아두이노 전류 증폭 - adu-ino jeonlyu jeungpog

안녕하세요... 간단한 문제 같은데 제가 아는것이 없어서 정말 힘드네요...

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전력량
아두이노 핀마다 사용 가능한 전류/전력량
아두이노, input 전원 전력
아두이노로 5V, 20mA 이상의 제품 컨트롤

이곳 저곳에 질문을 하고있는데 도저히 해결이 안되서 질문 올립니다...몇일째 밤낮으로 이것저것해봐도

해결이 안되서요..답변해주시면 정말 감사하겠습니다

그림에서처럼 논리게이트에서 5v 혹은 0v의 결과값이 나오는데요 5v일 경우에만 스위치를 눌렀을때 모터가 구동

되어야 하는데 전류가 부족해서인지 모터가 구동되지가 않습니다 모터대신 LED를 사용했을경우에는 원하는 출력

을 얻을 수 있고요.

그래서 전류를 증폭하는 방법을 쓰려고하는데 그냥 npn tr을 이용해서 증폭을 시켜주면 결과값이 0v일때도 모터

가 구동되어 버리기 때문에 원하는 결과가 나오지 않습니다...건전지를 추가해서라도 꼭 논리게이트 값이 5v일때

만 구동되게 하고싶은데 아는바가 없어서 어떤 칩을 혹은 회로를 사용해야 할지 모르겠습니다. 모터가 정말 약

하게 돌아도 상관없습니다 꼭 답변좀 부탁드리겠습니다 끌어다 쓸수 잇는 전압은 6v입니다~

TR이나 릴레이로 모터를 동작 시키면 됩니다.

6V----모터-----TR-C TR-B TR-E---0V

　　　　　　　　　　　　　AVR 혹은 게이트 출력(5V-0V)

　http://devicemart.co.kr/mart7/mall.php?cat=033009000&query=view&no=4094

안녕하세요. 메카럽입니다.

이번 포스팅에서는 트랜지스터에 대해 알아보는 시간을 갖도록 하겠습니다.

릴레이는 강전의 영역을 제어하고, 각 접점의 특성을 활용할 수 있었습니다. 약전의 영역에서는 트랜지스터가 유사한 역할을 수행하는데, 실제 아두이노를 활용한 시제품 제작 등에서는 릴레이보다 트랜지스터가 더 빈번하게 사용됩니다. 릴레이보다 훨씬 작고 전기적 제어가 쉽기 때문입니다.

트랜지스터의 중요한 역할 중 하나는 전원에 연결된 전자 소자를 MCU에서 제어할 수 있는 미약한 전류로 켜고 끄는 전기적 스위치입니다. 다소 약한 전류 영역인 MCU로 비교적 강한 전원을 제어하는 것입니다.

트랜지스터는 전류 증폭 기능과 스위칭 역할을 수행하며, 크게 BJT와 MOSFET으로 나누어집니다. 이번 포스팅에서는 스위칭 역할에 초점을 맞추고, 동작 방식은 BJT, MOSFET 모두 비슷하므로 범용적으로 적용되는 BJT를 중심으로 살펴보도록 하겠습니다.

사실 트랜지스터와 관련된 이론적인 내용과 세부적인 사항은 다루기 너무 깊이있는 분야이므로 다루지 않고 BJT 중에서도 범용적으로 많이 적용되는 NPN 타입을 위주로 살펴보겠습니다.

트랜지스터는 TR로 줄여서 부르기도 하며, 회로 내에서의 기호는 Q를 사용합니다. 아래 그림에 NPN, PNP 타입의 트랜지스터와 그 기호를 나타내었으니 참고하시기 바랍니다.

NPN, PNP 타입 트랜지스터

트랜지스터는 3개의 핀을 갖고 있습니다. NPN 타입 트랜지스터의 경우, 하나는 전원에, 하나는 접지에, 또 하나는 스위칭 신호선에 연결됩니다. MCU는 MCU의 아날로그 또는 디지털 포트에서 출력되는 신호로 전원과 접지를 연결, 회로가 동작하도록 합니다.

NPN 타입은 base에 +극, 즉 MCU 신호선을 통해 HIGH 신호를 인가하면 턴 온(Turn-On)되고, PNP 타입은 Base에 -극, 즉 MCU 신호선을 통해 LOW 신호를 인가하면 턴 온(Turn-On) 됩니다.

턴 온이란 +극과 -극이 연결되도록 트랜지스터를 작동시키는 것을 의미하며 턴 온과 턴 오프 상황을 회로를 그려가며 살펴보면 다음과 같습니다.

기본적인 원리와 작동 모델은 다음과 같습니다. 베이스에 저항 하나를 연결하고 digitalWrite( ) 함수로 LOW 또는 HIGH 신호를 인가하여 턴 오프, 턴 온 상태를 만듭니다. 베이스를 전압에 의해 작동하는 스위치라고 생각해보면, 턴 오프 시에는 스위치 연결이 되지 않아 콜렉터와 에미터가 서로 연결되지 않습니다. 다시 말해서, 우노의 디지털 출력이 LOW이면 TR이 턴 오프되어 회로의 연결이 끊어집니다. 반대로 턴 온시에는 베이스 전압에 의해 스위치가 콜렉터-에미터를 연결하여 회로를 도통시킵니다. 즉, 우노의 디지털 출력이 HIGH가 되면 TR이 턴온되어 회로가 연결됨을 의미합니다.

이제 NPN 타입의 BJT를 이용하여 릴레이를 제어하는 기능을 만들어 보겠습니다. 코드는 릴레이의 것과 동일합니다.

준비물 : 아두이노 우노, F-F점퍼선, 릴레이 모듈, 2SC1815(또는 동등 트랜지스터), 300Ω, 1kΩ 저항 9V 배터리

트랜지스터-릴레이 제어 회로도

아두이노 우노의 D2핀은 300Ω 저항을 거쳐 2SC1815 트랜지스터의 베이스에 연결됩니다. NPN 타입 트랜지스터의 베이스는 릴레이의 신호선(IN, SIG 등)과 유사하며 2SC1815의 콜렉터는 5V에, 에미터는 1kΩ 저항이 릴레이의 신호선에 연결되어 있습니다. 참고로 2SC1815 대신 2222A 트랜지스터도 많이 사용됩니다. 구글에서 해당 소자의 이름을 검색하면 데이터 시트를 확인할 수 있으며 이 데이터 시트에는 해당 소자의 전기적 특성, 물리적 사양 등이 명시되어 있습니다.

int Dout=2;

void setup( )
{
Serial.begin(9600);
pinMode(Dout, OUTPUT);
digitalWrite(Dout, LOW);
}

void loop( )
{
digitalWrite(Dout, LOW);
delay(3000);
Serial.println("Dout is LOW");
digitalWrite(Dout, HIGH);
delay(3000);
Serial.println("Dout is HIGH");
}

위 예제는 트랜지스터가 작동하지 않을 때는 LOW 상태가, 트랜지스터가 작동할 때는 HIGH 신호가 인가되어 릴레이를 작동시키고, 이때 9V 배터리 -단자가 차단되어 아두이노 우노가 꺼지게 됩니다. 5V 전원은 아두이노 내부의 레귤레이터를 통해 공급되므로, 이미 차단된 9V 전원 때문에 5V 전원마저 차단됩니다. 릴레이에 전원이 공급되지 않으므로 NC 단자와 COM 단자는 다시 연결 상태가 되고, 9V 전원이 우노와 우노의 레귤레이터로 공급됩니다. 그리고 3000ms 후 다시 앞선 상황이 반복됩니다.

이번 포스팅은 이만 마무리 하며 다음 포스팅에서는 트랜지스터의 NPN 사용사례 및 디지털 출력제어에 대해 계속 이어나가도록 하겠습니다.

오늘 하루도 행복한 하루 되세요.

- 전력량

- 아두이노 핀마다 사용 가능한 전류/전력량

- 아두이노 input 전원 전력

- 아두이노로 5V, 20mA 이상의 제품 컨트롤

전력량

몇몇 고 전력 외부장치를 구동하기 위해 어느정도의 회로는 구상했는데,

생각해보니 구동을 위한 얼마만큼의 전력이 필요한가를 생각치 않았었습니다.

그래서 이번에 공부하고 정리해봅니다 :)

전력량은 간단한 계산을 통해 구할 수 있습니다.

전력(P) = 전류(I) x 전압(V)

그러니 아두이노 자체에서 사용 가능한 전압/전류를 확인하면 됩니다.

아두이노 핀마다 사용 가능한 전류/전력량

아두이노의 사용 가능한 전력량을 체크 해줘야 하는 이유:

몇개의 장치를 동시 구동한지 파악하기 위해서
고 전력이 필요한 장치의 경우, 아두이노만의 전력으로 구동 가능한지, 외부전원이 필요한지 파악하기 위해서

https://store.arduino.cc/usa/arduino-uno-rev3

아두이노 사이트에서 가져온 제품 사양입니다.

따로 측정은 안 해봤지만, 본 사이트에서 핀당 20mA의 전류를 사용 가능하고, 3.3V를 사용 시 50mA까지 뽑아 쓸 수 있다고 합니다.

다만, 여러 블로그에서 5V핀들은 400-500mA, 3.3V핀들은 50mA라고 하는데.

5V 핀의 아웃풋이 아닌, 아두이노가 받아 사용할 수 있는 전압/전류량이 아닐까 생각됩니다.

핀당 20mA는 권장량이고, 40mA까지 사용 가능하다고 알고 있습니다. 다만 이렇게 많은 전류를 사용할 시, 아두이노 보드에 과열이 발생할 수 있습니다.

아두이노, input 전원 전력

아두이노에는 3가지 전력 제공 방법이 있습니다.

: USB port(주황), DC barrel jack(연두), Vin pin(살색)

1. USB port

컴퓨터와 통신을 통해 Arduino 코딩 전송을 하는 라인을 통해 컴퓨터로부터 5V 전원을 공급
스마트폰 충전기나 보조배터리로도 공급 가능

2. DC barrel jack

사이즈: 5.5x2,1 mm
외부로부터 6-20V를 공급 받을 수 있지만, 일반적으로 7-12V로 공급받는게 좋다. (낮으면 보드 불안정, 높으면 레귤레이터 손상)
아두이노는 7-12V 어댑터를 연결하면 알아서 자체적으로 5, 3.3V로 낮춰서 구동됩니다. 전압 변환 역할을 해주는 것이 아래 그림의 레귤레이터 입니다.

그래서 주로 1A 이상의 DC9V 제품을 사용하고
Positive polarity 제품을 사용합니다. (아래 두 사지 참고)

DC barrel jack은 파워 어댑터, 배터리 등의 외부전원을 사용하여 전원 공급이 가능하지만
앞서 말한 레귤레이터로 인해 아두이노 보드에서 사용하기 용이한 최대 5V, 500mA의 전력만 사용 가능합니다.

3. Vin pin

레귤레이터를 사용하지 않기에 필요한 전원만큼 보드에 전원 공급이 가능
다만, 배럴잭과 동시에 사용 시, 역전압으로 화재 가능성
아두이노 우노의 Vin 핀이 흘려줄 수 잇는 최대 전류량은 약 1A이다. (연결된 다이오드 때문에 1A가 최대)
~20V까지 사용 가능하다고 하지만, 12V 밑으로 추천드립니다. (발열 등의 문제 발생 가능성)
Vin pin으로 전원 연결 시, 이 핀에 연결된 다이오드를 거치며 0.2~1V 가량의 전압을 소모하게 됩니다.

https://m.blog.naver.com/roboholic84/221468522044

==> 그리고 가급적이면, 외부전원을 사용할 때는 코드를 넣어주던 컴퓨터와의 연결은 끊고 사용하는걸 추천드립니다. 간혹 잘못되어 외부전원이 컴퓨터로 역전압이 걸리면, 컴퓨터에 악영향이 갈 수 있습니다 :)

아두이노로 5V, 20mA 이상의 제품 컨트롤

아두이노로 핀에서 출력 가능한 전력 이상의 제품/장치를 컨트롤 하기 위해서는 외부 전원이 필요합니다.

트렌지스터를 사용할 때도 아두이노에 들여보내는 어댑터의 용량이 커야겠네요.

그래서 보통 외부전원을 사용하며 아두이노와 장치 사이의 중간장치를 사용합니다.

: (아두이노용으로 설계된, 필요 전력량이 맞는) 릴레이, 트랜지스터 (BJT, MOSFET)

릴레이

전자 기계 스위치. 활성화 된 코일은 기계식 레버를 움직이기 위한 자력을 가하는 전자석이 되고 그렇지 않은 경우 열린 스위치를 닫는다. 릴레이는 상대적으로 낮은 전압 및 전류로 활성화될 수 있으며 보다 높은 전압 및 전류 요구 사항으로 장치를 제어할 수 있다.

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마무리

이번에 개인 실험을 하기 위해 셋업을 하고 있습니다.

그 과정에서 열전대/써미스터로 받아들인 온도값을 바탕으로 팰티어로 특정 온도조건을 유지시켜주는 셋업이 필요합니다.

그래서 저의 경우,

아두이노 핀을 통해 전원을 주고받는 모듈은: 릴레이 2개 + 써미스터 3개 + 열전대 증폭기 2개 + LCD display로, 각각 필요한 전력을 판단하지는 않았지만, 그냥 충분히 공급하겠다는 생각에 DC barrel jack에 12V, 1A짜리 어댑터를 연결하던지, Vin pin에 5V 1A짜리 어댑터를 연결할 계획입니다.
팰티어 2개를 사용하는데, 각각 최대 14.5V, 8.5A, 74W를 사용가능한 녀석이기에, 12V 10A 어댑터로 구동시켜줄 계획이고요 (공급 전압량이 장치의 최대치를 넘을 시 문제되지만, 전류량은 부족하지만 않으면 된다고 합니다.)
팰티어의 hot side를 식혀줄 heat sink + fan. 펜 2개를 구동시켜줄 전원으로 12V 1A 어댑터를 병렬로 두 펜에 에너지를 공급해줄 계획입니다.
어댑터가 4개가 필요한데, 4구 멀티탭을 사용 시, 멀티탭에서 최대 출력 가능한 전력량도 확인하여 16A짜리 멀티탭을 구입해놨습니다 :D (낮은건 5A였나? 상당히 낮더군요, 그러면 2개의 팰티어에 충분한 에너지 공급이 되질 않았을 겁니다.)

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