‘딸깍’ 소리는 나는데 부하가 안 켜질 때, 릴레이 코일과 접점 점검

에어컨, 세탁기, 전기밥솥 같은 가전 보드나 파워 서플라이, 자동차 전장품에서 ‘딸깍’ 소리는 나는데 부하에 전원이 안 가거나, 반대로 아무 소리도 나지 않는 고장이 있습니다. 이럴 때 먼저 의심해 볼 부품 중 하나가 전자기계식 릴레이입니다. 릴레이는 코일과 접점이라는 두 부분으로 나뉘고 고장 방식도 서로 달라서, 순서를 정해 측정하면 멀티미터와 전원만으로 코일 쪽 고장과 접점 쪽 고장을 가려낼 수 있습니다. 이 글에서는 릴레이 구조를 간단히 짚고, 코일 단선·단락, 접점 융착, 접점 마모를 구분하는 측정 순서와 판정 기준을 정리합니다. 중간에는 접점 저항이 커졌을 때 접점 발열과 부하 전압이 어떻게 달라지는지 직접 계산한 그래프와, 플라이백 다이오드가 없을 때 구동 트랜지스터에 걸리는 전압을 ngspice로 직접 시뮬레이션한 그래프를 함께 넣었습니다.

릴레이 구조와 동작 원리

릴레이는 연철 코어에 감긴 코일, 움직이는 철편인 아마추어, 그리고 접점으로 이루어집니다. 코일에 전류가 흐르면 자기장이 생겨 아마추어를 끌어당기고, 아마추어에 연결된 접점이 열리거나 닫힙니다. 위 사진에서 왼쪽의 구리색 부분이 코일이고, 오른쪽 끝의 두 금속 판에 달린 둥근 부분이 접점입니다.

코일 전류가 끊기면 스프링 같은 복귀력이 아마추어를 원래 위치로 되돌립니다. 접점은 동작 방식에 따라 두 종류로 나뉩니다.

• NO(Normally Open, 평상시 열림): 릴레이가 동작하면 회로를 연결하고, 동작하지 않을 때는 끊어져 있습니다.
• NC(Normally Closed, 평상시 닫힘): 릴레이가 동작하면 회로를 끊고, 동작하지 않을 때는 연결되어 있습니다.
• COM(공통 단자): 아마추어 쪽 접점으로, NO 또는 NC 중 한쪽과 연결됩니다.

핀 배치는 릴레이 몸체에 인쇄된 기호나 데이터시트로 확인합니다. 자동차용 릴레이는 보통 85·86번이 코일, 30번이 공통, 87번이 NO 단자로 표기됩니다.

릴레이가 고장 나는 대표적인 방식

릴레이 고장은 코일 쪽과 접점 쪽으로 나누어 생각하면 정리가 쉽습니다. 특히 접점은 기계적으로 움직이고 전류를 직접 끊기 때문에 소모성이 큽니다. 부하가 걸린 상태에서 접점이 열리거나 닫힐 때마다 아크가 생길 수 있고, 이 아크가 접점을 녹여 붙이거나(융착) 깎아 냅니다(침식). 그래서 릴레이 데이터시트는 부하 없이 움직일 때의 기계적 수명과 정격 부하를 개폐할 때의 전기적 수명을 따로 적고, 전기적 수명이 기계적 수명보다 짧게 표기됩니다.

고장 모드	증상	주요 원인
코일 단선	딸깍 소리 없음, 코일 저항 OL	권선 끊김, 코일 소손
코일 단락	소리가 없거나 약함, 코일 저항이 데이터시트 값보다 크게 낮음	절연 파괴
접점 융착	코일을 끈 상태에서도 COM–NO 도통	정격 초과 전류, 고장 전류
접점 마모(피팅)	접점 저항이 높거나 불안정	유도성 부하의 반복 스위칭
접점 오염	동작이 들쭉날쭉, 접점 저항 높음	산화, 먼지, 기름, 습기

‘딸깍 소리는 나는데 부하가 안 켜지는’ 증상은 코일과 구동 회로는 동작하고 있으므로 접점 쪽이나 접점 뒤의 부하 경로를 먼저 보라는 신호입니다. 반대로 소리가 전혀 나지 않는다면 코일 자체 또는 코일을 구동하는 회로를 먼저 봅니다.

멀티미터로 판별하는 순서

• 1단계 – 전원 차단과 외관 확인: 측정 전에 반드시 전원을 분리합니다. 릴레이 케이스의 녹은 자국, 변색, 주변 패턴의 탄 흔적을 봅니다. 기판 위에서 측정하면 병렬로 연결된 부품의 영향을 받을 수 있으므로, 값이 애매하면 보드에서 떼어 단독으로 측정합니다.
• 2단계 – 코일 저항 측정: 멀티미터를 저항 모드로 두고 코일 두 핀 사이를 잽니다. 정상이라면 유한한 저항값이 나옵니다. OL이 나오면 코일 권선이 끊어진 것입니다. 데이터시트 값보다 크게 낮거나 0Ω에 가까우면 권선 절연이 상해 코일이 단락된 것으로 봅니다. 측정값은 데이터시트의 코일 저항과 비교합니다.
• 3단계 – 코일을 여자하지 않은 상태의 접점 확인: 도통 모드로 COM–NC, COM–NO를 각각 잽니다. 정상이라면 COM–NC는 도통, COM–NO는 개방입니다. 이 상태에서 COM–NO가 도통이면 접점이 붙어 버린 것(융착)이므로 불량입니다.
• 4단계 – 코일을 여자한 상태의 접점 확인: 코일에 정격 전압을 인가하고 딸깍 소리로 아마추어가 움직이는지 확인합니다. 그 상태에서 COM–NO 사이를 낮은 저항 범위로 측정합니다. 저항이 높거나 값이 계속 흔들리면 접점 마모나 오염을 의심합니다. 수십 mΩ 단위는 저항 모드로 가리기 어려우므로 아래의 전압 강하법으로 다시 확인합니다.

코일 저항의 정상 범위는 릴레이 종류와 코일 전압에 따라 크게 다르므로, 판정 기준은 해당 부품 데이터시트의 값입니다. 데이터시트가 없으면 몸체에 적힌 코일 전압과 소비 전력으로 어림할 수 있습니다. 코일 저항은 정격 전압 ÷ 정격 전류이므로, 12V에서 약 33mA를 먹는 코일이라면 약 360Ω입니다. 구리 권선의 저항은 온도에 따라 변하므로 방금까지 동작하던 릴레이는 식힌 뒤 잽니다.

정격 전압 인가와 접점 저항 판정 기준

코일에 전압을 걸 때는 정격 코일 전압을 주되, 전류 제한이 되는 벤치 전원을 쓰는 것이 안전합니다(전류 제한 설정은 벤치 파워 전류 제한으로 첫 통전하는 법 참고). DC 코일 릴레이 안에 다이오드나 LED 같은 극성 있는 소자가 들어 있다면 극성을 맞춰야 합니다. 거꾸로 걸면 내부 다이오드가 단락 경로가 되어 큰 전류가 흐를 수 있습니다.

전압을 서서히 올리며 동작 전압과 복귀 전압을 확인하면 코일·스프링 상태까지 볼 수 있습니다. 기준은 데이터시트의 동작 전압(Must Operate)과 복귀 전압(Must Release) 항목입니다. 동작 전압은 ‘이 전압까지 올리면 반드시 붙는다’, 복귀 전압은 ‘이 전압까지 내리면 반드시 떨어진다’는 한계값입니다. 예를 들어 동작 전압이 정격의 75% 이하, 복귀 전압이 10% 이상으로 적힌 12V 릴레이라면 9V 이하에서 붙고, 전압을 내릴 때 1.2V에 닿기 전에 떨어지면 규격 안입니다. 9V를 넘겨야 겨우 붙거나 1.2V 아래로 내려도 떨어지지 않으면 코일, 스프링, 접점 융착을 의심합니다.

접점 저항은 일반 멀티미터로 잴 때 리드 저항이 섞이므로, 먼저 두 리드를 맞대어 잰 값을 빼고 판단합니다. 판정 기준은 데이터시트의 접점 저항 항목입니다. 릴레이 데이터시트는 이 값을 ‘100mΩ 이하(6V DC 1A 전압 강하법)’처럼 측정 조건과 함께 적기도 합니다. 정밀하게 보려면 마이크로옴미터를 쓰거나, 아래 계산 뒤에 정리한 것처럼 전류를 흘리고 접점 양단 전압을 재는 방법을 씁니다.

직접 계산: 접점 저항이 늘면 부하와 접점에서 무슨 일이 생기나

딸깍 소리는 나는데 부하가 약하게 켜지거나 아예 동작하지 않는 경우를 숫자로 보기 위해, 접점 저항이 늘었을 때 접점에서 생기는 전압 강하와 열, 그리고 부하에 실제로 걸리는 전압을 직접 계산했습니다.

가정은 다음과 같습니다. 접점 저항 0.05Ω, 0.1Ω, 0.5Ω, 1Ω은 실제 측정값이 아니라 비교를 위해 고른 값입니다. 접점의 전압 강하는 V = I × Rc, 접점에서 나는 열은 P = I² × Rc로 계산했습니다. 부하는 정격 전류에 맞춘 저항으로 단순화해(12V 10A 부하라면 1.2Ω) 접점 저항과 직렬로 놓고 부하 전압을 구했고, 220V 부하도 같은 식으로 계산했습니다. 모터나 램프, SMPS 입력처럼 전류가 전압에 따라 달라지는 부하는 결과가 이와 다를 수 있습니다.

접점 저항(가정)	1A일 때 접점 전압 강하	10A일 때 접점 발열	12V 10A 부하에 걸리는 전압(전력)	220V 10A 부하에 걸리는 전압 / 접점 발열
0.05Ω	0.05V	5W	11.52V (92.2%)	219.50V / 4.98W
0.1Ω	0.1V	10W	11.08V (85.2%)	219.00V / 9.91W
0.5Ω	0.5V	50W	8.47V (49.8%)	215.11V / 47.8W
1Ω	1V	100W	6.55V (29.8%)	210.43V / 91.49W

12V 10A 부하에서 접점 저항이 0.5Ω이면 부하에 걸리는 전압은 8.47V로, 저항 부하로 본 전력은 정상의 49.8%까지 줄었습니다. 이때 접점에서는 24.91W가 열로 납니다. 코일 회로는 접점과 따로 움직이므로 딸깍 소리는 정상으로 나지만, 부하 쪽에서는 모터가 기동하지 못하거나 램프가 어둡게 켜지는 식으로 나타날 수 있습니다. 같은 0.5Ω이라도 12V 1A 부하라면 부하 전압이 11.52V로 거의 그대로여서, 저전압 대전류 회로일수록 접점 저항이 증상으로 드러나기 쉽습니다.

220V 회로는 반대입니다. 220V 10A 부하에서 접점 저항이 0.5Ω이어도 부하 전압은 215.11V로 크게 떨어지지 않지만, 접점에서 나는 열은 47.8W입니다. 부하 쪽 전압만 재면 정상처럼 보여도 접점은 계속 달궈지므로, 1단계 외관 확인에서 본 릴레이 케이스 변색이나 단자 주변 패턴이 탄 흔적과 함께 판단합니다. 실제로는 접점이 뜨거워지면 접점 저항도 변하므로 이 계산은 순간값을 보는 단순 모델입니다.

측정은 저항 모드보다 전압 강하법이 낫습니다. 저항 모드의 최소 분해능이 0.1Ω인 멀티미터라면 0.05Ω과 0.1Ω을 구분할 수 없고, 리드 저항이 함께 섞입니다. 대신 릴레이를 떼어 코일에 정격 전압을 건 상태로 전류 제한 벤치 전원과 저항 부하로 접점에 1A를 흘리고, COM–NO 단자 바로 위에서 양단 전압을 mV 단위로 잽니다. 1A에서 0.1V가 나오면 0.1Ω, 0.5V가 나오면 0.5Ω입니다. 데이터시트에 ‘100mΩ 이하(6V DC 1A)’처럼 적힌 릴레이라면 1A에서 0.1V 이하가 기준입니다. 12V 차량 회로처럼 전압이 낮은 곳이라면 실제 부하를 켠 상태에서 같은 방식으로 접점 양단을 잴 수도 있지만, 상용 220V를 개폐하는 릴레이는 통전 중에 접점 양단을 재지 않습니다.

릴레이가 정상일 때 봐야 할 구동 회로와 플라이백 다이오드

릴레이 단품이 정상인데 보드에서 동작하지 않는다면 코일을 구동하는 회로를 봅니다. 보통 마이컴 출력이 트랜지스터나 드라이버 IC를 거쳐 코일에 전류를 보냅니다. 통전 상태에서 코일 양단 전압을 재서 정격 전압이 걸리는지 확인하고, 걸리지 않으면 구동 트랜지스터와 그 앞단 신호를 추적합니다.

코일 양단에는 보통 플라이백 다이오드가 붙어 있습니다. 코일 전류가 끊기는 순간 자기장이 붕괴하면서 큰 역기전력 전압이 생기는데, 다이오드나 스너버가 이 에너지를 소모시켜 구동 반도체를 보호합니다. 이 다이오드가 단락되면 코일에 전압이 걸리지 않아 릴레이가 동작하지 않고, 개방되면 역기전력이 구동 트랜지스터를 손상시킬 수 있습니다. 그래서 구동 트랜지스터를 교체할 때는 플라이백 다이오드도 다이오드 모드로 함께 확인합니다.

직접 시뮬레이션: 플라이백 다이오드가 없으면 트랜지스터에 몇 V가 걸리나

역기전력이 실제로 얼마나 큰지, 그리고 다이오드를 어떻게 다느냐에 따라 무엇이 달라지는지 보기 위해 12V 릴레이 코일을 NPN 트랜지스터로 끄는 순간을 ngspice로 직접 시뮬레이션했습니다. 다이오드 없음, 일반 다이오드(1N4148), 다이오드에 18V 제너를 직렬로 단 경우 세 가지를 같은 조건에서 비교했습니다.

조건은 다음과 같습니다. 코일은 12V에서 약 33mA를 먹는 소형 PCB 릴레이 수준으로 잡아 저항 360Ω, 인덕턴스 0.3H로 가정했습니다. 인덕턴스는 데이터시트에 대개 나오지 않고 아마추어 위치에 따라서도 달라지므로 계산을 위해 정한 값입니다. 코일과 배선의 부유 용량은 100pF로 가정했습니다. 구동 트랜지스터는 2N2222 공개 SPICE 모델이고, 마이컴 출력 대신 5V 신호를 1kΩ 베이스 저항으로 넣은 뒤 10ms 시점에 껐습니다. 켜져 있는 동안 코일 전류는 세 경우 모두 33.2mA, 트랜지스터 컬렉터–이미터 전압은 0.06V였습니다.

항목(직접 시뮬레이션)	다이오드 없음	1N4148	1N4148 + 18V 제너
끈 뒤 컬렉터 최고 전압	1,813V	12.8V	30.9V
코일 전류가 절반(16.5mA)까지 줄어드는 시간	–	0.54ms	0.18ms
코일 전류가 정격의 10%(3.3mA)까지 줄어드는 시간	10.3µs	1.59ms	0.36ms

다이오드가 없으면 코일 전류가 갈 곳을 잃고 부유 용량만 충전하므로, 시뮬레이션에서 컬렉터 전압이 끈 지 수 µs 만에 1,813V까지 올라갔습니다. onsemi의 P2N2222A 데이터시트에 적힌 컬렉터–이미터 최대 전압은 40V입니다. 이 모델에는 트랜지스터의 항복이 들어 있지 않아서 숫자가 이렇게 크게 나온 것이고, 실제 회로에서는 그 전에 트랜지스터가 항복하면서 코일에 저장된 에너지(직접 계산한 ½LI² = 165.0µJ)를 끌 때마다 혼자 받아 냅니다. 철심 손실이 있는 실제 코일에서는 최고 전압이 이보다 낮을 수 있지만, 40V를 훨씬 넘는다는 점은 같습니다. 그래서 릴레이 구동 트랜지스터가 단락돼 있다면 트랜지스터만 갈지 말고 코일 양단의 플라이백 다이오드를 다이오드 모드로 재서 개방(양방향 OL)인지 확인합니다. 다이오드가 끊긴 채로 새 트랜지스터를 달면 같은 이유로 다시 손상될 수 있습니다. 트랜지스터 단품 판정은 BJT 트랜지스터를 6방향으로 재는 법에 정리했습니다.

다이오드를 달면 컬렉터 전압은 12.8V(전원 12V + 다이오드 순방향 전압)에서 멈춥니다. 대신 코일 전류가 코일 저항과 다이오드 안에서만 천천히 줄어, 정격의 10%까지 내려가는 데 1.59ms가 걸렸습니다. 다이오드에 18V 제너를 직렬로 달면 최고 전압은 30.9V로 올라가지만 여전히 40V 아래이고, 같은 지점까지 0.36ms로 줄었습니다. 코일 전류가 늦게 줄면 아마추어가 늦게 떨어지고 접점이 천천히 벌어지므로, 접점 수명이나 복귀 시간이 중요한 회로에서는 제너를 함께 다는 방식을 씁니다. 수리할 때는 원래 회로가 어떤 방식이었는지 확인하고 같은 구성으로 복원합니다. 제너를 쓸 때는 전원 전압 + 제너 전압이 구동 트랜지스터의 정격 전압보다 충분히 낮아야 합니다.

이 시뮬레이션은 코일을 저항과 인덕터로만 단순화했고, 아마추어가 움직이는 기계적 시간은 넣지 않았습니다. 실제로 접점이 떨어지는 시간은 위 전류 감소 시간에 기계적 지연이 더해진 값이며, 제너 쪽 그래프에서 전류가 0이 된 뒤 보이는 출렁임은 손실을 넣지 않은 모델이라 실제보다 오래 이어집니다. ngspice 기본 온도(27°C)의 이상적인 부품 조건이라 실제 부품과 배선에 따라 값이 다를 수 있습니다. 시뮬레이션에 쓴 넷리스트입니다.

* 12V relay coil driven by NPN (2N2222): collector voltage at turn-off, three protection options
* coil: R 360 ohm (12V / about 33mA, 0.4W class small PCB relay), L 0.3H (assumed; inductance is not on most datasheets)
* coil + wiring stray capacitance 100pF (assumed). base drive 5V through 1k, ON from 1ms, OFF at 10ms
* A: no flyback diode / B: 1N4148 across coil / C: 1N4148 in series with 18V zener across coil
.model Q2N2222 NPN(IS=14.34f XTI=3 EG=1.11 VAF=74.03 BF=255.9 NE=1.307 ISE=14.34f IKF=.2847 XTB=1.5 BR=6.092 NC=2 ISC=0 IKR=0 RC=1 CJC=7.306p MJC=.3416 VJC=.75 FC=.5 CJE=22.01p MJE=.377 VJE=.75 TR=46.91n TF=411.1p ITF=.6 VTF=1.7 XTF=3 RB=10)
.model D1N4148 D(Is=2.52n Rs=0.568 N=1.752 Cjo=4p M=0.4 tt=20n)
.model DZ18 D(Is=1e-14 N=1 Rs=5 Cjo=40p BV=17.9 IBV=14m NBV=4)
VCC vcc 0 DC 12
VB b 0 PULSE(0 5 1m 1u 1u 9m 30m)
* --- A: no diode
LA vcc ma 0.3
RA ma ka 360
VmA ka ca 0
CpA vcc ca 100p
QA ca bA 0 Q2N2222
RbA b bA 1k
* --- B: diode
LB vcc mb 0.3
RB2 mb kb 360
VmB kb cb 0
CpB vcc cb 100p
DB cb vcc D1N4148
QB cb bB 0 Q2N2222
RbB b bB 1k
* --- C: diode + 18V zener
LC vcc mc 0.3
RC2 mc kc 360
VmC kc cc 0
CpC vcc cc 100p
DC1 cc zc D1N4148
DZC vcc zc DZ18
QC cc bC 0 Q2N2222
RbC b bC 1k
.tran 0.05u 18m 0 0.05u
.meas tran ion_a FIND i(VmA) AT=9.9m
.meas tran ion_b FIND i(VmB) AT=9.9m
.meas tran ion_c FIND i(VmC) AT=9.9m
.meas tran vce_on FIND v(cb) AT=9.9m
.meas tran vpk_a MAX v(ca) FROM=10m TO=18m
.meas tran vmin_a MIN v(ca) FROM=10m TO=18m
.meas tran vpk_b MAX v(cb) FROM=10m TO=18m
.meas tran vpk_c MAX v(cc) FROM=10m TO=18m
.meas tran tpk_a WHEN v(ca)=100 RISE=1 TD=10m
.meas tran t10_a WHEN i(VmA)=3.3m FALL=1 TD=10m
.meas tran t10_b WHEN i(VmB)=3.3m FALL=1 TD=10m
.meas tran t10_c WHEN i(VmC)=3.3m FALL=1 TD=10m
.meas tran t50_b WHEN i(VmB)=16.5m FALL=1 TD=10m
.meas tran t50_c WHEN i(VmC)=16.5m FALL=1 TD=10m
.meas tran ton_b WHEN i(VmB)=29.7m RISE=1 TD=1m

반도체 릴레이(SSR)는 기계 접점 대신 사이리스터, 트라이액 같은 반도체 소자로 스위칭하므로 딸깍 소리가 나지 않고 위 방법으로는 판정할 수 없습니다. SSR은 입력 측 LED의 순방향 전압과 출력 측 전압 강하를 따로 확인합니다.

작업 시 안전 주의사항

• 릴레이를 측정하거나 떼어 내기 전에 반드시 전원을 분리합니다. 가전과 파워 서플라이의 릴레이 접점은 상용 교류 전원을 직접 스위칭하는 경우가 있어 감전 위험이 큽니다.
• SMPS 1차측 근처 릴레이는 전원을 뺀 뒤에도 대용량 커패시터에 전하가 남아 있을 수 있으므로 방전을 확인한 뒤 작업합니다. 플러그를 뽑은 뒤 전압이 얼마나 오래 남는지는 브리지 정류기 점검 글의 방전 시간 계산에 정리했습니다.
• 코일에 시험 전압을 걸 때는 릴레이 정격 전압을 확인하고 악어 클립 연결을 다시 점검합니다. 보안경을 착용합니다.
• 자동차 릴레이를 차량에서 시험할 때는 배터리 단자를 테스트 리드로 단락시키지 않도록 주의합니다.

자주 묻는 질문

Q. 딸깍 소리가 나면 릴레이는 정상인가요?
A. 소리는 아마추어가 움직였다는 뜻일 뿐입니다. 코일은 정상이어도 접점이 마모되어 저항이 높으면 부하에 전원이 제대로 가지 않습니다. 여자 상태에서 접점 저항까지 확인하고, 가능하면 전류를 흘린 상태의 전압 강하로 봅니다.

Q. 접점을 사포로 닦아 다시 써도 되나요?
A. 밀폐형 PCB 릴레이는 접점에 접근하기 어렵고, 마모된 접점은 다시 손상되기 쉽습니다. 같은 규격의 새 릴레이로 교체하는 것을 권합니다. 교체 시 코일 전압, 접점 정격 전류·전압, 핀 배치를 맞춥니다.

Q. 릴레이가 자주 융착된다면 무엇을 봐야 하나요?
A. 접점 융착은 정격을 넘는 전류, 고장 전류, 켜는 순간의 큰 돌입 전류가 원인일 수 있습니다. 부하 쪽 단락과 릴레이 접점 정격이 실제 부하에 맞는지 확인합니다.

정리

• 코일 저항 → 무여자 상태 COM–NC/COM–NO → 여자 상태 접점 저항 순서로 측정합니다.
• 코일 저항이 무한대면 코일 단선, 코일을 끈 상태에서 COM–NO가 도통이면 접점 융착입니다.
• 딸깍 소리가 나는데 부하가 약하면 전류를 흘린 상태에서 접점 양단 전압 강하를 잽니다. 12V 대전류 회로에서는 접점 저항이 부하 전압을 끌어내리고, 220V 회로에서는 부하 전압보다 접점 발열로 드러납니다.
• 단품이 정상이면 코일 구동 트랜지스터와 플라이백 다이오드를 확인합니다. 구동 트랜지스터가 단락됐다면 플라이백 다이오드 개방을 함께 의심합니다.
• 상용 전원을 스위칭하는 릴레이는 전원 분리와 커패시터 방전을 확인한 뒤 작업합니다.