『ROBOT 이론/실무 정리』

2중 모니터링

ISO 13849-1의 카테고리 3, PL = d 를 만족하는 안전 회로(이중화 회로) 구성

Power Relay를 활용한 Safety Function

* 컨트롤러의 Servo ON 신호를 입력받아 각 장치의 메인전원을 스위칭하는 역할
* 제품명: G7Z-4A-11Z-R
https://www.ia.omron.com/data_pdf/cat/g7z_j160-e1_4_1_csm1001495.pdf?id=1767

저항과 캐패시터(스너버회로)

* 스너버 회로: 과전압에 의한 릴레이 손상을 막기 위한 회로
* RC 부품이 내부에 함께 몰딩된 부품을 스파크 킬러라고 부름
* RC회로 연결방법
  - DC 코일을 사용할 때, RC는 코일과 병렬로 연결할 것.
  - AC 코일을 사용할 때, RC는 코일과 직렬로 연결할 것.

* 참고) AC 코일을 DC와 같이 병렬로 연결하면,
캐패시터 성분이 주파수에 대한 임피던스 성분을 갖게 되어 코일을 동작하지 않아도 회로가 동작할 수 있음.

다이오드

* 1N4002 (ON Semiconductor)

(원문 번역)
* 트랜지스터가 G7Z를 구동하면 누설 전류를 점검하고 필요한 경우 출혈 저항을 연결하십시오.
* 작동 전압이 작동하려면 릴레이 전기자의 최소값이며 연락처가 켜져 있습니다.
따라서 전압 변동 및 코일 온도 상승으로 인한 코일 저항의 증가를 고려하여 코일에 정격 전압을 근본적으로 적용하십시오.
* 코일이 꺼져있을 때 코일에 의해 생성 된 카운티 전압 전압은 반도체 소자를 파괴하거나 오작동을 일으킬 수 있습니다. 코일의 양단에 서지 흡수 다이오드를 대책으로 부착하십시오. 특히, 반도체 소자로 G7Z를 구동 할 때는 항상 서지 흡수 다이오드를 부착하십시오.
릴레이 리셋 시간은 확장되므로 실제 사용 조건에서 구현을 확인한 후에 항상 사용하십시오.
최소 600V 역 전압 저항 및 약 1A의 순방향 전류를 갖는 서지 흡수 다이오드를 사용하십시오.
G7Z는 코일 극성이 없으므로 극성이 코일의인가 된 전압과 반대되도록 서지 흡수 다이오드를 부착하십시오.

(추가 설명)

 * 릴레이 코일을 제어하는 신호가 ON/OFF가 될 때, 코일의 전류 변화가 커지게 된다.
이러한 과도전류로 인해 릴레이 코일과 제어하는 TR이나 부품이 손상될 수 있다.-> 1N4002 onsemi 부품 사용
 * 코일의 전원이 ON->OFF가 될 때, 300V이상의 전기가 흐를 수 있어 코일이 손상이 될 수 있다.
따라서 다이오드를 코일과 병렬로 연결하여 전류를 순환하게 해준다.
또한 다이오드의 극성을 코일의 전원과 반대로 연결한다.
위의 Datasheet와 같이 600V/1A의 순방향 다이오드를 선정하여 연결할 수 있도록 한다.

(Datasheet 참고)

PPM

PPM은 주파수 오차를 의미함.

예를 들어,

25MHz 20PPM의 크리스탈이라면,

25*20Hz = +-500Hz의 오차를 가진다.

따라서 24,999,500Hz ~ 25,000,500Hz의 범위로 Clock을 확인할 수 있다.

TVS 다이오드와 제너 다이오드의 차이점

TVS 다이오드

역방향 특성
서지(과도 전압)로 부터 보호
ESD(정전기) 방지
빠른 응답시간
지속적인 서지 전압은 보호하지 못함

제너 다이오드

역방향 특성
안정적인 전압을 만듦 (정전압 용도) -> Clamp Voltage

(이전 글 참고)

RC 값 변경에 따른 출력 실험

• 표 1번 실험:

R/C 값으로 인해 U3(SN74LV)의 Output(Q)가 PWM으로 출력됨

Fan이 동작하지 않는다는 Error로 간주될 수 있어 R/C 값을 변경하여 Q 출력을 조절해야 함

1번 실험(10k, 104) - RC 입력

1번 실험(10k, 104) - Q 출력

• 표 3번 실험:

동일한 CAP(104)를 병렬로 연결하여 Table 4와 같이 구현함

하지만 R/C 값의 그래프가 변하지만 Q 출력은 여전히 PWM으로 확인됨

3번 실험(10k, 104x2EA) - RC 입력

3번 실험(10k, 104x2EA) - Q 출력

• 표 4번 실험:

TEST 1에서 부착한 CAP과 기존 CAP을 제거하고 105 CAP을 연결

R/C 값이 LOW로 확인되며 출력 Q는 On/Off 신호로 변경됨

FAN의 동작유무에 대한 Error 값 출력 확인 완료

4번 실험(10k, 105) - RC 입력

4번 실험(10k, 105) - Q 출력

1. 설계 목적

• FAN의 동작 유무를 판단하여 I/O 출력을 하는 회로를 구성
• FAN은 3Pin(VCC, GND, TACHO) 제품을 사용하여 구현

2. 제품 목록

단안정 멀티바이브레이터 (ex, SN74LV123)
: 디지털 펄스를 지속하거나 스위치의 시간을 지연할 때 사용

3. 회로도 및 특징 설명

• FAN의 동작 유무에 따라 에러를 출력하는 회로
• FAN의 TACHO는 1초에 약 200개 펄스를 출력하여 이를 입력받아 처리함
• PWM 펄스가 지속되거나 정지되면 R/C 필터를 통해 High 또는 Low를 출력할 예정
• 하지만 RC 필터의 영향으로 Error가 PWM으로 출력되는 현상이 있어 RC 값을 계산하고 테스트할 필요가 있음
• 이후 RC 필터의 C값을 변경하며 출력 확인

4. RC 필터

• 단안정 멀티바이브레이터 IC에서 출력 신호를 제어하기 위해 RC 필터가 사용됨
• RC 값에 따라 펄스, High, Low가 출력됨
• 해당 기능은 펄스가 아닌 High, Low로 출력하기 위해 적정 R, C 값을 선정함

• B, CLR = 3.3V
• trr은 A의 한 펄스 주기
• tw는 유지되는 시간
• 펄스가 발생하면 총 tw(+trr) 시간 동안 유지됨
• 이러한 기능을 활용하여 High, Low로 출력이 가능함

• Trr과 tw를 계산하기 위해 데이터시트의 표를 참고함
• Trr = 1/(rpm/60/2)*1000000000
  -> rpm: 7000, 60: rpm to rmsec, 2: 1주기에 두개 펄스 발생, *: ns to sec
• K 값은 그래프를 참고하여 약 1.01로 작성

• trr은 FAN의 스펙에 따라, tw는 RC 필터 스펙에 따라 조정할 수 있음
• FAN의 RPM은 최대 7,000(@24V)이며 전압에 따라 낮아질 수 있음
• 즉, trr 값은 최소 4ms이며 입력 12V일 때 약 3,000 RPM으로 나타남
• FAN의 RPM을 최대 7,000 / 최소 3,000이라고 가정하면, 모두 Error를 검출할 수 있도록 tw값을 10ms 이상으로 설정해야 함
  (실험 참고)

• 표의 1번과 같이 RC를 10k, 104로 정한다면 tw가 1ms로 설정되며, 게이트의 출력 Q가 PWM 출력되게 됨
• 따라서 RC 시정수를 늘려 tw값을 10ms 이상으로 설정하려면, 2번 혹은 4번과 같이 R, C를 변경해야함

• 표 1번의 경우 1.00E+06, 2번의 경우 1.00E+07로 나타남

• 최종적으로 표 1번의 trr+tw 값 1ms를 10ms이상으로 변경하기 위해, 저항 10k옴에서 100k옴으로 변경함