DC 모터의 단점 중 하나는 시동 전류 또는 돌입 전류가 높다는 것입니다. DC 모터는 작동 시 내부에서 역기전력(Back-EMF(Electro-Magnetic Force))이 발생해 전체 구동 전류를 낮춰줍니다. 이러한 역기전력은 패러데이의 유도법칙에 따라 발생하는 것이며, 모터 구조가 발전기와 매우 비슷하기 때문에 불가피한 현상입니다. 이렇게 생성된 역기전력은 구동 전자기력과 겨루게 되고, 여기서 발생하는 차이가 모터로 할 수 있는 유용한 작업을 나타냅니다.
DC 모터 드라이브에 적합한 경제적인 의료용 전원 공급장치
2024. 8. 23
의료 분야에서는 고성능 DC 모터가 필요할 때가 많습니다. 예를 들어 무거운 것을 들어올릴 때, 환자 침대나 수술대를 돌리거나 기울일 때, 정밀 외과 수술용 로봇을 조종하거나 호흡기 기압을 조절할 때 등이 대표적입니다. DC 모터는 PWR(Power-to-Weight Ratio, 출력 대 중량 비율)이 매우 우수하고 안정성이 뛰어나며 저속에서도 토크(torque)가 높다는 것이 장점입니다. 따라서 로봇 암이나 침대 조작 메커니즘에 내장하는 데 이상적이며, 적절한 전동 장치와 함께 사용 시 투석이나 수혈 장비에 장착해 매우 정확하게 액체를 펌핑하는 데 활용할 수 있습니다.
그러나 정지 상태인 경우, 정지된 로터는 발전기 기능을 하지 않고 모터 구동 전류를 제한하는 것은 배선의 DC 저항뿐입니다. 따라서 모터가 스핀업하기까지 아주 짧은 시간이라고 해도, 돌입 전류가 기동 전류의 세 배가 될 수 있습니다(그림 1).
피크 모터 시동 전류를 줄이는 방법 중 하나로, 모터에 정온도 계수(Positive Temperature Coefficient, PTC) 레지스터를 연결하는 것이 있습니다. PTC는 뜨거울 때보다 차가울 때 저항이 높은 장치이므로, 모터가 처음에 예열될 때까지 높은 돌입 전류를 조절하다가 온도가 높아지면 최소 임피던스만으로 공칭 전류를 허용하게 됩니다.
다음 예시에서는 200ms에서 돌입 전류가 세 배로 높은 24VDC, 125W 모터를 사용해 피크 전류를 50% 줄여보고자 했습니다(그림 1의 녹색 곡선).
피크 모터 시동 전류를 줄이는 방법 중 하나로, 모터에 정온도 계수(Positive Temperature Coefficient, PTC) 레지스터를 연결하는 것이 있습니다. PTC는 뜨거울 때보다 차가울 때 저항이 높은 장치이므로, 모터가 처음에 예열될 때까지 높은 돌입 전류를 조절하다가 온도가 높아지면 최소 임피던스만으로 공칭 전류를 허용하게 됩니다.
다음 예시에서는 200ms에서 돌입 전류가 세 배로 높은 24VDC, 125W 모터를 사용해 피크 전류를 50% 줄여보고자 했습니다(그림 1의 녹색 곡선).
PTC의 필수 사양은 다음 관계를 통해 확인할 수 있습니다.
1단계: 공칭 전류와 돌입 전류를 찾습니다.
2단계: PTC의 에너지 정격을 계산합니다.
3단계: 피크 돌입 전류를 50% 줄이는 데 필요한 PTC 저항을 계산합니다.
여기서 적절한 돌입 제한 장치는 최소 에너지 정격 100J인 3Ω NTC로, 정상 전류 정격 6A 이상이어야 합니다. 피크 전류가 피크 돌입 전류의 50%로만 제한된 상태라고 해도, 전원 공급장치는 여전히 이러한 단기 시동 전류를 제공할 수 있어야 합니다.
따라서 정상 전류 사용량을 제공하는 데 필요한 125W 전원 공급장치 대신, 높은 돌입 전류를 제공하기 위한 200W 전원 공급장치가 필요할 것입니다. 저항이 높은 PTC를 사용해 돌입 전류를 낮추는 것은 권장하지 않습니다. 연결 저항이 높아지면서 모터의 성능이 저하되고, 부하가 높은 상황에서 모터를 멈춰 버릴 위험이 있기 때문입니다. 있습니다. 그러려면 일시적으로 높은 돌입 전류를 제공하되 부하 오류에 대비해 단락을 방지할 수 있는 전원 공급장치를 선택해야 합니다.
RECOM에서 새로 선보이는 RACM140E-K 시리즈가 바로 그런 전원 공급장치입니다. 이 제품은 지속적으로 140W, 최장 10초간 부스트 전력 210W를 제공할 수 있어 피크 시동은 물론 단기 모터 정지 전류 발생 시에도 효과적입니다. 또한 지속 출력 단락이나 과전류 상황으로부터 완벽하게 보호됩니다. DC 모터로 인해 발생하는 역기전력과 관련된 다른 한 가지 잠재적인 문제로는 부하가 갑자기 끊기거나 급격히 감속되는 등 특정 환경에서 모터와 기어트레인의 운동 에너지가 모터를 발전기로 변환하고, 역기전력이 구동 전자기력을 초과하면서 모터 전체에서 전압이 높아진다는 점이 있습니다.
1단계: 공칭 전류와 돌입 전류를 찾습니다.
2단계: PTC의 에너지 정격을 계산합니다.
3단계: 피크 돌입 전류를 50% 줄이는 데 필요한 PTC 저항을 계산합니다.
여기서 적절한 돌입 제한 장치는 최소 에너지 정격 100J인 3Ω NTC로, 정상 전류 정격 6A 이상이어야 합니다. 피크 전류가 피크 돌입 전류의 50%로만 제한된 상태라고 해도, 전원 공급장치는 여전히 이러한 단기 시동 전류를 제공할 수 있어야 합니다.
따라서 정상 전류 사용량을 제공하는 데 필요한 125W 전원 공급장치 대신, 높은 돌입 전류를 제공하기 위한 200W 전원 공급장치가 필요할 것입니다. 저항이 높은 PTC를 사용해 돌입 전류를 낮추는 것은 권장하지 않습니다. 연결 저항이 높아지면서 모터의 성능이 저하되고, 부하가 높은 상황에서 모터를 멈춰 버릴 위험이 있기 때문입니다. 있습니다. 그러려면 일시적으로 높은 돌입 전류를 제공하되 부하 오류에 대비해 단락을 방지할 수 있는 전원 공급장치를 선택해야 합니다.
RECOM에서 새로 선보이는 RACM140E-K 시리즈가 바로 그런 전원 공급장치입니다. 이 제품은 지속적으로 140W, 최장 10초간 부스트 전력 210W를 제공할 수 있어 피크 시동은 물론 단기 모터 정지 전류 발생 시에도 효과적입니다. 또한 지속 출력 단락이나 과전류 상황으로부터 완벽하게 보호됩니다. DC 모터로 인해 발생하는 역기전력과 관련된 다른 한 가지 잠재적인 문제로는 부하가 갑자기 끊기거나 급격히 감속되는 등 특정 환경에서 모터와 기어트레인의 운동 에너지가 모터를 발전기로 변환하고, 역기전력이 구동 전자기력을 초과하면서 모터 전체에서 전압이 높아진다는 점이 있습니다.
과도한 에너지는 모터 전체에 커패시터(C1)를 배치하여 흡수하면 되지만, 이 방법을 사용하더라도 모터 시동 시 돌입 전류가 높아진다는 역효과가 있으므로 정전 용량이 너무 크면 안 됩니다. 이보다 더 나은 해결책으로는 모터 전체에 제동 레지스터를 배치해 역기전력 전압을 분산하는 것이 있습니다. 모터 전압이 구동 전압을 초과하는 경우에만 Q1이 이 레지스터를 회로로 스위칭하도록 하는 것입니다(그림 2).
AC/DC 전원 공급장치 는 단순한 모터 커패시터나 좀 더 복잡한 형태의 스위치 제동 레지스터 솔루션을 사용해 역기전력으로 인한 모터 전압을 처리할 수 있어야 합니다.
RACM140E 시리즈는 공칭 출력 전압보다 훨씬 높은 수준으로 설정된 과전압 보호(Over-Voltage Protection, OVP) 기능이 있으므로 모터에서 발생한 역기전력 전압을 안전하게 감당할 수 있습니다(표 1 참조).
RACM140E-K의 “M”은 ‘의료용(Medical)’이라는 뜻으로, 해당 제품은 의료 분야에서 사용하도록 인증을 취득했습니다. 즉, 의료 안전성 표준 EN IEC 60601-1 및 ANSI/AAMI ES 60601-1의 정의에 따라 2MOPP(2 Means Of Patient Protection) 강화 절연을 보장하며, 의료용 EMC 표준 EN 60601-1-2를 준수합니다. 접지 출력 누설 전류는 300µA로, BF(Body Floating) 환자 연결에 적합하며, 접촉 전류는 정상 작동 시 100µA 미만입니다.
AC/DC 전원 공급장치 는 단순한 모터 커패시터나 좀 더 복잡한 형태의 스위치 제동 레지스터 솔루션을 사용해 역기전력으로 인한 모터 전압을 처리할 수 있어야 합니다.
RACM140E 시리즈는 공칭 출력 전압보다 훨씬 높은 수준으로 설정된 과전압 보호(Over-Voltage Protection, OVP) 기능이 있으므로 모터에서 발생한 역기전력 전압을 안전하게 감당할 수 있습니다(표 1 참조).
| 매개변수 | 모델 | 출력 전압 | OVP 수준 |
|---|---|---|---|
| 과전압 보호 (히컵 모드) |
RACM140E-12SK | 12V | 30V |
| RACM140E-15SK | 15V | 30V | |
| RACM140E-24SK | 24V | 40V | |
| RACM140E-36SK | 36V | 48V | |
| RACM140E-48SK | 48V | 65V |
표 1: RACM140E 시리즈 OVP 수준
RACM140E-K의 “M”은 ‘의료용(Medical)’이라는 뜻으로, 해당 제품은 의료 분야에서 사용하도록 인증을 취득했습니다. 즉, 의료 안전성 표준 EN IEC 60601-1 및 ANSI/AAMI ES 60601-1의 정의에 따라 2MOPP(2 Means Of Patient Protection) 강화 절연을 보장하며, 의료용 EMC 표준 EN 60601-1-2를 준수합니다. 접지 출력 누설 전류는 300µA로, BF(Body Floating) 환자 연결에 적합하며, 접촉 전류는 정상 작동 시 100µA 미만입니다.
RACM140E 전원 공급장치는 Molex형 커넥터, 푸시인 피팅 또는 스페이드형 단말기와 함께 제공되며, 패널이나 섀시 마운트로 이용할 수 있습니다. 높이가 40mm 이하로 낮아 1HE 랙 마운트 인클로저에도 충분히 들어갑니다. RACM140E는 의료용 외에 가정용 및 산업용 안전성및 EMC 표준 인증도 취득했으며, 최대 고도 2,000m의 경우 과전압 카테고리 OVC III, 최대 고도 5,000m의 경우 OVC II입니다.
치수:
RACM140E 시리즈는 시스템 통합을 간소화하기 위해 EN55032 ‘Class B’ EMC 한도를 여유 있게 충족하며, 서지 및 버스트 내성 보호 수준이 높습니다. 입력 전압 범위는 80~264VAC 또는 120~370VDC로 범용이며, 공칭 출력 전압 12, 15, 24, 36, 48VDC는 기판 장착형 트림 전위차계를 사용해 최대 +20% 조정할 수 있습니다.
콤팩트한 크기, 뛰어난 비용 효율성, 높은 피크 부하 기능에 광범위한 의료, 가정, 산업 안전성 및 EMC 인증을 갖춘 RACM140E는 DC 모터 구동 외에도 건물 및 주택 자동화, 의료용 로봇, 데이터 및 전기 통신, 산업 자동화, 인트라로지스틱스, 테스트 및 계측 등 다양한 용도로 활용할 수 있습니다.
치수:
- 인클로저 포함: 147 x 81.5 x 40mm
- 오픈 프레임: 147 x 81.5 x 38mm
RACM140E 시리즈는 시스템 통합을 간소화하기 위해 EN55032 ‘Class B’ EMC 한도를 여유 있게 충족하며, 서지 및 버스트 내성 보호 수준이 높습니다. 입력 전압 범위는 80~264VAC 또는 120~370VDC로 범용이며, 공칭 출력 전압 12, 15, 24, 36, 48VDC는 기판 장착형 트림 전위차계를 사용해 최대 +20% 조정할 수 있습니다.
콤팩트한 크기, 뛰어난 비용 효율성, 높은 피크 부하 기능에 광범위한 의료, 가정, 산업 안전성 및 EMC 인증을 갖춘 RACM140E는 DC 모터 구동 외에도 건물 및 주택 자동화, 의료용 로봇, 데이터 및 전기 통신, 산업 자동화, 인트라로지스틱스, 테스트 및 계측 등 다양한 용도로 활용할 수 있습니다.
용도
| Series | |||||||
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RACM140E-K
Focus
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