릴레이(relay)란? 그리고 그 사용법에 대해 직관적으로 이해하기

<릴레이는 이렇게 생겼습니다!>

 

 

릴레이(relay)란 간단히 말해서 전자적 신호를 가해서 A회로를 B회로로 스위칭(바꿔주는) 회로입니다.

어떤 경우에 릴레이가 필요할까요?

 

두구두구.... 정답은!

파워 스위치(ex. ON/OFF 스위치)에 사용할 때 입니다!

 

 

보통 스위치는 많은 전류를 버틸 수 있게 설계하지 않습니다.

물론 가격대가 올라갈수록, 그리고 플라스틱이 아니라 금속 재질이 쓰일수록 버틸 수 있는 전류가 높아지지만

여기에도 한계는 있습니다.

 

그래서 스위치는 말 그대로 똑딱이의 스위치 역할만 하게 하는 것이고 회로를 바꿔주는 역할은

릴레이에 맡기는 것입니다.

물론 스위치가 버틸 수 있는 전류 내에서만 사용한다면 굳이 릴레이를 사용할 필요는 없습니다.

 

 

그럼 의문이 생깁니다.

스위치를 그냥 많은 전류를 버틸 수 있게 설계하면 되는거 아니야?

 

답은 "할 수는 있지만 안한다" 입니다.

전기에서 많은 전류란 곧 높은 발열을 의미합니다.

높은 발열이 싫다면 저항을 낮춰야하죠.

 

많은 전류를 버티는 스위치를 만들려면 만들 수는 있습니다. (실제로 존재하지만 비쌉니다)

하지만...

저항을 줄이기 위해서 스위치 내부 금속도 더 굵직해져야 합니다. (= 비용의 상승, 부피의 증가)

또 플라스틱은 녹을 수 있으므로 금속 재질로 스위치를 만들어야 합니다. (=비용의 상승)

 

 

제가 3년 전 가장 처음으로 만든 파워 뱅크 입니다. 이 파워 뱅크를 만들 당시 릴레이에 대한 개념이 없어서 파워 스위치가 모든 부하를 감당하게 했습니다. 그래서 이 파워 뱅크는 배터리의 용량과 상관 없이 높은 전류를 끌어쓸 수 없습니다.

 

취미로 파워 뱅크를 만드는 입장에서는 사실 비용의 증가보다는 부피의 증가가 더 크게 와닫습니다.

전류의 최대 허용 범위에 따라 스위치의 부피가 최대 10배도 넘게 차이나기 때문입니다.

(PC 전원 버튼에 쓰이는 택트 스위치를 기준으로 잡으면 100배도 넘게 차이납니다.)

차라리 컴팩트하게 스위치를 전면부에 배치하고 널널한 내부 공간에 작은 릴레이를 배치하는게 효율적입니다.

 

그렇다면 만일 릴레이를 사용하지 않고 스위치에 허용치 이상의 전류를 가하면 어떻게 될까요?

저항이 가장 큰 부분에서 발열이 일어나다가 녹아내리며 화재가 일어납니다.

전선이 얇다면 전선이 녹아내리고, 전선이 충분히 굵다면 스위치가 녹아내리고 쇼트가 일어납니다.

그러면 배터리가 과열되다가 폭발하게 되겠죠.

 

 

아주 위험한 사례를 하나 보시겠습니다.

 

 

제가 두 번째로 만든 간이 파워뱅크 입니다. 역시 이때도 릴레이에 대한 개념이 없었습니다.

여러분에게는 스폿 용접도 안하고 삐뚤 빼뚤 납땜으로 대충 붙여놓은 단자들이 먼저 눈에 띄겠지만

사실 정말 위험한 것은 스위치에 연결된 얇은 두 가닥의 전선입니다. (사실 스위치 자체도 플라스틱이라 열에 취약해서 위험합니다..)

네트워크든 전기든 일단 circuit을 구성하는 것은 쇠사슬의 원리가 적용됩니다.

쇠사슬의 원리란 쇠사슬 전체의 강도는 쇠사슬의 가장 약한 고리보다 더 약하다는 것입니다.

 

 

잘 생각해보세요. 쇠사슬이 끊어진다면 여러 고리들 중 가장 약한 고리가 끊어지기 마련이고, 쇠사슬 전체의 강도는 가장 약한 고리보다 더 약할 수 밖에 없습니다. 그 부분 말고 다른 약점이 더 있을 수 있으니까요.

 

즉, 아무리 배터리가 많은 전력을 보낼 수 있어도

(스위치에 연결된 전선을 제외한) 다른 전선이 아무리 두꺼워도

스위치에 연결된 전선이 매우 얇기 때문에 저 파워 뱅크의 최대 허용 전류는

스위치에 연결된 저 얇은 두께의 전선이 버틸 수 있는 허용 전류보다 더 낮을 수 밖에 없다는겁니다.

이를 극복하기 위해서는 릴레이를 사용해야 합니다.

 

 

스위치는 단순히 회로를 스위칭해주는 역할만 하게 하고, 나머지 전류/발열 감당은 릴레이가 하게 떠넘기는 것이죠.

그러면 저 허접한 플라스틱 스위치와 그에 매달린 얇은 전선으로도 수십 수백와트의 회로를 작동시킬 수 있습니다. 

물론 이때, 저 플라스틱 스위치는 릴레이의 전원만을 인가하게 되는 것이므로 실질적으로 모든 부하는 릴레이가 감당하게 됩니다.

따라서 이를 감당할 릴레이에 연결될 전선은 충분히 굵어야 합니다!

 

 

이 외에도 릴레이는 3구 스위치에서도 사용할 수 있습니다.

(똑딱이 형식으로 가운데가 OFF, 왼쪽은 A회로, 오른쪽은 B회로인 스위치)

혹은 아두이노와 연결해 원격으로 ON/OFF 전원 제어를 할 때 사용할 수도 있죠.

활용법은 무궁무진합니다.

 

제가 갖고 있는 SRA-05VDC-CL 릴레이 기준으로 (글 맨 앞의 사진 2개가 바로 그겁니다)

사용법은 다음과 같습니다.

 

출처 : http://yonggari.com/relay/

 

Coil pin에 릴레이를 작동시킬 때 필요한 5v 전원을 플러스/마이너스 각각을 연결합니다. (릴레이의 원리가 전자석을 이용한 것이기 때문에 릴레이도 전원이 필요합니다.)

그리고 릴레이에 전원을 공급하지 않았을 때 (=평소에) 연결 될 회로(A)를 마이너스는 Common pin에, 플러스는 NC(Normally Closed)에 연결합니다.

릴레이에 전원을 공급했을 때 연결 될 회로(B)를 마이너스는 Common pin에, 플러스는 NO(Normally Open)에 연결합니다.

 

이런 식으로 회로를 구성하면 평소에는 A에 전원이 들어가있다가 릴레이를 작동시키는 순간 B에 전원이 들어가게 됩니다.

아래 사진의 비상등 처럼요!

 

이런 비상등이 릴레이를 이용한 것입니다. 평소에는 220V로 배터리를 충전하고 있다가 220V가 끊어지면 바로 배터리로 랜턴을 켜버리죠.

 

참고) 전기 회로에서는 닫혀있다 (=close)라는 말이 회로가 연결되어 있다는 말입니다. 반대로 열려있다 (=open)는 회로가 끊어졌다는 말입니다. 일반적인 상식과는 반대죠?

 

전자 부품은 항상 데이터 시트를 보는 습관을 들이는게 좋습니다.

그리고 릴레이에 대해 엄청 쉽게 설명을 해놓은 사이트들을 아래에 모아놨습니다.

이 4개 게시글만 읽어보시면 릴레이에 대해 완전히 개념을 잡으실 수 있습니다.

 

 

https://www.circuitbasics.com/wp-content/uploads/2015/11/SRD-05VDC-SL-C-Datasheet.pdf

http://yonggari.com/relay/

 

srd-05vdc-sl-c 분해하기(릴레이 탐구) - Yonggari's Lab

https://m.blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=elepartsblog&logNo=221470372661&proxyReferer=https:%2F%2Fm.search.naver.com%2Fsearch.naver%3Fsm%3Dmtb_hty.top%26where%3Dm%26oquery%3Dnc%2Bno%26tqi%3DU1BVmdprv2hssh7lXisssssstI0-382184%26query%3Dnc%2Bno%2B%25EB%25A6%25B4%25EB%25A0%2588%25EC%259D%25B4

스위치,릴레이의 a접점,b접점 (NO, NC)의 의미

https://m.kin.naver.com/mobile/qna/detail.nhn?d1Id=11&dirId=1118&docId=261456708&qb=dmFjIOyghOq4sA==&enc=utf8§ion=kin&rank=18&search_sort=0&spq=0&from=detailSearch&listType=search

릴레이의 vac , vdc는 무엇을 뜻하는건가요