남보공방

1. 감압(Step-Down) 모듈

감압모듈은 높은 DC전압을 낮은 전압으로 낯추어 사용하고자 할 때 사용하는 중간 연결용 부품이다. 예를 들어 12V 아답터에 연결되어 공급되는 전원에  5V에서 작동하는 모터 등을 연결하여 사용하거나, USB 에서 공급되는 5V 전압을 이용해서 3.3V 전용 센서를 기동시키고자 할 때 등에 사용한다. 통상 입출력 가능한 전압의 범위로도 구분되지만 주로 사용할 수 있는 전류의 양에 따라 크기와 비용이 정해 진다.

2. LM2596 

통상 입출력 가능한 전압의 범위로도 구분되지만 주로 사용할 수 있는 전류의 양에 따라 크기와 비용이 정해지는데 아두이노 메이킹 환경에서 가장 흔하게 사용되는 모듈은 다음과 같은 LM2596 StepDown 모듈이다. 

 사양 :

• Module property: Non-isolation buck
• Rectification mode: Non-synchronous rectifier
• Input voltage: 3V-40V
• Output voltage: 1.3V-35V
• Output current:Rated current is 2A,maximum 3A(Additional heatsink is required)
• Conversion efficiency: 92%( highest )
• Switching frequency: 65KHz
• Output ripple: 30mV( maximum )
• Load regulation: ±0.5%
• Voltage regulation: ± 2.5%
• Work temperature: -Minus 40 degrees - 85 degrees
• dimension: 43mm*21mm*14mm(L*W*G)

   정격 출력 전류는 2A 이고 방열판을 부착했을 경우 3A까지 사용할 수 있다고 되어 있다.   

 사용법 : 

Input에 전압을 가해 주고 Output전압을 측정해 보면 처음에는 거의 비슷한 전입이 나온다. 위 가변저항 ( Adjustable output voltage) 노브를 작은 드라이버를 이용해 돌리면 출력전압이 변한다. 처음에는 거의 변하지 않다가 반시계 방향으로 계속돌리면 어느 순간이 되면 출력전압이 바뀌게 되는데 이때 부터는 가면저항의 회전에 따라 출력전압이 급격히 바뀌므로 천친히 미세 조정하여 원하는 전압이 출력되도록 조정한다.   

3. LM2596HVS

비슷한 기종으로 LM2596HVS 라는 모듈도 있는데 이 경우 입력전압의 범위가 4.5V ~ 53 V로서  좀더 높은 입력전압 환경에서 사용할 수 있다.

4. LM2596 Display 

작은 가변저항기 노브를 돌리면서 일일히 출력 전압을 측정하는 번거로움을 줄이기 위해 다음과 같이 전압표시 display가 함께 내장되어 있는 모듈도 있다. 

5. LM2596 출력 5V고정 모듈 

다음과 같이 출력전압을 아예 5V로 고정시켜 5V USB환경에서 사용하거나 USB 충전용으로사용할 수있도록 제작된모듈도 있다.  

구매좌표 :  가격은 1달러 내외이고 사용처는 많을 수 있으므로 한번에 여러개 구입해 두는 것이 편리하다. 

1. PCB제작비용 

예전에는 PCB제작이라는 것이 전문업체들이나 하는 것이었으나 요즘은 PCB제작 비용이 매우 저렴해졌으므로 메이커들이 취미용으로 제작하는 전자기기도 별 부담없이 ,전용PCB를 제작하여 외관을 깔금하고 견고하게 제작할 수 있다. 

아래는 위에 링크로 표시된 JLCPCB라는 중국업체의 2레이어 10 x 10 cm 크기의 PCB 샘플 5장을 주문할 때의 견적서이다. 샘플용도로 단돈 2달러에 PCB를 그것도 1~2일의 작업시간내에 제작해 준다. 단 해외에서 배송되는 것으로 기간은 5~10일이 소요되고 배송비가 제작비용보다 훨씬 더 비싸다.  전체 합해 보아도 11.12달러로 우리돈 15000원의 비용으로 자신만의 전용 PCB를 주문제작한다는 것은 매력적이다.   

2. 주문방법 

PCB를 주문제작하기 위해서는 Gerber 파일이라는 도면이 있어야 하는데, 복잡한 경우 전문적인 도구로 작성해야 되지만 일반적인 메이커가 제작하는 취미용도의 전자기기 정도의 복잡도라면 Fritzing이라는 간이 회로설계 툴로도 작성할 수 있다. 

위와 같은 과정을 통해 작성된 Gerber file들을 하나의 zip파일로 압축하여 먼저 준비한다.  

"Add gerber file"을 클릭하고 PC에 준비한 zip을 지정해서 업로드시켜 주면 내용이 해석되어 다음과 같이 생산될 PCB의 앞뒷면으로 디스플레이된다. 

내용이 맞으면 이제 PCB제작시 필요한 옵션을 선택하면 된다.   

사이즈와 레이어 수는 Gerber파일 분석에 의해 자동선택되며 수정할 필요가 있는 것은 수량을 추가할 것인지 정도이고 나머지 부문은 특별한 사유가 없는 한 수정할 필요 없다. 왜냐하면 디폴트 사양일 때에 특가로 해준다는 것이기 때문에 사양을 수정하면 대부분 단가가 올라가게 된다.   단 PCB두께를 줄여 얇게 한다거나 PCB컬러를 지정해서 본인만의 것으로 독특하게 하는 정도는 단가가 올라가지 않는다.  

비용내용을 확인한 후 CART에 담고 신용카드 등으로 결제하면 된다. 주문 및 결제가 완료되면 주문 내역이 관리되는데 제작과정이 실시간으로 기록되고 중계된다. 제작에 소요되는 전체 공정은 통상 2~3내에 완료되고 배송이 시작된다. 

배송이 시작되면 보통 일주일 정도 후에 도착되는데, 포장도 깔끔하고 간혹 소소한 사은품까지 포함되어 있어 만족도가 상당히 높다. 

1. PCB ( Printed Citcuit Board ) 제작 이유 

브레드보드에 케이블을 연결해서 작동 시켜 보는 것은 어디까지나 정상적으로 작동되는지 여부를 시험하기 위한 용도이고  제대로 작동하는 메이커 작품을 만들 때에는 구성한 회로를 납땜작업 등으로 견고하게 제작해야 한다. 그런데 회로구성이 조금만 복잡해 지면 케이블을 잘라 일일히 납땜하는 작업도 번거로울 뿐만아니라 부피가 커져 지저분해 지고 접촉불량 등 고장도 자주 발생한다. 

따라서 PCB기판 형태로 제작하면 회로가 PCB내부에 이미 구성되어 있어 부품만 해당 위치에 꼽고 납땜하면 되기 때문에 작업이 간편하고 크기도 훨씬 작아진다.      

예전에는 PCB제작 비용이 비싸 전문적인 업체에서 상품 생산용으로나 제작하는 것으로 알려졌으나, 최근에는 PCB제작비용이 혁신적으로 저렴해져  일반인 메이커들이 취미용으로 제작해도 될 정도로 부담없는 가격이 되었다. 즉  가로 세로 각 10cm 크기로 5장 제작하는 비용이 2달러인 경우도 있을 정도이다 ( 중국 업체 서비스이기 때문에  배송기간이 총 10일정도 소요되고 국제배송료가 10달러 정도 소요됨)

2. PCB 설계 방법

Fritzing 회로설계 화면은 브레드보드,스케메틱,PCB 세가지 종류가 있는데, 이 중 스케메틱화면은 회로도 도면 형태인데 도면 형태로 문서를 제출하거나 할 때 사용하는 것이고 PCB화면은 회로설계 내용을 PCB기판 형태로 제작하기 위한 것이다. 

1) PCB 크기 설정 및 부품배치 

 PCB 탭을 선택하면 표시되는 PCB설계 화면에서 속성화면을 보면 다음과 같이  모양과 크기를 설정하는 부분이 있는데  여기에 원하는 PCB보드의 크기를 먼저 지정하고 레이어 종류를 선택한다. 레이어는 PCB보드의 표면에 구리판 회로를 인쇄할 때 한쪽면에만 할 것인지 양면에 둘다 할것 인지 선택하는 것인데, 비용 차이는 없으므로 극히 간단한 회로가 아니면 양면 레이아웃을 선택하는 것이 편하다.       

PCB보드의 크기를 정한 이후에는 설계회면에 입의로 배치되어 있는 부품들을 PCB 보드 영역내에 원하는 모양으로 구성되도록 재배치해야 한다. 

2) PCB 회로 라우팅 

부픔의 재배티가 완료되면 실제 부품간 회로가 연결되도록 내부 구리판 연결을 설정해 주어야 하는데 케이블로 연결할 때와 달리 PCB판위의 구리판은 서로 중첩되어서는 안된다는 제약 사항 때문에 상당히 복잡해진다.

따라서 브레드보드 화면에서 회로를 구성했어도 PCB화면에 와보면 점선으로만 회로연결이 되어 있을 뿐 실제 구리판 배열 모양은 보이지 않는데 간단한 경우라면 점선으로 보이는 회로 연결을 하나씩 구리판 회로 형태로 변경하는 작업을 수행할 수 도 있다.  

그러나 수작업으로 일일히 연결하기에는 너무 복잡한 경우 자동으로 하는 하는 방법이 있다. 매뉴에서 Routing -> 오토 라우터기능을 실행시키면 설계한 회로대로 구리판 배열이 자동 생성된다.

오토 라우칭 작업이 완료되면 다음과 같이 점선의 회로가 구리판 모양으로 변경되어 표시된다. 구리판의 모양이 두종류 인것은 양면 레이아웃 이기 때문에 앞면과 뒷면을 구분하기 위한 것이다. 이 모양을 적당히 재조정하거나 수정하여 변경할 수도 있다.

3) PCB Design Rule Check

  다음으로 해주어야 할 작업은 설계한 PCB가 과연 PCB보드 형태로 생산할 수 있는 사양인지 Check하는 작업을 수행해 보아야 한다. 

매뉴에서 Routing -> Design Rule Check 기능을 실행시키면 다음과 같이 문제가 있는 사항이 표시된다. 대부분은 부품과 또는 구리선 배열간의 간격이 좁거나 중첩되어 PCB제작에 부적합하다는 내용이므로 해당되는 부분의 배선의 위치나 모양 등을 세부조정하고 다시 CHeck해 본다.  

세부 조정을 거쳐 다음 메세지가 나오면 보드로 제작가능한 형태로 PCB설계가 완료된 것이다.

4) Garber File 추출 

PCB보드의 설계가 완료되면 생산을 위해 제작업체에 생산을 의뢰하기 위해서는 PCB제작도면을 보내주어야 하는데 이 도면의 형식이 Garber파일이다. 다음과 같이 메뉴에서 내보내기 -> 생산을 위해 -> Extended Garber 를 선택하고 저장될 폴더를 지정하면 PCB설계도면 파일들이 여러개 생성된다. 

통상은 이 파일들을 하나의 ZIP파일로 압축하여 PCB생산 업체에 전달하게 된다.