2016년 9월 16일 금요일

전원 공급(Power Supply)

전자 장치가 작동하기 위해서는 전원이 필요합니다.
이 전원은 AC와 DC로 방식을 나눌 수 있습니다.
AC(Alternating Current)는 우리말로 교류 전원이라 불리고, 주로 집에 있는 전기 콘센트가 이와 같은 방식을 사용합니다.
AC 전원 공급 장치

AC는 아주 먼 거리에 전기를 공급할 때 유리하기에 발전소로부터 집까지 전달할 때 많이 사용하는 방식입니다.
DC(Direct Current)는 우리말로 직류 전원이라 불리고 주로 전자 장치들이 이 방식의 전원을 사용합니다. 따라서, AC를 DC로 바꿀 수 있는 장치가 필요한데, 이것을 아답터(Adaptor)라 부릅니다.
AC를 DC로 변환하는 아답터

대부분의 전자 장치는 이 아답터를 사용하거나 내장하고 있습니다.
DC 전원은 전압과 전류로 그 용량을 표현합니다. 예를 들면 12V, 1000mA와 같은 방식입니다.
전기적 힘은 와트(Watt)로 표현하는데, 이것은 전압 x 전류로써 12V, 1A는 12W가 됩니다. 이 뜻은 12V로 회로를 사용할 때 최대 1A까지 공급할 수 있다는 의미입니다.
전원 공급 장치를 선택할 때는 이 와트를 정확하게 알고 결정해야 문제없이 사용할 수 있습니다.

아두이노 보드는 전원 공급을 PC의 USB로 사용합니다.
USB는 한 포트 당 5V, 200mA이므로 5 x 0.2 = 1W가 됩니다.
여러분의 회로에서 필요로 하는 와트가 이보다 작다면 문제되지 않지만, 크다면 USB 포트에 무리를 주어 망가질 수 있음을 주의해야 합니다.

아두이노 보드는 외부 전원을 사용할 수 있는 회로를 내장하고 있습니다. 이 회로는 AC를 DC로 변환하는 아답터가 아니고 5V를 안정적으로 공급할 수 있는 레귤레이터(Regulator) 회로를 갖고 있습니다.
레귤레이터의 역할은 필요로 하는 전압보다 큰 전압이 공급되어도 안정적으로 필요한 전압을 공급합니다.
레귤레이터 부품

아두이노 보드에 이 레귤레이터 회로가 내장되어있기에 6 ~ 20V까지 DC 전원을 공급해도 문제없이 사용할 수 있습니다. (권장 전압은 7 ~ 12V입니다.)
아두이노 보드에 아답터를 연결해서 사용할 수 있다.

아두이노 보드에 배터리를 연결하여 사용할 수 있다.

아두이노 보드에서 사용되는 레귤레이터의 용량은 Uno 보드의 경우 제조사마다 다르지만 대략적으로 5W 정도됩니다. (5V 인가 시 최대 1A까지 사용할 수 있다는 뜻)
만약, 10V 아답터를 사용했다면 0.5A까지 아두이노 보드에서 사용할 수 있다는 뜻입니다.
따라서, 여러분은 아두이노 보드에 회로 구현 시 회로에서 사용되는 용량을 정확히 알고 이에 맞는 전원을 공급해야 문제없이 작동합니다.

그렇다면, 어떤 것들이 많은 전류를 필요로 하는 부품일까요?
주로 모터와 큰 조명 장치가 동작하는데 많은 전류를 필요로 합니다.
큰 조명 장치는 큰 전류를 필요로 합니다.

만약, 아두이노 보드 용량을 넘어서는 전자 장치를 제어하고자 하는 경우 별도의 전원 공급 회로가 필요합니다. 아두이노 보드는 이런 회로를 사용할 수 있도록 Vin이라는 핀을 제공하는데, 여러분은 이 핀을 이용해서 여러분의 장치에 전원을 공급할 수 있습니다.
Vin 핀을 사용해서 큰 전류를 사용하는 장치를 제어할 수 있다.

물론, 아두이노 보드에 연결한 아답터의 용량이 연결된 모든 장치의 W를 커버할 수 있다는 전제하에 Vin 핀이 역할을 한다는 것을 기억해야 합니다.

전원 공급이 문제없이 해결되었다면, 다음으로 해결해야 할 것은 외부 전원으로 구동되는 장치의 제어입니다.
아두이노 보드는 Digital 혹은 PWM 핀을 사용해서 전자 장치를 제어할 수 있습니다. 문제는 별도의 전원으로 연결된 장치는 아두이노 핀을 제어에 사용할 수 없다는 것입니다.
제어의 의미는 공급되는 전원을 On/Off시키는 것을 말하는데, 이미 별도의 전원을 사용하고 있는 장치는 아두이노 보드의 핀과 연결할 수 없기 때문입니다.
이런 경우 사용하는 것이 바로 스위치(Switch)입니다. 스위치는 전원 공급을 On/Off시킬 수 있는 부품이며 사람이 직접 눌러서 제어할 수 있습니다.
스위치는 전기를 차단하거나 공급할 수 있다.

하지만, 스위치는 사람이 직접 제어하는 것이지 아두이노 보드가 할 수 있는 것이 아닙니다. 아두이노 보드가 전기를 차단하거나 공급하게 하려면 특별한 스위치가 필요한데, 이것을 바로 트랜지스터(Transistor)라 부릅니다.
트랜지스터의 모습

트랜지스터는 핀이 3개있는데, 각각 Emitter, Base, Collector라 부릅니다.
  • Collector: 외부 전원(+)에 연결
  • Base: 아두이노 보드 핀에 연결
  • Emitter: GND(-)에 연결


트랜지스터를 사용하면 외부 전원으로 작동하는 전자 부품들을 제어할 수 있습니다. 트랜지스터도 당연히 용량이 있으므로 필요로 하는 용량에 맞게 사용해야 합니다.
좀 큰 용량으로 사용되는 트랜지스터를 FET 혹은 MOSFET이라 부르며, 아주 큰 용량을 제어할 때는 릴레이(Relay)라 부르는 부품이 이 역할을 합니다.
MOSFET은 주로 방열판이 달려있다.

릴레이는 큰 용량(Watt)를 제어할 수 있다.

아두이노 보드에서 Digital 핀을 사용해서 제어하면 On/Off 제어가 가능하고 PWM 핀을 사용해서 제어하면 0V ~ 사용하는 전압까지 출력을 제어할 수 있습니다.


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