[액션캠 짐벌 제작] 05. 릴레이, MOSFET

이 프로젝트에 사용할 모터는 최대 18.5V까지의 전압으로 제어할 수 있는 모터이다.

그런데 아두이노에서는 최대 5V 의 전압밖에 출력을 할 수 없다.

그렇다면 아두이노같이 작은 출력을 사용하는 회로에서 어떻게 큰 전압을 제어할 수 있을까?

아두이노를 사용하여 AC220V 같은 큰 전압을 사용하는 프로젝트를 할 때에는 보통 릴레이(Relay)라는 것을 사용한다.

릴레이는 쉽게 말해 전기로 동작하는 스위치 라고 생각할 수 있다.

일반적인 스위치는 사람이 외적인 요인을 가하여 스위치가 ON/OFF 되지만, 릴레이는 전기를 통해 스위치를 제어할 수 있다.

릴레이는 보통 전자석을 이용해 작동한다.

입력이 하나이고 출력이 하나인 릴레이로 예를 들어 설명하자면, 릴레이는 4개의 극을 가지고 있다.

3, 4번극에 전류를 흘려주면 전자석에 의해 1, 2번 사이의 스위치가 ON 되어 1, 2번 극 사이에 전류가 흐르게 된다.

이를 통해 작은 전압으로도 큰 전압을 제어할 수 있다.

릴레이는 간단한 구조로 쉽게 사용할 수 있어 많이 사용되지만, 스위치의 움직임으로 ON/OFF를 제어하기 때문에 빠른 스위칭이 필요할 때는 적합하지 않다.

특히 PWM 처럼 ms 단위의 속도 제어가 필요할 때는 릴레이의 속도로는 제어가 불가능하다.

그럴 떄 필요한 것이 바로 MOSFET(metal-oxide-semiconductor-field-effect transistor : 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터)이다.

MOSFET은 트랜지스터의 한 종류인데, N형 반도체와 P형 반도체를 번갈아 배치하여 만들어진다. 배치가 NPN으로 배치되어 있으면 N-MOSFET, PNP로 되어있으면 P-MOSFET이라고 한다.

MOSFET은 3개의 극(Drain, Source, Gate)으로 이루어져 있다.

N-MOSFET을 예시로 들자면 Drain에 +, Source에 -를 연결하고 Gate에 전류를 인가하면 인가된 전자들이 Drain과 Source사이의 다리 역할을 해주면서 Drain에서 Source로 전류가 흐르게 된다.

이를 통해 릴레이와 같은 역할을 하면서 훨씬 작은 크기와 빠른 스위칭 속도를 가질 수 있게 되었다.

MOSFET을 사용하면 높은 전압으로 PWM도 구현할 수 있는데, PWM은 신호의 주기를 변조하는 것이므로 아두이노에서 0~5V를 256단계로 나누어 출력하는 신호를 MOSFET에 흘려주면 0~최대인가전압의 전압을 256단계로 표현할 수 있는 것이다.

티엠