제어반의 릴레이 코일에 다이오드를 사용하는 이유가 있나요?

PLC 출력으로 DC 릴레이나 솔레노이드 밸브를 제어하는 제어반을 보면 코일 양단에 다이오드가 연결되어 있는 경우가 있습니다. 단순히 전류가 한쪽으로만 흐르게 하는 부품으로 알고 있었는데, 릴레이 코일에 왜 굳이 다이오드를 병렬로 연결하는지 궁금합니다. 코일이 OFF될 때 PLC 출력이나 접점에 어떤 영향을 주는지, 현장에서 이 부품이 고장 나면 어떤 증상이 나타나는지도 알고 싶습니다.

3개의 답변이 있어요!

  • 안녕하세요. 박현민 전기기능사입니다.

    DC 릴레이 코일을 차단하면 코일에 저장된 에너지 때문에 순간적으로 높은 역기전력이 발생할 수 있습니다. 이 전압이 PLC 출력이나 접점에 전달되면 출력소자의 손상이나 접점 수명 저하를 일으킬 수 있어 코일 양단에 플라이백 다이오드를 연결해 역기전력을 흡수하도록 합니다. 다이오드가 단락되면 코일이 정상적으로 동작하지 않을 수 있고, 반대로 제거되면 출력부에서 반복적인 전압 스트레스를 받을 수 있습니다.

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  • 안녕하세요. 최정훈 전기기사입니다.

    우선 릴레이 코일에 다이오드를 다는건 역전압 서지로부터 PLC 접점을 보호하기 위해서 입니다 왜냐하면은 코일 전원이 꺼질 때 수백 볼트의 강한 역전압이 순간으로 튀어나오죠. 그래서 다이오드가 없으면 이 전압이 PLC 내부로 흘러들어가서 접점을 태워버릴 수가 있습니다. 그러니까 역전압을 다이오드 쪽으로 태워서 소멸시키는 역할을 하는 겁니다.

    이 다이오드가 합선 고장이 나게 되면 차단기가 떨어지거나 PLC 출력이 안 나게 됩니다. 왜냐하면 전원이 드는 순간 바로 쇼트가 나서 제어 전원이 꺼지기 때문이죠. 반대로 단선 고장이 나면은 당장은 작동을 한다고 할 수 있습니다. 하지만 접점에 계속 충격이 가해지게 되죠. 게다가 주변의 통신선은 노이즈 오작동을 일으키기도 합니다. 그렇기 때문에 직류를 쓰는 릴레이에는 역전압 다이오드 점검이 필수라고 할 수 있겠습니다.

  • 안녕하세요. 김종식 전기기사입니다.

    네, 릴레이나 솔레노이드 DC코일 양단에 다이오드를 병렬로 연결하는 가장 큰 이유는 코일이 OFF될 때 발생하는 역기전력(서지 전압)을 억제하기 위해서입니다.

    코일은 전류가 흐르는 동안 자기장에 에너지를 저장합니다. 그런데 PLC 출력이 OFF되면서 전류를 갑자기 끊으면, 코일은 흐르던 전류를 계속 유지하려는 성질 때문에 순간적으로 높은 반대 방향 전압을 만들어냅니다. 이 전압이 PLC 트랜지스터 출력이나 릴레이 접점에 반복적으로 가해지면 접점 아크, 출력소자 열화, 오동작이나 노이즈 문제를 일으킬 수 있습니다.

    코일에 다이오드를 역방향으로 병렬 연결해두면 정상 여자 중에는 다이오드가 동작하지 않고, OFF 순간에만 코일 전류가 다이오드를 통해 순환하면서 서서히 줄어듭니다. 그래서 높은 서지 전압이 크게 억제됩니다. 흔히 플라이백 다이오드(Flyback Diode), 환류 다이오드라고 부릅니다.

    현장에서는 다이오드가 단락 고장 나면 코일에 전원을 넣었을 때 전원이나 PLC 출력에 과전류가 발생해 퓨즈가 끊어지거나 출력이 손상될 수 있습니다. 반대로 단선 고장 나면 릴레이 자체는 동작할 수 있지만 OFF할 때 서지가 그대로 발생해 PLC 출력 고장이나 주변 제어신호의 노이즈 문제가 생길 수 있습니다.

    한 가지 단점도 있습니다. 다이오드를 사용하면 코일의 자기장이 천천히 사라지기 때문에 릴레이나 솔레노이드의 복귀 시간이 약간 길어질 수 있습니다. 빠른 차단이 중요한 회로에서는 제너 다이오드나 서지 흡수기 같은 다른 방식도 사용합니다.

    즉, 코일 병렬 다이오드는 OFF 순간의 역기전력을 안전하게 흘려보내 PLC 출력과 접점을 보호하고 전기적 노이즈를 줄이기 위한 부품이라고 이해하면 됩니다.