디지털 또는 갈바닉 절연은 시스템 내 두 부분 사이에 전류가 흐르지 않도록 하면서도, 필요한 신호와 전력은 전달되도록 해주는 기술이다. 이 기능은 사람과 장비를 위험한 전압으로부터 보호하고, 그라운드 루프를 제거하여 민감한 회로 내 노이즈를 방지하는 데 중요한 역할을 한다.

디지털 절연은 마치 비접촉식 결제 단말기와 비슷하다. 카드와 단말기 사이에 물리적인 연결은 없지만, 단말기가 생성한 자기장이 카드에 전력을 전달하고, 시스템은 결제 정보를 읽고 전송한다.

디지털 절연은 전력 변환기, 산업 자동화 시스템, 전기차와 같은 산업용 제품에서 흔히 사용된다. 예를 들어, 전기차 충전기에서는 고전압 충전 회로와 저전압 제어 회로 및 조작 패널 간의 안전한 절연을 디지털 절연이 담당한다.
 

■ 광학식·자기식·정전용량식 세 가지 기본 기술

디지털 절연에는 광학식, 자기식, 정전용량식의 세 가지 기본 기술이 있다.

광학 절연에서는 LED가 절연 장벽을 넘어 빛의 펄스 형태로 데이터를 전달한다. 이 빛은 포토트랜지스터(옵토커플러라고도 함)에 의해 수신되어 전기 신호로 변환된다.

자기 절연에서는 변압기처럼 작동하는 자기장이 데이터를 전달하고 전력을 절연 장벽을 넘어 공급한다. 일반적인 변압기는 전압을 높이거나 낮추는 데 사용되지만, 절연용 변압기는 1:1 비율을 유지하여 전압을 동일하게 유지한다. 이러한 종류의 변압기는 주로 안전 관련 용도에 사용된다.

정전용량식 절연에서는 데이터를 고속으로 커패시터를 충전하고 방전시키는 디지털 인코딩 방식으로 커패시터를 통해 전달한다. 전원 회로에서 절연을 위해 커패시터가 사용될 경우, 단락(short circuit) 상황에서 시스템이나 사용자에게 미치는 위험을 나타내기 위해 특별한 등급이 부여되기도 한다.

예를 들어, Class-X 커패시터는 AC 라인과 AC 중성선 사이에 연결되며, 단락 시 감전 위험을 줄여주지만 화재 위험은 여전히 존재할 수 있다. 반면 Class-Y 커패시터는 AC 라인과 섀시(금속 프레임) 사이에 연결되며, 화재 위험은 적지만 감전 위험이 존재할 수 있다.

감전 위험에 대한 안전이 요구되는 상황에서는, 정전용량식 절연 대신 광학식이나 자기식 절연 기술을 사용하는 것이 좋다. 왜냐하면 커패시터가 AC 회로에 직렬로 연결될 경우, 항상 커패시터를 통해 전류가 흐르게 되기 때문이다.

■ 각 회로의 접지 전위가 다른 상황서 사용

디지털 절연은 두 개 이상의 전기 회로가 서로 통신해야 하지만, 각 회로의 접지 전위가 다를 수 있는 상황에서 사용된다. 이 기술은 공통 접지 도선을 통해 원치 않는 전류가 흐르는 것을 차단함으로써 그라운드 루프를 효과적으로 제거한다. 또한 디지털 절연은 감전 사고를 방지하는 등의 안전 목적에도 활용된다.

# 기고자
마르셀 콘세(Marcel Consee) / 마우저 일렉트로닉스(Mouser Electronics)


기술 콘텐츠 전문가로서 마르셀은 Mouser의 EMEA 마케팅 팀 내 기술 관련 문의에 대응하는 내부 담당자다. 원래 물리학자였던 그는 한때 전자 분야 전문 잡지의 편집자로 일한 경력이 있다. 현실에서는 염색체가 조금 많은 두 아이를 돌보면서, 전자 기기에 대한 애정과 책과 맥주를 좋아하는 삶을 병행하고 있다. 지금까지는 그 어느 것도 놓치지 않고 잘 해내고 있다.