통합 드라이버 진단 기능을 갖춘 스마트 전자기계식 액추에이터

July 21, 2026

전자기계식 액추에이터는 엣지 인텔리전스를 강화하기 위해 스마트하고 통합된 드라이버 솔루션을 필요로 한다

(출처: wpw/stock.adobe.com; AI로 생성)

2026년 2월 16일

엣지에서 더 높은 인텔리전스를 구현하기 위해, 전자기계식 액추에이터와 같은 물리적 엣지 디바이스는 장비에서 더 나은 실시간 의사 결정을 내릴 수 있도록 보다 스마트한 기능을 필요로 한다. 이러한 액추에이터는 스마트하고 가치 있으며 풍부한 센서와 같은 피드백을 제공한다. 이들은 로봇을 제어할 뿐만 아니라 공장 프로세스를 조작하고 자동화하여, 디지털 정보를 물리적 움직임으로 변환하는 동시에 높은 수준의 인텔리전스와 자가 인식 기능을 제공한다.^[1] 액추에이터가 사물을 조작하는 동안, 센서는 실제 매개변수를 측정하고 정량화하는 데 사용되며 물리적 값을 다시 디지털 값으로 변환한다. 따라서 액추에이터와 센서는 여전히 별개의 디바이스나 부품으로 간주되는 경우가 많다.

스테퍼 모터와 솔레노이드는 이러한 전자기계식 액추에이터의 상당 부분을 차지하며, 모든 공장 현장, 자동차 애플리케이션, 실험실 자동화 등에서 찾아볼 수 있다. 수십억 달러 규모의 전 세계 스테퍼 모터 및 솔레노이드 시장은 계속해서 성장하고 있으며 실험실 및 의료 애플리케이션, 산업용 애플리케이션, 자동차 애플리케이션에 의해 주도되고 있다. 이러한 애플리케이션은 액추에이터 및 드라이버 전자 장치의 더 높은 수준의 자동화와 소형화에 대한 관심 증가를 요구한다. 기존의 드라이버 솔루션은 이러한 새로운 요구 사항에 맞춰져 있지 않으며 센싱 기능이 부족하다.

스마트 컨트롤러와 드라이버로 구성된 최신 실리콘 cDriver^™ 솔루션은 임베디드 모션 제어 솔루션 내부에 사용될 수 있도록 센서와 액추에이터 기능을 단일 통합 부품으로 결합하여 엣지에서 지능형 액추에이터를 구현한다.^[2] 전자기계식 액추에이터 내부 또는 액추에이터에서 직접만 사용할 수 있는 시스템 매개변수와 상태 변수는 제자리에서 측정 및 평가된다(예: 온도, 솔레노이드 반응 시간, 모터 부하 값).

이러한 센서 기능과 액추에이터의 융합은 전자기계식 액추에이터의 패러다임 변화를 가져온다. 이는 단순한 전력 변환 시스템에서 벗어나, 액추에이터를 완벽하게 제어하고 현장의 데이터를 더 높은 제어 계층, 클라우드 또는 AI 생산성 솔루션으로 다시 제공하는 자가 인식 센서로 발전한다. 전자기계식 유닛이 곧 센서가 되는 것이다.

전자기계식 액추에이터 제어에 새로운 접근 방식이 필요한 이유는 무엇인가?

현재 시중에 나와 있는 드라이버 IC 솔루션은 솔레노이드 드라이브 애플리케이션과 효율적이고 경제적인 구현에 적합하지 않다. 임베디드 제어 시퀀서, 애플리케이션별 기능, 진단 기능 및 보호 기능이 부족하다. 고급 제어 기능(드라이버 시퀀서, 디더링, 고속 탈자화, 전류 측정) 또는 고급 진단 기능(플런저 움직임 감지 ^[3], 온/오프 상태 감지, 인덕턴스 측정, 개방 부하 감지)이 필요할 때마다 추가적인 외부 임시방편과 회로가 필요하기 때문에 시스템 복잡성이 크게 증가한다.^[4] 설계 엔지니어는 모든 단일 블록(디지털 컨트롤러, 전류 감지, 신호 컨디셔닝, 전력 스테이지, 보호)을 설계하고 이들을 상호 연결해야 한다. 공간/보드 공간 차지, 긴 설계 시간, 애플리케이션의 신뢰성, 긴 BOM(Bill of Materials), 유연성 부족 등은 설계자가 여전히 직면해야 하는 문제 중 일부이다.

향상된 진단 기능은 전자기계식 액추에이터를 위한 임베디드 제어 및 드라이버 솔루션에 대한 추가적인 요구 사항과 필요성을 야기하는 몇 가지 글로벌 트렌드 중 하나이다.

전자기계식 액추에이터는 장기 작동 시 성능 저하가 발생하기 쉬우며 전기적 측면(코일 문제, 잔류 코일 전력, 과열, 절연 불량)과 기계적 측면(부분적인 밸브 닫힘 또는 열림, 수동 오버라이드, 압력 차이, 먼지 축적, 밸브 역학 손상, 그리스 건조)에서 다른 고장 시나리오를 나타낼 수 있다. 이러한 과제는 해당 액추에이터와 사용되는 시스템의 성능, 수명 및 작동 가용성에 영향을 미친다. 이는 디지털화에 대한 중대한 수요로 이어진다. 즉, 변화에 대응하기 위해 로컬 장비 수준에서 더 나은 의사 결정을 내리고 엣지에서 전처리된 형태로 또는 원시 데이터로서 상위 제어 계층으로 진단 정보를 전달하기 위해, 액추에이터 및 제어 전자 장치의 상태를 모니터링하기 위한 로컬 시스템 매개변수에 대한 상세하고 고품질의 진단 피드백이 필요하다. 이를 위해서는 단순한 드라이버 오류 플래그 이상의 피드백과 진단이 필요하다.

향상된 진단: 예지 정비 및 자가 인식으로 가는 길을 열다

스마트 cDriver에서는 센서와 같은 데이터를 로컬에서 사용할 수 있다. 하지만 이 풍부한 정보 세트로 무엇을 할 수 있을까?

스마트 cDriver 솔루션에서 사용할 수 있는 매개변수에는 드라이버 온도, 코일 저항 및 온도에 대한 정보, 코일 인덕턴스 추정치, 공급 전압, 실제 코일 전류, 역기전력(BEMF) 정보가 포함된다. 스마트하게 통합된 알고리즘과 기능을 사용하면 시스템 및 애플리케이션 조건과 기타 시스템 매개변수(솔레노이드의 반응 및 이동 시간, 국부 전류 강하, 개방 부하 감지, 과전류 및 단락 감지, 부품 폐쇄 및 플런저 움직임 감지, 플런저 변위 측정, 실시간 전류 모니터링 등)를 도출할 수 있다. 스테퍼 모터의 경우 StallGuard^™ 에 기반한 실제 부하 정보와 CoolStep^™ 전류 감소 수준도 읽어낼 수 있다.^[5] 장기적인 드리프트(drift)는 애플리케이션 내의 기계 및 기어의 성능 저하나 결함이 있는 기계적 엔드 스톱(end stop)을 나타낼 수 있으므로, 많은 애플리케이션에서 StallGuard 부하 값은 매우 귀중한 정보이다. StallGuard 값은 모터 샤프트의 부하 조건과 직접적인 관련이 있으며 모터 가속도나 외력에 따라 애플리케이션 내에서 그리고 시간이 지남에 따라 달라질 수 있다. StallGuard 값은 심지어 물리적 모터 스톨(stall)이 발생하기 전에 감지할 수 있게 해준다. 그런 다음 이는 애플리케이션에서 센서리스 엔드 스톱 감지 또는 보정에 사용될 수 있다.

로컬 감지 기능 및 진단, 그리고 이러한 현장 피드백의 가용성은 그림 1에 표시된 세 가지 다른 수준에서 예지 정비 및 자가 인식의 길을 열어준다:

cDriver 부품 내부에서 로컬로
임베디드 하위 시스템 의 로컬 마이크로컨트롤러 유닛(MCU)에 있는 애플리케이션 수준에서
공장 현장, 플랜트 제어 또는 클라우드와 같은 더 높은 수준에서

그림 1: 스마트 cDriver™ 전자기계식 액추에이터 시스템 내의 센서 및 진단 데이터 흐름을 보여주는 다이어그램으로, 액추에이터에서 MCU, 공장 또는 클라우드 계층으로 이어지는 데이터 경로를 보여준다. 출처: Analog Devices)

로컬 모니터링 및 자가 진단 기능 덕분에 컨트롤러 및 드라이버 전자 장치 내부에서 직접 더 나은 실시간 결정을 내릴 수 있다. 이는 구성 가능한 열 보호 한도, 구성 가능한 단락 감지, 오류 발생 시 드라이버 보호, 자동 hit-to-hold 전류 전환, 그리고 솔레노이드의 플런저가 끼이는 경우와 같은 즉각적인 오류 보고로 구성된다.

로컬 MCU를 사용하면 애플리케이션의 맥락 내에서 센서와 같은 데이터를 해석하여 더 정교한 기능을 구현할 수 있다. cDriver의 직렬 인터페이스를 통해 실시간 모니터링이 가능하다. 진단 정보와 매개변수는 액추에이터와 cDriver로부터 지속적인 피드백 스트림 형태로 제공된다. 이를 통해 더 구체적인 상태 모니터링, 장기적인 고장 식별, 심지어 패턴 감지도 가능해진다. 시간이 지남에 따라 반응 및 이동 시간 측정, 로컬 강하 검색, 플런저 변위 및 부하 값과 같은 매개변수의 드리프트는 액추에이터 노화의 증상이며 작동 수명 동안 예방적 유지보수가 필요함을 나타낸다. 센서 데이터는 통합될 수 있다. 단순한 오류 감지를 넘어서는 애플리케이션 통계는 전처리되어 올바른 형식으로 변환된 후 IO-Link^®, CANopen, 심지어 산업용 이더넷 파생물과 같은 통신 버스 인터페이스를 통해 상위 제어 계층으로 전달될 수 있다.

맺음말

센서와 액추에이터의 융합을 통해 새로운 cDriver 부품은 엣지에서 스마트 전자기계식 액추에이터를 가능하게 한다. cDriver 부품은 단순히 솔레노이드를 켜거나 모터를 회전시키는 것 이상의 역할을 수행한다. 광범위한 진단 기능을 제공하므로 그 자체로 일종의 센서 역할을 한다. 전처리된 데이터는 로컬에서 결정을 내리고 안전 및 모니터링 기능을 제공한다. 이러한 스마트 센싱 액추에이터는 기계적 과제를 해결하고, 복잡성을 숨기며, 정교한 기능을 캡슐화하고, 추가 처리를 위해 상위 제어 계층에 풍부한 정보를 제공하며, 비용과 전력 소비를 줄임으로써 미래의 사이버-물리 시스템과 공장 현장에 추가적인 가치를 제공한다. 이는 새로운 차원의 디지털화이자 엣지에서의 전자기계식 액추에이터 제어에 있어 패러다임의 변화이다.

스테판 쿠비슈(Stephan Kubisch)는 www.analog.com에 처음 게시되고 허가를 받아 여기에 용도가 변경되어 게재된 블로그 “전자기계식 액추에이터는 엣지 인텔리전스를 강화하기 위해 스마트하고 통합된 드라이버 솔루션을 필요로 한다(Electromechanical Actuators Require Smart and Integrated Driver Solutions to Empower the Intelligence at the Edge)” 를 저술했다.

저자 소개

스테판 쿠비슈(Stephan Kubisch)는 ADI Trinamic^™, INA, CMR의 솔루션 부문 디렉터이다. 스테판(Stephan)은 산업 자동화 사업부 내 커넥티드 모션 및 로보틱스 팀에서 모터 및 모션 제어 솔루션에 대한 연구 개발 활동을 관리한다. Trinamic Motion Control(이전의 Maxim Integrated의 일부, 현재 Analog Devices의 일부)에서 그는 제품 정의 디렉터, R&D 책임자, 수석 IC 설계자 등 다양한 직책을 역임했다. 스테판(Stephan)은 정보 기술 박사 학위를 보유하고 있다.