IRF520 MOSFET 모듈 (12V 전압 제어하기) 사용 후기

 

 

 

안녕하세요.

 

 임베디드 모듈(아두이노, 라즈베리파이)에서는 모터나 5V 이상 모듈을 제어할 수 없기 때문에 TR과 같은 제품으로 제어를 해야 합니다. 이번에 12V 정도의 모듈을 제어해야 할 일이 있어서 어떤 것을 사용할까 하다가 MOSFET으로 간단하게 회로가 꾸며진 모듈이 있어서 사용해보게 되었습니다. 특히 가격이 900원 정도라 테스트 겸 사용해보았습니다.

IRF520 모듈

 

 우선 MOSFET이 무엇인지 알아보면,

금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(MOS field-effect transistor)는 디지털 회로와 아날로그 회로에서 가장 일반적인 전계효과 트랜지스터 (FET)이다. 줄여서 MOSFET(한국어: 모스펫)이라고도 한다. 모스펫은 N형 반도체나 P형 반도체 재료(반도체 소자 참조)의 채널로 구성되어 있고, 이 재료에 따라서 크게 엔모스펫 (NMOSFET)나 피모스펫 (PMOSFET), 두 가지를 모두 가진 소자를 씨모스펫(cMOSFET, complementary MOSFET)으로 분류한다. (또한 일반적으로 nMOSFET, pMOSFET, NMOS FET, PMOS FET, nMOS FET, p-MOS FET. etc..라고도 함)  ( - 참고, wikipedia )

MOSFET 구조

그리고 동작 종류로 들어가면,

 1) 전류가 흐르지 않는 구간 : OFF 영역

 2) 전류값이 증가하는 구간 : Linear 영역 (빨간 선 왼쪽 부분)

 3) 전류값이 더는 증가하지 않고 유지하는 구간 : Saturation 영역으로 나누어서 집니다. (빨간 선 오른쪽 부분)

  

동작구간

 

  전류를 구하는 공식 등 더 많은 이론이 필요하지만, 여기서는 간단하게 사용할 수 있는 내용만 확인해 보도록 하겠습니다. MOSFET의 각 핀을 설명하자면,

1) D (드레인) : 소스에서 공급된 캐리어가 채널 영역을 지나 소자 밖으로 방출되는 단자

2) G (게이트) : 소스와 드레인 사이의 전류 흐름을 제어하는 역할

3) S (소스) : 전류를 운반하는 캐리어를 공급

 

간략하게 MOSFET의 기능을 말한다면,

 - 게이트 전압을 이용해서 ON/OFF 스위치로 사용 가능

 - 비포화 영역(Linear)에서 저항처럼 동작확인

 - 포화영역(Saturation) 영역에서 Vgs에 따라 일정한 전류를 얻을 수 있음(전류원으로 사용 가능)

 

 테스트에서 사용하는 부분은 게이트 부분에 전압을 걸어주어서 입력 높은 전압을 원하는 출력 전압으로 조절하겠다고 보시면 쉽지 않을까 합니다. 그리고 전압 조절은 아두이노의 PWM 핀을 통해 GATE 핀에 연결하여 출력 전압을 조정하도록 하는 것입니다.

 

엘레파츠에  APPLICATION CURCUIT 나와 있는 사진은 아래와 같습니다.

응용도

 

 

아두이노 소스도 나와 있는데 약간 오류가 있는 듯합니다..

value -> speedValue 가 되어야 하지 않을까 합니다.

int outPin = 9;
int potIn = A0;


void setup()
{
pinMode(outPin, OUTPUT);
Serial.begin(9600);
}

void loop()
{
int speedVal,value;
speedVal = analogRead(potIn);

value = map(speedVal, 0, 1023, 0, 255);  // 이 부분에 value가 speedVal로 수정 필요

analogWrite(outPin, speedVal);
Serial.println(speedVal);
delay(20);

}

 

1. 배선하기

  해더핀 GND : 아두이노 GND 연결

  해더핀 VCC : 아두이노 5V ( pin)

  해더핀 SIG : 아두이노 PWM 핀 ( 6pin)

 

  V+ : 출력쪽 + 단자

  V- : 출력쪽 – 단자(GND)

 

  VIN : 입력쪽 + 단자

  GND: 입력쪽 – 단자

 

  쉽게 보면 해더핀 쪽에는 아두이노를 배선하고, VIN 표기된 쪽에 전원 공급,표기된 쪽에 출력될 부품을 연결해주면 됩니다. 최대 출력전압은 0V~24V 이고 최대 전류는 5A 이하입니다. 그런데 1A 이상 사용할 경우 방열판을 장착을 권장하고 있습니다.

 

  - 테스트에서는 가진 전원이 5V 어댑터 뿐이라 승압 모듈을 사용하여 입력전압을 12V로 연결하였습니다.

  

2. 제어하기

  - 아두이노 출력 핀 D6 핀을 보면 PWM이라고 적혀 있습니다. 이 핀을 출력 핀으로 선언하고

analogWrite 함수를 사용하여  0 ~ 255 값(PWM)을 전달해주면 펄스 진폭이 변화하면서 입력 전압을 255로 나눈 단계별로 조절되어 출력됩니다.

아두이노 나노 핀맵

3. 결론 (후기)

  작은 모듈로 간단하게 사용할 수 있었습니다. 그리고 아두이노에 PWM 신호를 주어서 전압 조절도 가능했습니다. 그리고 빨간 LED는 제어 신호를 확인할 수 있는 기능을 해주었고, 나사 홀 구멍 두 개는 다른 기판에 고정할 수 있도록 PCB가 설계되어 있었습니다.

  가격도 저렴해서 1개 전압원으로 모터나 LED 제어할 경우 유용하게 사용할 수 있을 것 같습니다. 그러나 방열판이 별도라 전류를 1A 이상 사용할 경우 구매를 해야 합니다.

  테스트는 제어를 위한 입력 전압 12V로, 0~12V로 제어해 보았는데 이상 없이 동작하였습니다.

출력확인

 

4. 아두이노 제어 소스

 - 전압을 오르락내리락하게 하는 소스입니다.

 

const int pwmPin = 6;
 
void setup(){
    pinMode(pwmPin, OUTPUT);
}
 
void loop(){
    for(int i = 0; i <= 255 ; i++)
    {
        analogWrite(pwmPin, i);
        delay(40); // 속도 천천히
    }
    for(int i = 255; i >= 0 ; i--)
    {
        analogWrite(pwmPin, i);
        delay(40); // 속도 천천히
    }
}

* IRF 520 DATASHEET 

IRF520.pdf

0.27MB

 

 

 

 

<참고사이트>

https://techweb.rohm.co.kr/knowledge/si/s-si/03-s-si/4778

https://ko.wikipedia.org/wiki/MOSFET

https://www.eleparts.co.kr/goods/view?no=9372429

https://jae-walker.tistory.com/32

https://m.blog.naver.com/hy10101010/221562445464