NPN, PNP 센서의 회로구조

1. 싱킹(Sinking)과 소싱(Sourcing)이란 ?

개별 입력 또는 출력을 처리할 때 장치가 싱킹 또는 소싱 중인지 이해해야 합니다. 이러한 용어는 전원을 제공하는 장치와 접지를 제공하는 장치를 나타내며 둘 다 항상 존재해야 합니다.

 

싱킹 입력은 접지를 제공하는 반면 소싱 입력은 전력을 제공합니다. 싱킹 장치를 잘못 배선하면 전류가 역방향으로 흐르기 때문에 장치가 손상될 수 있습니다. 많은 일반적인 제어 시스템에서 출력 모듈은 소싱되고 입력 모듈은 싱킹됩니다. 따라서 소싱 출력 모듈을 싱킹 입력 장치에 연결하면 시스템이 출력 상태를 올바르게 감지합니다.

 

싱킹 PLC 입력은 다음과 같이 구성되며 전압이 스위치에 의해 켜지거나 꺼지며 PLC는 이를 입력 ON 또는 OFF로 인식합니다.

 

싱킹 PLC 입력

 

 

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다음 그림은 소싱 PLC 입력을 보여주며 접지 또는 공통 연결이 전원 대신 스위치를 통과하고 있음을 알 수 있습니다.

두 시나리오 모두에서 동일한 스위치를 연결할 수 있다는 점에 유의해야 합니다. 스위치 자체는 소싱 또는 싱킹에 국한되지 않습니다.

 

소싱 PLC 입력

 

 

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2. 센서의 NPN 및 PNP 트랜지스터

3선식 센서에는 싱킹 및 소싱 유형도 정의되어 있지만 일반적으로 NPN 또는 PNP라고 합니다. NPN(Negative-Positive-Negative)은 싱킹과 동일하며 PNP(Positive-Negative-Positive)는 소싱과 유사합니다.

이러한 용어는 일반적으로 센서 또는 릴레이와 함께 사용되며 장치를 배선해야 하는 방법을 정의합니다.

 

활성화되면 NPN 센서가 접지 경로(DC 공통 리턴)를 활성화합니다. 베이스(B), 이미터(E) 및 컬렉터(C)가 있는 트랜지스터를 보면 베이스에 충분한 양의 전류가 존재할 때 컬렉터에서 이미터로 전류가 흐릅니다.

 

다음 그림은 NPN 광학 광전 센서가 특정 파장의 빛(일반적으로 강도 조절 가능)이 센서에 제공될 때 필요한 전류를 제공하는 방법을 보여줍니다. PLC는 신호선 전류를 공급하고 센서에 전원이 공급되면 소량의 전류가 파란색 전선으로 흐릅니다. 모듈은 이를 '통전' 또는 '참' 신호로 인식합니다.

 

NPN 싱킹 센서의 회로도

 

 

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PNP 센서는 반대로 작동하여 센서가 활성화되면 신호 단자에 전압이 생깁니다. 센서가 활성화되지 않으면 신호는 0볼트가 되며 트랜지스터도 마찬가지입니다. PNP 트랜지스터를 사용하면 베이스에 충분한 전류 경로가 제공될 때 전류가 이미 터에서 컬렉터와 베이스로 흐릅니다.

 

센서가 PNP인지 NPN인지에 따라 센서의 기능이 달라지기 때문에 어떤 종류의 센서를 사용하고 있는지 아는 것이 매우 중요합니다. 트랜지스터의 내부 구조는 두 개의 반대 다이오드이기 때문에 잘못된 종류의 센서를 사용하면 PLC의 전류가 흐를 수 없습니다. 따라서 잘못된 센서 유형을 사용하면 신호가 항상 'false' 또는 'low'로 나타납니다.

 

 

PNP 소싱 센서의 회로도

 

 

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3. NPN 센서와 PNP 센서의 목적

PNP 소싱 센서는 싱킹 컨트롤러 입력 모듈과 일치합니다. 각 입력 단자는 모듈을 통해 내부적으로 접지되며 와이어가 금속 기계 섀시와 접촉하면 결과는 비활성 터미널이 됩니다.

 

반대로, NPN 센서에는 모든 입력 단자에 라이브 24V가 있는 소싱 모듈이 필요합니다. NPN 트랜지스터는 N(음)으로 변경된 입자의 전자 이동도가 실리콘 소자의 P(양전하) 정공보다 훨씬 빠르기 때문에 동등한 PNP 소자보다 빠르게 신호를 전송할 수 있습니다. 따라서 고속 엔코더 신호 또는 PWM(펄스 폭 변조) 제어와 같은 고속 스위칭 어플리케이션의 경우 NPN 스타일 I/O 모듈을 고려할 수 있습니다.

 

NPN 트랜지스터는 베이스 입력에서 양의 전압에 반응하기 때문에 많은 장치에서 전류 증폭기로 선호됩니다. 즉, 소형 Arduino 및 이와 유사한 플랫폼과 같은 일반적인 컨트롤러는 NPN 트랜지스터를 쉽게 구동할 수 있습니다. 그러나 센서 구성 소싱의 이점은 PNP가 많은 센서 응용 분야에서 선택된다는 것을 의미합니다.

 

출력 모듈, 안전 시스템 또는 모션 장치를 고려할 때 예기치 않은 모션의 가능성 때문에 PNP 출력 또는 소싱 스타일 릴레이 연결을 사용해야 합니다. 이는 전원 측 및 접지 측 스위칭의 개념과 밀접한 관련이 있습니다.

 

 

NPN 및 PNP 출력 회로

 

 

싱킹 부하를 제어하기 위해 PNP(소싱) 모듈을 사용하는 보다 안전한 버전에서는 접지된 신호 와이어의 경우 제어가 아닌 부하를 우회합니다. 제어 모듈에 약간의 과전류 손상이 있을 수 있지만 모션 장치가 활성화되지 않고 더 높은 수준의 안전성을 제공합니다.