[MOSFET] MOSFET 스위칭 회로와 실제 사례 - 아두이노 실습 -

 

 

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MOSFET 스위칭 회로와 실제 사례

- 아두이노 실습 -

 

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1부 [MOSFET] FET 이란 무엇인가?

2부 [MOSFET] MOSFET의 구조와 원리

3부 [MOSFET] BJT와 MOSFET의 차이점

4부 [MOSFET] IRFZ44N , IRF4905 의 데이터시트를 알아보자

5부 [MOSFET] IRFZ44N , IRF4905 스위치, H브릿지 회로도 예시

完 [MOSFET] MOSFET 스위칭 회로 - 아두이노 실습 -

 

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이번 실험에서는 MOSFET을 이용한 기초적인 스위칭 회로를 직접 구성하고,

아두이노를 통해 외부전원 LED를 제어하는 과정을 확인해 보겠습니다.

 

지금까지의 이론에서 배운 것을 토대로 회로를 구성하고 확인하는 과정을 진행한 뒤,

실제로 실무에서는 어떻게 사용하였는지 몇가지 사례를 알아보도록 하겠습니다.

 

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MOSFET을 사용해야 하는 이유는?

24V와 같이 높은 전압의 외부 전원 LED를 점등시키는 경우,

아두이노 핀의 전압 , 전류의 정격을 넘거나 외부전원이 필요한 24V 부하는 직접 연결하면 안됩니다.

아두이노 디지털 핀은 일반적으로 5V이며 연속 사용 권장 전류는 약 20mA 수준이기 때문입니다.

 

그렇기에 외부 전원을 사용하는 부하를 제어하려면 별도의 스위치가 필요합니다.

이때 MOSFET을 사용하면 아두이노의 낮은 전압 신호로도 고전압, 고전류 부하를 안전하게 제어할 수 있습니다.

 

 

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이번에 사용하게 될 24V LED

이번 회로에서 사용할 LED는 TD-206으로, 24V용 LED 표시등입니다.

해당 LED 는 내부에 저항이 있기 때문에 따로 직렬저항을 달지 않아도 됩니다.

따라서 표시등은 24V 외부 전원에 직접 연결하여 사용하고, 이를 IRFZ44N 으로 제어할 예정입니다.

 

 

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이번 실험으로 진행할 회로도

 

• 아두이노(6번핀)에서 HIGH 신호가 출력되면

게이트 저항(R1)을 통해 MOSFET의 Gate로 전압이 인가되고,

Gate-Source 간 전압이 형성되면서 MOSFET은 ON 상태가 됩니다.

 

MOSFET이 ON 되면 Drain과 Source 사이가 도통되며,

24V 외부 전원에서 LED를 거쳐 MOSFET을 통해 GND로 전류가 흐르게 됩니다.

그 결과 LED가 켜지게 됩니다.

 

 

• 반대로 아두이노에서 LOW 신호가 출력되면

Gate에 전압이 인가되지 않으며, 풀다운 저항(R2)에 의해 Gate 전압은 GND로 유지됩니다.

이때 MOSFET은 OFF 상태가 되어 Drain과 Source 사이가 차단되고, 전류가 흐르지 않게 됩니다.

그 결과 LED가 꺼지게 됩니다.

 

 

• 또한 이 회로가 정상적으로 동작하려면

기준 전위를 맞추기 위해 아두이노 GND와 24V 전원의 GND는 공통으로 연결되어 있어야 합니다.

그래야 아두이노의 출력 신호를 기준으로 Gate-Source 전압이 올바르게 형성되어

MOSFET이 정상적으로 ON/OFF 동작을 할 수 있습니다.

 

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회로도에 따라 LED 점등 시키기

 

해당 구성품인 아두이노 , MOSFET(IRFZ44N) , 저항(220, 10K) , TD-206 LED 를 준비하고,

아래 배선과 같이 연결하여 외부 전원을 제어 하는 스위치 회로를 구성하겠습니다.

 

 

위와 같이 배선한다면 해당 구성을 통해서 아두이노는 LED를 직접 점등시키지 않고,

MOSFET을 통하여 외부 전원과 연결된 LED를 ON 또는 OFF하게 됩니다.

 

 

해당 배선이 실제로 구현된 모습입니다.

 

int LED_PIN = 6;

void setup(){
  pinMode(LED_PIN,OUTPUT);   
}

void loop(){
  digitalWrite(LED_PIN,HIGH);
  delay(1000);
  digitalWrite(LED_PIN,LOW);
  delay(1000);
}

 

 

• 6번핀을 출력으로 사용
• 1초간 점등이 되고 1초간 소등, 그리고 이를 반복하는 코드입니다.

 

그리고 이 코드를 실제로 동작시켜 보겠습니다.

 

 

 

해당 과정을 통해서 24V LED를 MOSFET으로

점등과 소등을 정상적으로 반복하는 것을 확인할 수 있었습니다.

 

 

 

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실무에서는 어떻게 사용이 되었을까?

입력 신호(EX_CTRL_5)가 들어오면, 저항(R3)을 통해 옵토커플러(IC2) 내부 LED로 전류가 흐르게 됩니다.

이로 인해 옵토커플러 내부의 트랜지스터가 동작하게 되고,

출력측에서 +12V와 연결된 게이트 저항(R11) 을 통해 게이트 구동 전압이 형성됩니다.

 

입력이 활성화되어 게이트 전압이 충분히 올라가면 Q2는 ON 상태가 되고,

릴레이 코일 하단이 GND로 연결되면서 전류가 흐를 수 있는 상태가 됩니다.

 

풀다운저항(R7) 은 평상시 OFF 상태를 유지하는 역할을 하며,

쇼트키 다이오드(D2) 는 릴레이 코일이 꺼질 때 발생하는 역기전력으로부터 보호해주는 역할을 합니다.

 

이는 옵토커플러로 입력과 출력부를 절연하면서, MOSFET으로 릴레이를 구동하는 회로입니다.

 

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MOSFET 을 이용한 실제 사례

 

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