현장 기술자가 전원 커넥터를 반대로 꽂았는데도 보드가 멀쩡했던 경험, 알고 보면 다이오드 하나가 그 사고를 대신 막아준 겁니다. 7편에서 인덕터가 만드는 역기전력을 다뤘다면, 8편에서는 전원 자체가 잘못 연결되거나 여러 전원이 서로 간섭하는 상황을 막는 회로를 다룹니다. 역류 방지 회로와 ORing 회로, 이름은 다르지만 사실 둘 다 다이오드의 '한쪽 방향으로만 전류를 흘린다'는 가장 기본적인 성질 하나로 해결하는 문제입니다. 역류 방지 회로, 전원 극성 오결선을 막는 안전장치 산업 현장에서는 전원 커넥터를 사람이 직접 꽂는 경우가 많습니다. 배터리 팩을 반대로 끼우거나, 극성이 다른 두 케이블을 헷갈려 연결하는 실수는 생각보다 자주 일어납니다. 역류 방지 회로(Reverse Polarity Protection) 는 이런 극성 오결선 상황에서 회로를 지켜주는 보호 장치입니다. 가장 단순한 구현은 전원 입력단에 다이오드 하나를 직렬로 넣는 것입니다. 정상 극성이면 다이오드가 순방향이 되어 전류가 그대로 흐르고, 반대로 연결되면 다이오드가 역방향이 되어 아예 전류를 차단해버립니다. [역류 방지 회로] 회로 하나 다이오드 한 알로 극성 오결선 사고를 원천 차단할 수 있다는 점에서, 특히 사람이 직접 배선을 만지는 산업용 컨트롤러나 배터리 장비에는 거의 기본으로 들어가는 보호 방식입니다. 한 줄 요약 역류 방지 회로는 전원 입력단에 다이오드를 직렬로 넣어, 정상 극성일 때만 전류를 흘리고 반대로 연결되면 회로를 원천 차단하는 보호 방식입니다. 직렬 다이오드 방식의 한계, 손실이라는 대가 문제는 이 간단한 방식에도 대가가 따른다는 겁니다. 다이오드가 항상 회로에 직렬로 물려있으니, 정상 동작 중에도 1편에서 다룬 순방향전압(VF)만큼 전압 손실과 발열이 계속 발생합니다. 전류가 크지 않은 소형 기기라면 이 손실이 무시할 만하지만, 전류가 큰 산업용 장비라면 VF 손실이 곧바로 전력 손실(P=V×I)로 이어져 발...

릴레이 코일에 다이오드 하나 안 붙였다고 트랜지스터가 순식간에 타버리는 걸 본 적이 있으신가요? 4편까지는 정류·전원 변환, 5~6편은 전압 제어를 다뤘습니다. 7편부터는 회로를 지키는 쪽, 즉 부하 보호와 노이즈 대책으로 넘어갑니다. 그 첫 번째 주인공이 릴레이나 모터, 솔레노이드 같은 인덕터성 부하를 스위칭할 때 반드시 따라붙는 프리휠링(플라이백) 다이오드 입니다. 프리휠링 다이오드, 역기전력을 막는 안전벨트 릴레이 코일이나 모터, 솔레노이드는 전기적으로 보면 전부 인덕터입니다. 인덕터는 흐르던 전류를 갑자기 끊으려 하면 그 변화를 거부하며 순간적으로 아주 높은 전압을 만들어내는 성질이 있습니다. 이를 역기전력(Back EMF) 이라 부릅니다. [역기전력을 막아주는 플라이백 다이오드] 역기전력이란 쉽게 말해, 인덕터가 "전류를 갑자기 끊지 말라"며 순간적으로 내지르는 고전압 반발이라고 보면 됩니다. 트랜지스터나 MOSFET으로 릴레이 코일을 스위칭 오프하는 순간, 이 반발 전압이 스위칭 소자에 그대로 걸리면서 소자를 순식간에 파손시킬 수 있습니다. 이 문제를 막기 위해 인덕터성 부하와 병렬로, 평소 전류 방향과는 반대 극성으로 다이오드를 붙여둡니다. 평소에는 역방향이라 전류가 흐르지 않다가, 스위치가 꺼지는 순간 역기전력이 이 다이오드를 순방향으로 만들어 전류가 다이오드를 통해 계속 순환(freewheel)하도록 우회로를 열어주는 겁니다. 그래서 이름이 프리휠링(freewheeling) 다이오드입니다. 한 줄 요약 프리휠링 다이오드는 인덕터성 부하와 병렬로 반대 극성으로 연결해, 스위치가 꺼지는 순간 역기전력 전류가 스위칭 소자 대신 다이오드를 통해 순환하도록 우회로를 열어줍니다. V=Ldi/dt로 보는 역기전력, 스위치가 빠를수록 위험한 이유 역기전력의 크기는 V = L × (di/dt) 공식으로 정해집니다. 여기서 L은 코일의 인덕턴스, di/dt는 전류가 변화하는 속도입니다. 이 공식이 무...