ 하드디스크......

 

2. 스위치 튐 현상(Debounce)과 해결 방법

기계식 스위치를 누를 때, 접점이 물리적으로 튀면서 신호가 여러 번 발생하는 문제가 있습니다. 이를 스위치 튐 현상(Bounce)이라고 하며, 해결하지 않으면 버튼이 한 번 눌려도 여러 번 입력되는 오류가 발생합니다.

1) 하드웨어 방식 (RC 필터)

저항(R)과 커패시터(C)로 간단한 필터 회로를 구성하여, 스위치가 튈 때 급격한 전압 변화를 막아줍니다.

예: 10kΩ 저항과 0.1µF 커패시터 사용.

 

#define BUTTON_PIN 2

void setup() {
  pinMode(BUTTON_PIN, INPUT);
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  if (digitalRead(BUTTON_PIN) == HIGH) {
    delay(50); // 디바운스 처리
    if (digitalRead(BUTTON_PIN) == HIGH) {
      Serial.println("Button Pressed");
    }
  }
}

 

또는 Millis()를 이용한 비차단 방식도 가능합니다.

 

#define BUTTON_PIN 2
unsigned long lastPressTime = 0;

void setup() {
  pinMode(BUTTON_PIN, INPUT);
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  if (digitalRead(BUTTON_PIN) == HIGH) {
    if (millis() - lastPressTime > 50) {  // 50ms 동안 변화 없으면 입력 인정
      Serial.println("Button Pressed");
      lastPressTime = millis();
    }
  }
}

 

3. 감압 센서를 이용한 터치 강도 측정

감압 센서(Force Sensitive Resistor, FSR)를 이용하면 터치 강도(압력)에 따라 저항값이 변화합니다. 키패드 구현에서 저항값 변경 방식과 유사합니다. (ADC로 그 강도를 인식함) 

 

 

1) 감압 센서의 원리

       강한 압력 → 저항값 감소 → 높은 전류 흐름

       약한 압력 → 저항값 증가 → 낮은 전류 흐름

 

 

 

2) 회로 구성

VCC (5V)
 |
[FSR]  (감압 센서)
 |
[A0] (아날로그 입력)
 |
GND

 

 

 

3) 아두이노 코드

 

#define FSR_PIN A0

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  int fsrValue = analogRead(FSR_PIN);
  Serial.print("압력값: ");
  Serial.println(fsrValue);
  delay(100);
}

 

 

4. MCCB(배선용 차단기)란?

MCCB(Molded Case Circuit Breaker)는 과부하나 단락 전류로부터 회로를 보호하는 차단기입니다.

전자식 보호 기능이 포함되며, 특정 전류 이상이 흐르면 자동으로 전원을 차단합니다.

과부하(Overload)와 단락(Short Circuit) 보호에 사용됩니다.

산업용 배전반, 고전류 장비 보호 등에 필수적입니다.

 

 

5. 비상 정지 스위치(E-Stop, Emergency Stop)

• 기계나 시스템을 긴급하게 멈추기 위한 스위치입니다.
• NC(Normally Closed) 방식으로 동작하여, 버튼을 누르면 회로가 끊기면서 장비가 정지됩니다.
• 산업용 장비, 공장 자동화 시스템, 로봇 제어 시스템 등에 필수적으로 사용됩니다.

 

 

6. 결론

이번 글에서는 스위치와 릴레이, SSR/SSD, 스위치 튐 현상(디바운스), 감압 센서를 이용한 터치 강도 측정, MCCB 및 비상 정지 스위치 등 다양한 전자 회로에서 사용되는 스위치 기술을 살펴보았습니다.

이러한 기술들은 자동화 시스템, 전력 제어, 전자기기 설계에서 필수적인 요소이며, 정확한 원리를 이해하고 적절한 하드웨어 및 소프트웨어 기법을 적용하는 것이 중요합니다.

특히, 스위치 튐 현상 방지를 위한 디바운스 처리, SSR/SSD를 이용한 반도체 기반 전력 스위칭, 감압 센서를 이용한 터치 강도 감지 등의 기술을 응용하면 더욱 정밀한 시스템을 구축할 수 있습니다.