【회로-전장 실무】 24V Digital Input 회로는 어떻게 설계할까? | PLC, 포토커플러, 입력저항

산업용 로봇과 AMR에서는 3.3V나 5V MCU Logic만 사용하는 것이 아니라 24V Digital Signal을 매우 많이 사용한다. E-STOP 상태, Sensor, Relay Feedback, Charger Interface, PLC I/O 등이 대표적이다.

핵심
24V Digital Input은 단순히 24V를 3.3V로 낮추는 회로가 아니다. 입력전압 범위, 전류, Noise, 역극성, Surge, Isolation, Sensor Type을 함께 고려해야 한다.

24V 입력회로의 기본 구조

24V Field Signal

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Protection

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Current Limit

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Photocoupler

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MCU / PLC Logic

왜 포토커플러를 사용할까?

Field Wiring에서 유입되는 Noise와 Ground Difference를 Logic 영역과 분리하기 위해 Galvanic Isolation을 사용하는 경우가 많다. 포토커플러는 24V 입력과 3.3V/5V Logic을 전기적으로 분리하는 대표적인 방법이다.

입력저항은 어떻게 계산할까?

기본 계산은 LED Forward Voltage와 원하는 Input Current에서 시작한다.

R = (VIN - VF) / IF

예를 들어 VIN=24V, VF=1.2V, IF=5mA라면 이상적인 계산값은 약 4.56kΩ이다. 실제 설계에서는 입력전압 허용범위, 저항 오차, 온도, CTR Min, LED 열화까지 고려한다.

CTR은 왜 중요할까?

Photocoupler의 CTR은 Input LED Current에 대해 Output Collector Current가 얼마나 나오는지를 나타낸다. 단순히 Typical CTR만 보면 안 되고 실제 IF, VCE, 온도 조건에서 보장되는 Minimum CTR을 확인해야 한다.

NPN Sensor와 PNP Sensor 연결

Sensor 출력	동작 개념	입력회로에서 볼 것
NPN	Sinking Output	Input 쪽에서 전류를 공급하는 구조 필요
PNP	Sourcing Output	Sensor가 +24V를 공급하는 구조

PLC Input Type과 Sensor Output Type을 같이 봐야 한다. 단순히 NPN, PNP 이름만 외우기보다 실제 전류가 어디에서 어디로 흐르는지 확인하는 것이 좋다.

Protection은 무엇을 넣을까?

24V Input Protection 체크

✓역극성 보호

✓TVS 또는 Surge Protection

✓입력 Current Limit

✓RC Filter 또는 Debounce

✓ESD/EFT 유입경로와 Layout

Filter를 너무 크게 잡으면 안 되는 이유

RC Filter가 크면 Noise에는 강해지지만 Input Response가 느려진다. 일반 Sensor 상태신호와 빠른 Pulse 입력은 요구사항이 다르므로 동일한 Filter 값을 모든 Input에 적용하면 안 된다.

실무 체크리스트

항목	확인 내용
VIN	정상, 최소, 최대 입력전압
IF	Photocoupler LED Current
CTR Min	온도와 실제 IF 조건에서 확인
Input Threshold	ON/OFF 판정 여유
Protection	Reverse, Surge, ESD/EFT
Isolation	필요 절연전압과 Creepage/Clearance

마무리

한 문장으로 정리하면
24V Digital Input은 저항 하나로 전압을 낮추는 회로가 아니라 Field Noise와 Surge를 견디면서 Logic 영역에 확실한 ON/OFF 상태를 전달하는 인터페이스다.