아두이노 MOSFET 모듈

준비물

MOSFET 모듈에 대하여

아두이노 핀은 5V와 아주 작은 전류만 줍니다. 그래서 12V LED 스트립, DC 모터, 팬, 펌프, 솔레노이드 밸브, 히터에 전원을 공급할 수 없습니다. MOSFET 모듈은 아두이노와 부하 사이에 놓입니다. 아두이노가 작은 신호를 보내면, 모듈이 부하의 큰 전력을 켜고 끕니다.

AOD4184(D4184로도 판매됨), LR7843, FR120N 모듈은 같은 보드 설계를 사용합니다. 크기, 핀, 배선, 코드가 모두 같습니다. MOSFET 칩만 다릅니다.

어떤 것을 골라야 할까요?

• LR7843: 저항이 가장 낮아서 큰 전류에서도 가장 시원하게 유지됩니다. 고출력 LED 스트립이나 큰 모터처럼 전류가 큰 12V/24V 부하에 좋습니다. 한계는 30V입니다.
• AOD4184: 무난한 만능형입니다. 강한 전류로 40V까지 동작합니다. 12V/24V/36V 부하에 좋습니다.
• FR120N: 가장 높은 전압(최대 100V)을 견디지만 저항이 높습니다. 그래서 작은 전류(방열판 없이 약 2A)에만 맞습니다. 작은 24V/48V 부하에 좋습니다.

50A와 161A는 작은 보드가 아니라 칩의 한계 값입니다. 실제 한계는 열입니다. 몇 분 뒤에 MOSFET을 만져 보세요. 너무 뜨거우면 방열판을 달거나 전류를 낮추세요.

핀아웃

모듈에는 두 그룹의 핀이 있습니다. 제어 쪽은 2핀 헤더(2.54mm)라서 브레드보드에 꽂을 수 있습니다. 전원 쪽은 나사 단자 3개를 사용합니다.

• 제어 쪽:
• PWM 핀: 아두이노의 출력 핀에 연결해야 합니다. 이 핀이 제어 신호를 받습니다.
• GND 핀: 아두이노의 GND(신호 접지)에 연결해야 합니다.
• 전원 쪽:
• + 핀: 부하 전원(예: 12V)의 양극(+)과 부하의 양극 전선에 연결해야 합니다. 두 전선이 이 한 단자를 함께 씁니다.
• LOAD 핀: 부하의 음극 전선에 연결해야 합니다. MOSFET이 켜고 끄는 쪽입니다.
• − 핀: 부하 전원의 음극(−)에 연결해야 합니다.

배치(batch)에 따라 라벨이 조금 다를 수 있습니다. 항상 보드에 인쇄된 글자를 확인하세요.

동작 원리

• 신호는 이렇게 흐릅니다: 아두이노 핀 → PWM 핀 → 작은 저항 → PC817 포토커플러 안의 LED → 빛 → PC817 안의 포토트랜지스터 → MOSFET 게이트.
• 신호가 빛으로 전달되므로 아두이노 쪽과 부하 쪽은 절연됩니다. 신호 GND와 부하 GND는 모듈에서 연결되어 있지 않습니다.
• MOSFET은 N채널, 로우 사이드 스위치입니다. LOAD 단자와 − 단자 사이에 있어서 부하의 음극 전선을 켜고 끕니다.
• 게이트의 저항은 포토커플러가 꺼졌을 때 게이트를 0V로 당겨 줍니다.

이 모듈은 액티브 HIGH입니다. PWM 핀의 신호 종류마다 어떤 일이 일어나는지 살펴봅시다.

아두이노 핀 LOW(0V): 부하 꺼짐

• 포토커플러로 전류가 흐르지 않아 LED가 꺼진 상태로 있습니다.
• 포토트랜지스터도 꺼진 상태입니다. 게이트 저항이 MOSFET 게이트를 0V로 유지합니다.
• MOSFET이 꺼집니다. LOAD와 − 사이는 열린 스위치와 같습니다.
• 부하의 − 전선이 접지에 연결되지 않아 전류가 흐르지 않습니다. 부하는 0V를 받습니다.
• 코드: digitalWrite(MOSFET_PIN, LOW); 또는 analogWrite(MOSFET_PIN, 0);

아두이노 핀 HIGH(5V): 부하 켜짐

• 몇 mA가 포토커플러로 흐릅니다. 칩 안에서 LED가 켜집니다(눈으로는 보이지 않습니다). 아두이노 핀은 이 작은 전류를 쉽게 줄 수 있습니다.
• 포토트랜지스터가 켜집니다. 이제 MOSFET 게이트는 부하 전원의 약 절반, 12V 어댑터에서는 약 6V를 받습니다.
• MOSFET이 완전히 켜집니다. 저항이 아주 낮은 닫힌 스위치와 같습니다. AOD4184와 LR7843은 몇 mΩ, FR120N은 약 0.2Ω입니다.
• 전류 경로는 이렇습니다: 어댑터 + → + 단자 → 부하 → LOAD 단자 → MOSFET → − 단자 → 어댑터 −.
• 부하는 거의 12V 전체를 받아 최대 전력으로 동작합니다.
• 코드: digitalWrite(MOSFET_PIN, HIGH); 또는 analogWrite(MOSFET_PIN, 255);

PWM 신호: 부하가 전력의 일부를 받음

• analogWrite()를 사용하면 핀이 초당 약 500~1000번 LOW와 HIGH 사이를 오갑니다.
• MOSFET은 핀을 따라갑니다. HIGH 구간마다 켜지고 LOW 구간마다 꺼집니다. 그래서 부하는 빠른 12V 펄스를 받습니다.
• 듀티 사이클은 핀이 HIGH인 시간의 비율입니다. 평균 전압과 전력은 듀티 사이클에 최대 값을 곱한 값입니다. 0–255 값이 듀티 사이클을 정합니다(듀티 = 값 / 255).

듀티 사이클	analogWrite() 값	부하가 켜진 시간	평균 전압(12V 전원)
0%	0	전혀 없음	0V
25%	64	1/4 시간	약 3V
50%	128	절반 시간	약 6V
75%	191	3/4 시간	약 9V
100%	255	항상	12V

• LED 스트립은 더 어둡게 보입니다. 여전히 깜빡이지만 눈으로 보기에는 너무 빠릅니다.
• 팬이나 모터는 더 느리게 돕니다. 회전하는 질량이 펄스를 부드럽게 해 줍니다.
• PC817이 느리기 때문에 PWM 주파수는 약 500 Hz~1 kHz로 낮게 유지하세요. 주파수가 너무 높으면 MOSFET이 완전히 스위칭하지 못합니다. 그러면 펄스가 깨끗하지 않고 MOSFET이 뜨거워집니다. 아두이노 우노의 analogWrite() 기본값(약 490 Hz, 5번과 6번 핀은 약 1 kHz)이면 충분합니다.
• 이 튜토리얼의 코드는 10%에서 100%까지 PWM으로 부하를 서서히 바꿉니다.

중요한 규칙 몇 가지:

• 게이트가 부하 전원의 절반만 받기 때문에(위의 HIGH 경우 참고) 부하 전원은 최소 약 6V여야 합니다. 그래서 5V 부하 전원에서는 모듈이 잘 동작하지 않습니다. 부하가 몇 A 이상 흐르면 9V 이상을 사용하세요.
• DC 부하만 사용하세요. 이 모듈에 AC 주전원을 절대 연결하지 마세요. AC 부하는 아두이노 - 릴레이 튜토리얼을 참고하세요.
• 보드에는 플라이백 다이오드가 없습니다. 모터, 펌프, 솔레노이드, 릴레이에는 부하에 병렬로 외부 플라이백 다이오드(예: 1N5819 또는 1N4007)를 추가하세요. 캐소드(줄무늬 쪽)는 부하 +, 애노드는 부하 −에 연결합니다.

릴레이와 비교하면 MOSFET 모듈은 딸깍 소리가 나지 않고, 움직이는 부품이 없으며, 매우 빠르게 스위칭하고, 수명이 길며, PWM을 지원합니다. 릴레이는 PWM을 할 수 없습니다.

선연결

아래 이미지와 같이 아두이노의 9번 핀을 PWM 핀에, 아두이노 GND를 GND 핀에, 12V 어댑터(DC 전원 잭 경유)를 +와 −에, LED 스트립을 +와 LOAD에 연결합니다.

이 이미지는 Fritzing을 사용하여 만들어졌습니다. 이미지를 확대하려면 클릭하세요.

12V를 아두이노의 어떤 핀에도 연결하지 마세요.

연결할 수 있는 다른 장치

LED 스트립은 하나의 예일 뿐입니다. 팬, 펌프, 모터, 솔레노이드로 바꿀 수 있습니다. 아두이노 쪽의 두 전선은 바뀌지 않습니다. 전원 쪽 규칙은 항상 같습니다:

• 전원 어댑터 + → +
• 전원 어댑터 − → −
• 장치 + → +(어댑터 +와 같은 단자)
• 장치 − → LOAD

시작하기 전에 간단히 확인할 것:

• 장치와 같은 전압의 어댑터를 사용하세요(12V 장치 → 12V 어댑터). 6V 아래로 내려가면 안 됩니다.
• 장치의 전류를 확인하세요. FR120N은 작은 장치에만 맞습니다(방열판 없이 약 2A). 전류가 더 크면 AOD4184나 LR7843을 선택하세요.
• 코일이 있는 장치(모터, 팬, 펌프, 솔레노이드)에는 1N5819 또는 1N4007 플라이백 다이오드가 필요합니다. 장치에 병렬로 연결하세요. 줄무늬 쪽은 장치 +, 반대쪽은 장치 −입니다. 아래에서는 이를 "다이오드: 예"로 표시했습니다.

이 장치들을 위해 새 코드가 필요하지 않습니다. 같은 코드가 모두에 동작합니다. 솔레노이드는 HIGH와 LOW(100%와 0%)만 사용하고 페이드는 건너뛰세요.

아두이노 MOSFET 모듈 - 12V LED 스트립

이 이미지는 Fritzing을 사용하여 만들어졌습니다. 이미지를 확대하려면 클릭하세요.

• 스트립 +(종종 "12V"로 인쇄됨) → +, 스트립 − → LOAD
• 다이오드: 아니요. LED 스트립에는 코일이 없습니다.
• PWM으로 밝기를 조절합니다.
• 단색 스트립만 사용할 수 있습니다. 긴 스트립은 전류가 더 필요하므로 먼저 전류를 확인하세요.

아두이노 MOSFET 모듈 - 12V 쿨링 팬

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• 빨간 전선 → +, 검은 전선 → LOAD
• 세 번째 전선(노란색)은 속도 신호입니다. 연결하지 않고 비워 두세요.
• 다이오드: 예. 비용이 아주 적고 해가 되지 않습니다.
• PWM으로 속도를 조절합니다. 약 30%보다 크게 사용하세요. 아니면 팬이 시작되지 않을 수 있습니다.

아두이노 MOSFET 모듈 - 12V 워터 펌프

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• 펌프 + → +, 펌프 − → LOAD
• 다이오드: 예
• PWM으로 물의 흐름을 조절합니다.
• 물 없이 펌프를 작동시키지 마세요.

아두이노 MOSFET 모듈 - 12V DC 모터

이 이미지는 Fritzing을 사용하여 만들어졌습니다. 이미지를 확대하려면 클릭하세요.

• 모터 + → +, 모터 − → LOAD
• 다이오드: 예
• PWM으로 속도를 조절합니다.
• 모터는 한 방향으로만 회전합니다. 방향을 바꾸려면 L298N 같은 모터 드라이버가 필요합니다. 아두이노 - DC 모터를 참고하세요.

아두이노 MOSFET 모듈 - 12V 솔레노이드 밸브

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• 밸브 + → +, 밸브 − → LOAD
• 다이오드: 예
• 상시 닫힘(normally closed) 밸브: ON이면 열리고 OFF이면 닫힙니다.
• ON/OFF만 가능합니다. PWM은 사용하지 않습니다.

아두이노 MOSFET 모듈 - 12V 솔레노이드 잠금장치

이 이미지는 Fritzing을 사용하여 만들어졌습니다. 이미지를 확대하려면 클릭하세요.

• 잠금장치 + → +, 잠금장치 − → LOAD
• 다이오드: 예
• 완전히 ON 또는 완전히 OFF만 가능합니다. PWM은 사용하지 않습니다.
• 잠금을 풀려면 짧은 ON 펄스를 주세요. 오래 ON 상태로 두면 뜨거워집니다. 아두이노 - 솔레노이드 잠금장치도 참고하세요.

MOSFET 모듈을 위한 아두이노 프로그래밍 방법

• 라이브러리 불필요: 코드는 내장 함수만 사용합니다.
• 핀 정의: const int MOSFET_PIN = 9; (9번 핀은 PWM을 지원하며 ~ 표시가 있습니다)
• 핀을 출력으로 설정: pinMode(MOSFET_PIN, OUTPUT);
• 부하를 완전히 켜기: digitalWrite(MOSFET_PIN, HIGH); 또는 analogWrite(MOSFET_PIN, 255);
• 부하를 완전히 끄기: digitalWrite(MOSFET_PIN, LOW); 또는 analogWrite(MOSFET_PIN, 0);
• analogWrite()로 부하 전력 설정: 값은 0(OFF)에서 255(최대 전력)까지입니다. 예를 들어 약 50%는 analogWrite(MOSFET_PIN, 128);입니다.
• 퍼센트(0–100%)를 PWM 값(0–255)으로 변환: int duty = map(percent, 0, 100, 0, 255);

ON/OFF만 필요하면 digitalWrite()로 충분합니다. 밝기나 속도를 바꾸려면 analogWrite()를 사용하세요. 아두이노 - LED - 페이드 튜토리얼과 같은 방식으로 동작하지만, 이번에는 12V 부하를 제어합니다.

아두이노 코드 - MOSFET 모듈

아래 코드는 다음 동작을 계속 반복합니다:

• 부하를 2초 동안 완전히 켜고, 2초 동안 끕니다
• 0.5초마다 10%씩 전력을 10%에서 100%까지 올립니다
• 전력을 90%에서 0%까지 내린 뒤 1초 기다립니다

빠른 단계

• 위 다이어그램과 같이 배선합니다.
• USB 케이블로 아두이노를 PC에 연결합니다.
• 12V 전원 어댑터를 DC 전원 잭에 꽂습니다.
• Arduino IDE를 엽니다. Tools 메뉴로 이동하여 올바른 보드와 포트를 선택합니다.
• 위 코드를 복사하여 Arduino IDE에 붙여넣습니다.
• Arduino IDE에서 Upload 버튼을 클릭하여 코드를 아두이노에 업로드합니다.
• LED 스트립을 보세요. 2초 동안 최대 밝기이고, 2초 동안 꺼진 뒤, 천천히 밝아졌다가 다시 천천히 어두워집니다.
• 시리얼 모니터(보드레이트 9600)를 열고 결과를 확인합니다.

LED 스트립 대신 12V 팬을 사용하면 팬이 최고 속도로 돌다가 멈추고, 그다음 빨라졌다가 느려집니다. 팬이나 모터에는 플라이백 다이오드를 잊지 마세요.

동영상

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