릴레이대용으로 모스펫(MOSFET)을 이용한 대전류 스위칭 방법..

- 테스트 실패 ㅠㅠ -



대용량 파워뱅크를 제작할 경우나 모터류와 같이 지속적으로 높은 전류를 스위칭하는 경우,,
스위치도 물리적으로 함께 커져 대부분 일반 소형 스위치와 릴레이 조합을 사용한다.

그런데 반도체 소자중에 MOSFET으로 릴레이보다 훨씬 작으면서도 고전압/대전류를 스위칭할 수 있다는 걸,,
최근에 배터리 내부저항 측정기와 방전기를 만들면서 알게 되었다.


자작 호기심을 자극하기에 충분했고 바로 테스트를 해보았다.

예전에 만들어 사용하고 있는 미니 송풍기의 푸시 스위치의 허용전류가 0.5A라 마음에 걸렸는데,,
이를 보강할 목적으로 송풍기를 기반으로 아래와 같은 회로를 그려보았다.


[참고]
헤어드라이기 모터를 이용한 미니 송풍기(에어 블로워) 만들기



N채널 MOSFET을 이용한 비교적 간단한 회로도다.
- N채널 모스펫은 폐아답터나 컴퓨터 파워 등등 SMPS 류의 기기에서 쉽게 볼 수 있다. -


스위치를 눌러 모스펫의 Gate에 문턱전압 이상의 전압이 가해질 때 S 와 D가 이어져 모터가 회전한다.
(정확히는 S->D로 전자가 이동한다.)

10KΩ 저항은 Gate 신호 전압을 빠르게 방전시켜 OFF 시키기 위해 달아 준 풀다운 저항이다.
기계적으로 달아주는 것 같은데 모스펫 스펙 대비 실사용 전압이 낮고 또 잘 동작한다면 굳이 달아주지 않아도 된다.

220Ω 저항은 Gate 전류를 조절하여 MOSFET 소손을 대비한 저항이다.
모스펫이 소손되면 G와 D가 내부적으로 도통되어 전원인가되면 스위치를 안눌러도 동작한다.

모스펫의 가운데 D핀은 방열을 위해 머리에 올라온 핀과 도통 되어있다.


사용한 저항값은 부하와 모스펫 그리고 전원에 따라 달라지겠지만,
대충 이 값들 이상으로 사용하면 될 듯하다.


이상이 구글신에게 물어물러 알게된 결과이고,
이를 토대로,,, 폐기판에서 적출한 N채널 모스펫 IRF740 (10A)으로 간이 테스트를 진행했다.


결과,,
스위칭 ON/OFF는 매우 잘 동작한다.

but,,

초기 구동시 9A로 시작하던 스위칭 전류가,,
조금씩 낮아지더니 5A까지 떨어지면서 모터 속도가 줄어버린다.

이 상태로 지속해서 구동하니,,
방열 머리핀에 납이 녹아 전선이 떨어질 정도로 온도가 무지막지하게 치솟는다.

비전공자의 어설픈 공부에 정확한 이유를 알리 없겠지만,,
추측건대 모스펫 저마다의 온도특성이 있는 듯 싶고,,
스펙이하의 저전압에서 사용시 발열이 발생하고, 그에 따라 스위칭 전류도 감소하는 듯 싶다.


+
혹시나 다른 모스펫 P14NK50Z 라고 표기된 모스펫을 가지고 실험해보았지만 동일했다.




IRF740 데이타시트의 일부다.



일단 섭씨 100에서 6.3A로 Drain 전류가 뚝 떨어진다.
사용한 유연납이 녹을 정도라면 183도 이상까지 치솟았다는 얘긴
데,,

온도가 치솟는 원인이 Vdgr 값이 너무 낮아서인지...
비슷한 이유로 12V에 맞는 모스펫을 사용해야되는 것인지...

비전공인 초짜가 이런 걸 하나하나 풀어나가는 것이 녹록잖은 상황이다.

한 가지 더 해볼만한 실험은 병렬로 모스펫을 하나 더 연결하면 어떻게 될 것인가?? 라는 것인데..

살짝 귀찮아져서 다음에 마음이 내키면 진행하고 일단 홀딩한다.



+

아래 보밤블님 댓글을 반영한 모터의 역기전력 보호용 다이오드를 추가한 배선도다.
이건 숙제!!


일단 숙제를 푼 이후에,,,
미니송풍기에 교체해 넣은 모터가 싼타페의 워셔액 통에서 적출한 제품인데 너무 많은 전력을 소비한다.
성능 대비 너무 큼 전력소모라 추후 적절한 모터로 교체해야지 싶다.



HI!! 궁금한 점은 댓글로 문의주세요~

  1. Favicon of https://rnbt.tistory.com BlogIcon 보밤블 2019.11.12 17:09 신고  address  modify / delete  reply

    모터와 병렬로 다이오드 연결 해주셨나요? 스위칭시 모터의 역기전력때문에 모스펫이 소손되었을수도 있습니다.

    • Favicon of https://mindeater.tistory.com BlogIcon MindEater™ 2019.11.12 17:57 신고  address  modify / delete

      낯익은 아이디네요~ 반갑습니다. 보밤블님..^^
      좀 더 자세히 설명해주실 수 있을까요?
      모스펫이 소손되어 온도가 치솟는다는 가능성을 말씀해주신걸로 이해했습니다.

      스위칭시 역기전력이라는 것이 모터에서 올라오는 전력을 말씀하시는 건지요?

      역전압 차단용이면 다이오를 직렬연결하는 게 아닌지요?

      감사합니다. ^^

    • Favicon of https://mindeater.tistory.com BlogIcon MindEater™ 2019.11.13 08:50 신고  address  modify / delete

      인터넷에 찾아보니 관련내용이 많네요.
      모터란 것이 신기합니다.
      속도가 줄거나 멈출때 반작용으로 역기전력이 나오네요.. ㄷㄷㄷ
      공부가 됐습니다. 감사합니다. ^^