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Spot Welding/AC Spot Welding

AC 스폿용접기 VS DC 슈퍼 커패시터 스폿용접기 장단점 비교 정리!!

글: HooneyPaPa 2023. 7. 14.
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들어가면서...

 


올 초 중고 슈퍼커패시터가 저렴하게 대량으로 풀리면서 관련 카페를 중심으로 이를 활용한 점프스타터와 스폿용접기가 인기를 끌고 있습니다. 가성비로 이슈가 되었던 알리의 K6 회로를 이용하여 제작해보고 부족한 점이 있어 해체 방출하고 지금은 직접 컨트롤러를 제작 2번째 수정된 PCB가 도착해 막바지 검증단계에 있습니다.

상황이 이러하다보니 AC 스폿컨트롤러를 제게 구입하면서 슈퍼 커패시터를 이용한 스폿용접기와 AC스폿용접기의 차이점에 대해 문의가 많아지면서 유선으로 혹은 톡으로 설명을 드리다가 안내차원에서 이곳에 옮겨봅니다. 장단점을 살펴보고 자신에게 맞는 타입을 선택하면 될 듯 합니다.

개인적으로는 슈퍼콘용 스폿기는 서브용도나 특성을 잘 아시고 관리가 가능한분이 사용하기에 적합하고 초보분들이나 대량 스폿작업이 필요하신 분은 AC스폿기가 더 적합하다고 안내드리고 있습니다. 비약적이지만 자주 망가지고 복잡한 최근 전자식 선풍기보다 투박하지만 튼튼하고 오래가는 구형 앤틱 선풍기를 선호하는 차원입니다.

혹여 잘못되거나 개선된 내용이 있다면 댓글로 의견을 주시면 감안하여 반영하도록 하겠습니다.





AC 스폿용접기  VS  DC 스폿용접기

 

  AC 방식 (링코어)
DC방식
전원 220V 가정용 AC 고방전 배터리, 납산배터리, 수퍼콘덴서등의 DC
회로가 컨트롤하는 스위칭 전류 - 1KVA : < 5A
- 3KVA : < 15A
- 5KVA : < 30A
- 배터리 : 수십 ~ 수백A
- 수퍼커패시터 : 수백~수천A
대전류 스위칭 소자 트라이악 1개 Mosfet 5~32개 그 이상 병렬 사용
대전류 스위칭 라인 25~70sq 전선 (KIV, ... ) 부스바 혹은 KIV 전선
컨트롤러 - 국내 회로
  (중요부품 정품 소자를 사용)
- 중국 회로
- 중국 회로
- 국내 회로
(아직 국내 설계 제작품이 거의 없고 부품 대부분 중국산 가품이 많음)
제작 후 중량 무겁다 (변압기 무게+a) AC방식에 비해 상대적으로 가벼움
제작 후 전원 관리 추가적인 관리가 필요없다. 커패시터 충방전에 지속적인 관리가 필요
용접기 수명 에나멜 동선의 상태에 따라 10년 이상
컨트롤러가 간단하고 열발생 소자가 없어 고장확률이 상대적으로 낮다.
배터리나 커패시터 수명에 종속됨
컨트롤러가 충방전 과 스폿시 열이 발생해 고장확률이 높다.
성능 균일도 설정값에 따라 균일한 성능
언제든 전원만 넣으면 바로 사용가능
작업중 출력 감소로 성능 하락으로 상시 충전 필요
미사용시 자연방전으로 즉시사용 불가
용접시 불꽃 - 니켈 종류와 유분 그리고 배터리 표면상태에 따라 다양함
- 스너버 보호회로에 의해 니켈 접촉시 미세한 스파크 발생 가능
- 니켈 종류와 유분 그리고 배터리 표면상태에 따라 다양함
용접선 굵기 허용전류에 맞게 구성
굵을수록 성능 증가 (변압기 최대출력까지)
허용전류에 맞게 구성
회로가 버틸 수 있는 한도로 굵기 제한 필요
제작시 포인트 최대한의 유도 전력을 위한 2차 권선감기 전원의 충-방전과 회로의 파손주의
제작비용 국내 회로와 정품 부품을 사용할 경우 8~15만원 전후
중국산 저가 회로와 재활용 부품을 사용할 경우 5만원선
저렴한 회로와 슈퍼콘 구성이면 7~10만원선 (하우징, 용접선 추가시 + a )
기타 모스펫 분리된 회로는 15~40만원 이상
모스펫이 정품 가품에 따라 편차가 매우 큼

 

쉽게 설명하면 AC 방식이 25A 정도를 컨트롤 하는 스위치라면 DC 방식은 수백~ 수천A급의 스위치라고 생각하시면 쉽습니다.

DC 방식은 AC방식에 비해 단위 시간당 전달되는 에너지 밀도가 높고 상대적으로 가볍다는 장점이 있지만,, 많게는 수천A이상의 대전류를 회로내에서 직접 스위칭하다보니 회로의 안정성이 매우 떨어집니다. 또한 배터리나 커패시터의 충방전 및 추가 관리가 수반되어 회로 복잡도가 증가하며 그 만큼 내구성이 떨어지고 회로의 가격이 비싼것이 단점입니다. 

실례로 스폿용접과 동시에 충전이 되지 않으면 스폿품질이 떨어진다는 점, 밸런싱 문제, 스폿 전류 스위칭용 모스펫과 충전관련 SMD 소자가 망가지는 사례가 너무 잦습니다.


반면, AC방식은 변압기의 유도전력을 이용하기 때문에 회로에서 처리하는 스위칭 전류가 낮아 열이 발생하지 않고 서지 전압만 보호해주면 되니 안정성이 뛰어납니다. 실제 2021년 초부터 지금까지 AC회로를 분양하고 있지만 사용자 실수가 아닌 회로내 소자 파손으로 문제가 된 사례는 0건으로 안정성은 검증되었다고 할 수 있습니다.

제작 후 전원만 연결하면 언제든 다량의 스폿작업을 진행할 수 있다는 점이 가장 큰 장점이지만 무겁고 수요가 많아지면서 적당한 링코어를 구하기가 쉽지 않고, 2K이하 링코어에서 제작자의 숙련도에 따라 결과물의 성능 차이가 크다는 점이 단점이라고 할 수 있을 듯 합니다.

 

 


 

 

 

스폿동작시 발생하는 불꽃

 

☞ 용접재와 표면의 영향이지 용접순간 발생하는 스파크는 AC와 DC에 차이는 없습니다.

다만 AC 회로의 경우 스위칭 소자 보호 목적으로 2차측에 미세하게 전류가 흐르고 있어 용접봉을 니켈에 가져다 대는 순간  이 전류가 소비되면서 미세한 불꽃이 튈 수 있습니다. 전류량이 미세하여 무시하셔도 됩니다만 DC와는 다른 점입니다.





용접선 굵기

 

☞  AC와 DC에 차이는 없습니다.

간혹 DC 방식은 얇은 전선으로도 잘 된다는 분들이 계신데 1A 전선에 10A를 흘리면 전선이 타버리는 것은 AC나 DC나 차이가 없습니다.

DC가 얇아도 잘 된다고 느끼는 것은 그 만큼 허용전류를 물리적인 최대치까지 초과하여 흐른다는 얘기입니다. 피복때문에 별 이상이 없다고 느낄 수 있지만 사용하면 할 수록 전선의 열화가 증식하고 성능하락으로 이어집니다. 슈퍼콘 스폿용접기의 경우 늘어난 전류량을 스위칭 소자인 모스펫이 버티지 못하는 경우가 있으니 안정적인 회로의 사용이 중요하고, 스폿량이 많을 경우 4awg이상을 사용하거나 저렴한 6awg 정도를 교체형으로 제작하는 것도 하나의 방법일 듯 합니다.

허용전류에 맞게 사용하는 것이 열화도 없고 오래사용할 수 있는데 장타작업이 많다면 어느정도 허용전류에 맞추어 주어야 오래 사용이 가능합니다.

AC의 경우는 2KVA 이하의 코어세서 전류량의 손실이 아까운 경우라 0.2t 니켈로 파워뱅크류 같이 장타작업을 쾌적하게 하려면 실리콘 4awg 정도를 사용하고, 헤비유저라면 조금 무겁고 비용부담은 있지만 2awg로 만드는 것도 좋습니다. 여담이지만 홍공주아빠님 2awg용 동봉은 실제 대량 스폿 유저(아커님)가 4awg 전선에 열화를 확인하고 홍공주아빠님게 의뢰하면서 나오게 됐습니다.





스폿 불균형 / 성능하락

 

☞  AC방식은 비교적 균등하며 DC방식은 스폿칠때마다 성능하락이 있습니다.

슈퍼커패시터로 제작한 스폿기는 스폿 칠때마다 커패시터의 전압이 눈에 띄게 떨어지며 바로 성능 하락으로 이어집니다.  이를 방지하기 위해서는 스폿과 동시에 즉각 충전을 해주어야 균일한 성능을 유지할 수 있습니다. 반면,  AC방식의 경우 같은 타임에 일정한 성능을 보여줍니다. 참고로 중국산 회로의 경우 불균형 보다는 오버슈트 현상이 잦습니다. (온도에 따른 성능 변화는 모두 동일하므로 논외로 합니다.)






마치면서...

 

필자는 상기와 같은 이유로 특별한 관리가 필요없고 내구성도 높은 AC 링코어 방식의 스폿용접기를 선호합니다.

컴팩트하고 성능이 좋아 인기가 있는 수지형 링코어 1.5KVA (효율 97.1%)와 50sq 2차 권선, 5~7V 사이 2차 전압, 크레토스 커넉터, 4awg 용접선을 이용하여 제작한 AC스폿용접기로 도금니켈 평균치는 다음과 같습니다.

0.1t : 2ms
0.15t :4~6ms
0.2t : 8~12ms
0.3t : 20~35ms

모두 열화없이 깔끔하게 스폿이 되는 기준입니다.

용접시 전류값은 2차측 전압을 7V라고 했을 때 1500VA /7V = 214A입니다. 2차 권선에서 용접팁사이에 이어붙인 접촉부 (크레토스 커넥터, 용접선, 용접봉)에서 손실을 감안하면 실제 전류값은 이보다 조금 낮습니다.

즉, 0.2t까지 무난하게 사용하기 위한 필요 전력은 1400W(7V기준 200A)정도면 충분함을 그 동안 다수의 용접기를 제작한 경험을 토대로 유추하는 것은 보편타당합니다.

슈퍼커패시터, 특히 LSUC 2.8V 3000F의 경우 최대 순간 방전전류가 2,000A가 훌쩍 넘습니다.스폿포인트까지의 연결부 즉, 부스바와 모스펫 그리고 용접선 두께에 따라 대략 2S기준 5V 내외에서 100~1500A 사이로 천차만별이지만 상대적으로 AC 스폿기의 유도전력에 비하면 원하는 결과를 쉽게 얻을 수 있습니다. 하지만 용접선 허용전류보다 큰 전류가 흘러 장타작업이 많으면 용접선의 수명이 짧아질 수 있습니다.



자타의로 시작한 슈퍼커패시터용 회로 제작이 막바지입니다. 하지만 상기와 같은 이유 특히 발열이 발생하는 중국산 SMD 소자들로 가득찬 회로가 얼마나 오래갈지에 대한 우려는 프로젝트를 시작하면서부터 인지한 난제라 현재 도착한 PCB에 칩 실장과 테스트가 마무리되면 일부 원가 이하로 분양하고 추가 제작은 하지 않을 생각입니다. 판매시 감당이 안되는 AS가 예상되기에 경제논리를 고려한 판단입니다.






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