스마트 팩토리 자동화시스템 구현을 위한 전력 요건은?
저전력 고효율 통합기술로 신뢰성과 안정성 향상 필요
현재 산업 IoT를 사용하여 완전한 자동생산체제 구현과 생산과정의 최적화를 통해 제조분야의 혁신을 꿈꾸고 있다. 미국은 이미 제조업 부흥 정책을 추진하여 해외로 나간 기업이 다시 국내로 돌아오는 ‘제조업 리쇼어링(reshoring)’ 현상이 가속화되고 있으며 독일 또한 ‘Industry 4.0’을 통하여 제조업 경쟁력을 강화하고 있다.
우리나라도 제조업체에서 센서나 새로운 제어 구조를 도입하면서 생산 현장 시스템들이 스마트(Smart)하게 변하고 있다. 이 때 더 많은 기능들을 넣기 위해 인더스트리얼(Industrial) 폼펙터(form factor)는 작아지고 있으며 그 공간에 적은 부품 수로 보드를 구성하는 경우가 늘어나고 있는 추세이다.
그러나 문제는 작아진 크기와 늘어나는 기능들 때문에 발생되는 높은 온도가 시스템의 안전성과 신뢰성을 떨어뜨릴 수 있다. 이 때 개발자들은 좁아진 공간에 쿨링 팬(cooling fan) 같은 장치를 달 수 없기 때문에 효율성을 높여 온도를 낮춰야 하는 중대한 과제를 안고 있다.
그렇다면 자동화 시스템을 위협하는 높은 온도는 어떻게 낮출 수 있을까? 열이 나지 않게 하려면 시스템의 효율성을 극대화 시켜야 한다. 이는 전력제어를 통해 가능하며 맥심은 이런 자동화 시스템의 효율성 높여주는 솔루션을 내놓았다.
Maxim의 Himalaya(히말라야) 시리즈의 전압 레귤레이터 IC와 파워 모듈들은 발열이 적으면서 보다 작고 간단한 파워 서플라이 솔루션을 실현할 수 있도록 해준다. MAXM17504는 열효율이 높은 시스템인패키지(SiP) 하나에 스위칭 모드 파워서플라이 컨트롤러와 듀얼 n채널 MOSFET 파워 스위치 완전 차폐된 인덕터 및 보상 부품을 모두 통합하여 콤팩트한 9mm x 15mm x 2.8mm 크기로 제공된다. 이 패키지는 전력 손실을 줄이면서 효율성을 높일 뿐 아니라 인쇄회로기판(PCB)에 손쉽게 납땜할 수 있으므로 자동화된 회로기판 조립 방식에 적합하다. 이 디바이스는 -40°C~+125°C의 산업용 온도 범위에서 작동할 수 있다. 이러한 높은 통합성은 전력제어에 들어가는 개발시간과 비용을 줄여주어 엔지니어들의 부담을 덜어 줄 것이다.
시스템의 효율성은 안전성과 신뢰성을 바탕으로 한다. 하지만 척박한 산업현장에서는 전압과 전류가 안정적으로 입출력 되지 않는 경우가 있다. 가령 입력전압 24V도 커넥터(connecter)를 꼽게 되면 순간 전압이 50V까지 치솟을 수 있기 때문에 24V 입력 전압 시 50V 이상 되는 범위 안전성과 신뢰성을 확보해야 한다. 맥심은 이에 안전규격인 IEC61131-2와 IEC60664-1에서 요구하는 최대 60V를 지원한다.
MAX17504는 4.5V~60V의 폭 넓은 입력전압 범위에서 작동한다. 0.9V~12V의 출력전압 범위에서 최고 3.5A의 연속출력 전류를 뛰어난 입력전압 변동률(Line Regulation)과 출력부하 변동률(Load Regulation)로 구현하여 입력 전압의 변화에도 일정한 출력을 유지하여 안정성과 신뢰성을 높여준다. 또한 펄스폭 변조(PWM)나 펄스-주파수 변조(PFM) 또는 디스컨티뉴어스 모드(DCM) 제어 방식으로 작동하여 시스템 효율성을 높여준다.
한 조사기관에 따르면 2012년 기준으로 200억달러(약 21조 3100억 원) 규모였던 산업용 사물인터넷 시장이 2020년엔 5000억 달러(532조 7500억 원)으로 25배 커질 것으로 전문가들은 예측했다. 특히 제조업뿐만 아니라 전반적인 산업영역에 걸쳐 확산되고 있어 병원 항만 운영은 물론 물류시스템 건강 관리 분야까지 폭넓게 활용될 것이다. 이러한 변화는 스마트 팩토리를 가속화할 것이며 전력 시스템의 안정성과 신뢰성은 고효율 저전력 통합 기술에 달려있다.
우리나라도 제조업체에서 센서나 새로운 제어 구조를 도입하면서 생산 현장 시스템들이 스마트(Smart)하게 변하고 있다. 이 때 더 많은 기능들을 넣기 위해 인더스트리얼(Industrial) 폼펙터(form factor)는 작아지고 있으며 그 공간에 적은 부품 수로 보드를 구성하는 경우가 늘어나고 있는 추세이다.
그러나 문제는 작아진 크기와 늘어나는 기능들 때문에 발생되는 높은 온도가 시스템의 안전성과 신뢰성을 떨어뜨릴 수 있다. 이 때 개발자들은 좁아진 공간에 쿨링 팬(cooling fan) 같은 장치를 달 수 없기 때문에 효율성을 높여 온도를 낮춰야 하는 중대한 과제를 안고 있다.
그렇다면 자동화 시스템을 위협하는 높은 온도는 어떻게 낮출 수 있을까? 열이 나지 않게 하려면 시스템의 효율성을 극대화 시켜야 한다. 이는 전력제어를 통해 가능하며 맥심은 이런 자동화 시스템의 효율성 높여주는 솔루션을 내놓았다.
Maxim의 Himalaya(히말라야) 시리즈의 전압 레귤레이터 IC와 파워 모듈들은 발열이 적으면서 보다 작고 간단한 파워 서플라이 솔루션을 실현할 수 있도록 해준다. MAXM17504는 열효율이 높은 시스템인패키지(SiP) 하나에 스위칭 모드 파워서플라이 컨트롤러와 듀얼 n채널 MOSFET 파워 스위치 완전 차폐된 인덕터 및 보상 부품을 모두 통합하여 콤팩트한 9mm x 15mm x 2.8mm 크기로 제공된다. 이 패키지는 전력 손실을 줄이면서 효율성을 높일 뿐 아니라 인쇄회로기판(PCB)에 손쉽게 납땜할 수 있으므로 자동화된 회로기판 조립 방식에 적합하다. 이 디바이스는 -40°C~+125°C의 산업용 온도 범위에서 작동할 수 있다. 이러한 높은 통합성은 전력제어에 들어가는 개발시간과 비용을 줄여주어 엔지니어들의 부담을 덜어 줄 것이다.
시스템의 효율성은 안전성과 신뢰성을 바탕으로 한다. 하지만 척박한 산업현장에서는 전압과 전류가 안정적으로 입출력 되지 않는 경우가 있다. 가령 입력전압 24V도 커넥터(connecter)를 꼽게 되면 순간 전압이 50V까지 치솟을 수 있기 때문에 24V 입력 전압 시 50V 이상 되는 범위 안전성과 신뢰성을 확보해야 한다. 맥심은 이에 안전규격인 IEC61131-2와 IEC60664-1에서 요구하는 최대 60V를 지원한다.
MAX17504는 4.5V~60V의 폭 넓은 입력전압 범위에서 작동한다. 0.9V~12V의 출력전압 범위에서 최고 3.5A의 연속출력 전류를 뛰어난 입력전압 변동률(Line Regulation)과 출력부하 변동률(Load Regulation)로 구현하여 입력 전압의 변화에도 일정한 출력을 유지하여 안정성과 신뢰성을 높여준다. 또한 펄스폭 변조(PWM)나 펄스-주파수 변조(PFM) 또는 디스컨티뉴어스 모드(DCM) 제어 방식으로 작동하여 시스템 효율성을 높여준다.
한 조사기관에 따르면 2012년 기준으로 200억달러(약 21조 3100억 원) 규모였던 산업용 사물인터넷 시장이 2020년엔 5000억 달러(532조 7500억 원)으로 25배 커질 것으로 전문가들은 예측했다. 특히 제조업뿐만 아니라 전반적인 산업영역에 걸쳐 확산되고 있어 병원 항만 운영은 물론 물류시스템 건강 관리 분야까지 폭넓게 활용될 것이다. 이러한 변화는 스마트 팩토리를 가속화할 것이며 전력 시스템의 안정성과 신뢰성은 고효율 저전력 통합 기술에 달려있다.
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