산업 분야에서는 다양한 유형의 센서 출력이 존재합니다. 이산 출력과 같이 단순한 것도 있고, 이더넷이나 아날로그 출력과 같이 복잡한 것도 있습니다. 복잡성 수준에 관계없이, 이 모든 것은 센서가 빛이나 소리 같은 물리적 신호를 감지하여 전기 신호, 즉 출력으로 반응하는 것에서 시작됩니다. 두 가지 유형의 출력 모두 각자의 용도가 있습니다. 하지만 디스크리트 출력에 대해 논의할 때는 몇 가지 알아두어야 할 사항이 있습니다.
이산 출력의 이해
이산 출력에는 크게 두 가지 유형이 있습니다. 바로 전기기계식(EM) 릴레이 출력과 솔리드 스테이트 출력입니다. 두 가지 모두 이산 출력으로, ‘켜짐’과 ‘꺼짐’, ‘참’과 ‘거짓’처럼 어떤 상태가 되었는지를 전달합니다.
기전식 릴레이 출력은 기계식 스위치를 사용하여 신호 흐름의 상태를 변경합니다. 기전식 릴레이 출력에서 전자석이 작동하면, 전자석이 아머처를 아래로 당겨 접점을 닫습니다. 이렇게 하면 회로가 완성되어 전류가 흐르게 됩니다. 전자석이 꺼지면 스프링이 아머처를 다시 위로 당겨 접점을 개방하고 전류 흐름을 차단합니다. 이러한 스위치는 솔리드 스테이트 출력보다 높은 전기 부하를 전환하는 데 더 적합하지만, 움직이는 부품이 있어 수명이 제한되며 솔리드 스테이트 출력에 비해 응답 속도가 약간 느립니다.
가장 일반적인 이산형 출력은 솔리드 스테이트 방식입니다. 이는 트랜지스터로 구동되며, 전류를 켜거나 끄는 전자식 스위치입니다. 솔리드 스테이트 출력은 전자기 릴레이와 비슷하지만 움직이는 부품이 전혀 없다고 생각하면 됩니다. 이 출력은 빠른 스위칭 속도를 제공하며 충격과 진동에 강합니다. Banner는 AC 및 DC 솔리드 스테이트 출력을 모두 갖춘 센서를 제공합니다. 단, PNP 또는 NPN 솔리드 스테이트 출력은 DC 장치에서만 사용할 수 있습니다.
그렇다면 PNP와 NPN의 차이점은 무엇일까요?
사람들은 센서를 PNP나 NPN이라고 부르는 경우가 많지만, 사실 이 약어들은 장치에 사용된 트랜지스터의 유형을 가리킵니다. PNP와 NPN의 차이는 트랜지스터 내부에 있는 반도체 재료의 구조에 있습니다. PNP 트랜지스터에서 반도체 재료는 세 개의 층으로 구성되어 있습니다. 두 개의 양극(P) 층 사이에 음극(N) 층이 위치하며, 이를 양-음-양(Positive-Negative-Positive) 또는 PNP라고 합니다. 마찬가지로, NPN 트랜지스터는 두 개의 음극 층 사이에 양극 층이 끼어 있는 구조를 가집니다: 음-양-음, 즉 NPN입니다. 구조는 다르지만 두 형태 모두 양극 및 음극 전원 단자를 가지고 있으며, 연결된 표시등, 허브, IO-Link 마스터, PLC 등과 같은 ‘부하’라고 하는 장치에 연결됩니다.
PNP 출력
소싱 출력이라고도 하는 PNP 출력은 연결된 부하에 전류를 공급합니다. 전기 부하는 센서 출력과 전원 공급 장치의 음극(공통) 단자 사이에 연결됩니다. 출력 전압은 공급 전압과 동일합니다.
NPN 출력
NPN 출력은 회로에 접지를 제공하기 때문에 싱킹 출력이라고도 합니다. 이 경우, 전기 부하는 센서 출력과 전원 공급 장치의 양극 사이에 연결됩니다. 출력 전압은 접지 신호입니다. NPN 출력에서는 전류가 PNP 출력과 반대 방향으로 흐릅니다.
다양한 센서 출력 유형
센서마다 출력 유형이 다릅니다. 바이폴라 센서는 듀얼 출력 구성으로 PNP 및 NPN 트랜지스터를 모두 포함하고 있습니다. 어떤 출력 유형이 필요한지 확실하지 않은 경우, 둘 중 하나를 연결해도 됩니다. 다만, 일반적으로 PLC에는 하나의 출력만 연결됩니다.
상보형 출력을 갖는 센서는 PNP형이거나 NPN형입니다. 이러한 소자는 두 개의 출력 선을 가지며, 하나는 개방 상태이고 다른 하나는 폐쇄 상태입니다.
푸시-풀 출력 회로에는 동일한 회로 내에 PNP 및 NPN 출력 트랜지스터가 모두 포함되어 있습니다. 회로가 켜져 있을 때 PNP 신호를 전송하면, 꺼졌을 때는 NPN 신호를 전송하며(반대의 경우도 마찬가지입니다). 푸시-풀 출력을 갖는 센서에는 극성 설정 기능이 있어, 사용자가 센서가 작동할 때 어느 출력이 활성화될지 선택할 수 있습니다.
PNP와 NPN을 언제 사용해야 하는가
세계의 어느 지역에 있는지에 따라 어떤 유형의 이산 출력을 사용할지가 결정되는 경우가 많습니다. 아시아에서는 출력의 약 90%가 NPN을 사용합니다. 유럽에서는 출력의 약 90%가 PNP입니다. 미국에서는 NPN과 PNP의 비율이 약 60 대 40으로 나뉩니다.
PLC는 PNP 또는 NPN 신호 중 하나를 감지하므로, 특정 용도에 따라 PLC가 요구하는 신호에 맞춰 올바른 센서 출력을 사용하고 있는지 확인해야 합니다. 이 정보는 PLC 설명서 및 배선도에 나와 있습니다.
다음 애플리케이션을 개발할 때, Langir Engineering의 전문가들에게 문의하세요 귀하의 구체적인 PNP 또는 NPN 출력 요구 사항을 파악하는 데 도움이 필요하시면.
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이 기사는 원래 Banner(bannerengineering.com)에서 발표한 기술 정보를 바탕으로 작성되었습니다.
