릴레이 대신 모스펫(MOSFET)으로 DC전원 제어하기

 

아두이노에서 전원 연결을 ON/OFF 제어하기 위해 기본으로 사용되는 것이 릴레이이고 이 릴레이의 단점을 보완한 것이 무접점릴레이(SSR) 인데, 이 SSR은 AC(교류)전원의 ON/OFF에만 주로 사용되고  DC(직류) 전원 제어용으로는 별로 사용되지 않는다. DC전원 ON/OFF제어는 굳이 SSR을 사용하지 않아도 MOSFET이라는 반도체 하나만으로도 제어할 수 있는 방법이 있다.

 

모스펫(MOSFET) 소개 

 

 

 

모스펫(MOSFET)는 금속-산화물-반도체 전계효과 트랜지스터(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)라는 반도체소자로서 전기로 작동하는 스위치라고 할 수 있다.

 

 

 

MOSFET는 n-채널형과  p-채널형이 있는데 n-채널형은 Gate에 전압이 가해지지 않으면 Drain과 Source 가 연결되어 있지 않다가 Gate에 전압이 가해지면 Drain과 Source 가 연결되는 형태이고,  p채널형은 Gate에 전압이 가해지지 않으면 Drain과 Source 가 연결되어 있다가 Gate에 전압이 가해지면 Drain과 Source의 연결이 끊어지는 타입이다. 결국 둘다 릴레이처럼 두전극 사이를 신호를 주어 연결을 ON/OFF시켜 주는 작동을 할 수 있는 것이다.    

 

 

아두이노에서의 활용 

 

아두이노 환경에서 DC 전원제어 릴레이 대용으로 흔하게 사용하기 MOSFET은 2N7000( 소용량용)과 IRLZ44N(대용량용) 이 있다.

 

-2N7000은 최대 60V, 200mA 까지 제어 가능한 n-채널 MOSFET로서 국내 쇼핑몰에서도 100원 미만으로 흔하게 구입할 수 있다.

 

 

 

-IRLZ44N은 최대 60V, 40A까지 제어 가능한 n-채널 로직레벨 MOSFET ( Gate에 아두이노 신호와 같은 로직레밸의 신호만 주어도 작동하는 MOSFET ) 이다. 비슷한 이름의  IRFZ44N라는 MOSFET도 있는데 이것은 로직레벨용이 아니기 때문에 아두이노에서 직접 구동시킬 수 없으니 구매시 주의해야 한다.

 

 

 

 

 

 

DC전원 ON/OFF하기 샘플

 

 

 

- 10K 저항은 Gate단자 PULL-DOWN, 즉 아두이노에서 HIGH신호가 나오지 않을 경우 Gate단자를 LOW로 유지하기 위한 것이고, 다이오드는 모터에서 발생되는 역기전력을 Bypass시키기 위한 것인데 모터처럼 코일형 장치를 사용할 때에는 필요하지만 LED전구 같은 장치를 구동시킬 때에는 필요 없다.

 

-다음 프로그램은 연결된 모터를 5초 간격으로 켰다가 끄기를 반복하는 프로그램이다.

#define swPin 3  
  
void setup(){  
  pinMode(swPin, OUTPUT);  
}  
void loop(){  
   digitalWrite(swPin,HIGH);   
   delay(5000);  
   digitalWrite(swPin,LOW);   
   delay(5000);  
}  

 

 

DC전원 세기 조절하기 샘플

 

 

 

-다음 프로그램과 같이 Gete에 주는 신호를 PWM방식으로 강약을 조절함으로서 출력의 세기를 조절할 수 도 있다. 즉 모터의 속도를 조절하거나 LED전구 빛의 세기를 조정할 수도 있다.

 

#define fadePin 3  
  
void setup(){  
  pinMode(fadePin, OUTPUT);  
}  
void loop(){  
  for(int i = 0; i<255; i++){  
       analogWrite(fadePin, i);   
       delay(15);   
  }  
  for(int i = 255; i>0; i--){  
       analogWrite(fadePin, i);   
       delay(15);   
  }  
  delay(1000);  
}   

 

이렇게 소형 소자만으로 회로를 구성해서 릴레이를 사용하는 것 보다 비용도 저렴하고 보다 작은 크기로 원하는 기능을 구현할 수 있을 뿐만 아니라 DC장치의 세기까지 조절할 수 있다.

 

 

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