릴레이대용으로 모스펫(MOSFET)을 이용한 대전류 스위칭 방법... 테스트 실패

 

 

시작하면서

 

대용량 파워뱅크를 제작할 경우나 전동공구처럼 높은 전류를 스위칭(ON/OFF)하는 경우 스위치도 물리적으로 함께 커지고 비싸서 대부분 일반 소형 스위치와 릴레이 조합을 사용한다. 그런데 반도체 소자중에 MOSFET으로 릴레이보다 훨씬 작으면서도 고전압/대전류를 스위칭할 수 있다는 걸,, 최근 배터리 내부저항 측정기와 방전기를 만들면서 알게 되었다.

 

자작 호기심을 자극하기에 충분했고 바로 테스트!!

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

 

 

 

회로도

 

폐아답터나 컴퓨터 파워 등등 SMPS 류의 기기에서 쉽게 볼 수 있는 N채널 MOSFET을 이용한 간단한 회로도다. 스위치를 눌러 모스펫의 Gate에 문턱전압 이상의 전압이 가해질 때 S 와 D가 이어져 모터가 회전한다.

10KΩ 저항은 Gate 신호 전압을 빠르게 방전시켜 OFF 시키기 위해 달아 준 풀다운 저항이고, 220Ω 저항은 Gate 전류를 조절하여 MOSFET 소손을 대비한 저항이다.

모스펫이 소손되면 G와 D가 내부적으로 도통되어 전원인가되면 스위치를 안눌러도 동작한다. 왜 이렇게 설계를 한건지 비 전공자가 볼때 깊은 뜻을 알지 못하겠고 여튼 망가지면 여러모로 피곤해진다. ㅋ

사용한 저항값과 허용전류는 부하와 모스펫 그리고 전원에 따라 달라지겠지만, 대충 이 값을 기준으로 조금씩 조정하여 사용하면 될 듯하다.

게이트 전압은 스펙을 보고 결정해야하지만 보통 30V 이하를 사용한다는 가정에 바로 게이트 핀으로 연결했고, PWM 시그널로 ON/OFF를 짧은 시간에 반복하면 전류량 조절도 가능하지만 지속적인 전압을 인가해 단순 스위치로 활용하는 것이 목적이다.

 

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

 

 

 

실험

 

결과,,
스위칭 ON/OFF는 매우 잘 동작한다.

But,,
초기 구동시 9A로 시작하던 전류가 점차 낮아지더니 5A까지 떨어지면서 모터 속도가 줄어벼렸고 시간이 조금 지나니 방열 머리핀에 납이 녹아 전선이 떨어질 정도로 온도가 무지막지하게 치솟았다.

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. 알쏭달송...

 

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

 

 

 

IRF740 데이타시트의 일부다.

일단 섭씨 100도에서 6.3A로 Drain 전류가 뚝떨어진다. 사용한 유연납이 녹을 정도면 183도 이상까지 치솟았다는 얘긴데... ^^;;

온도가 치솟는 원인이 Vdgr 값이 너무 높아인지 혹은 사용한 모스펫의 문제인지... 왕초보가 이런 걸 하나하나 풀어나가는 것이 녹록잖은 상황이다.

한 가지 더 해볼만한 실험은 20A 이상의 대용량 모스펫을 사용하면 잘 될 것 같은데,,, 뭐 굳이 사서 할만큼의 열정은 없고 폐 기판이나 열심히 뒤져봐야지 싶다.

But,, 살짝 현자타임이 와 나중에 마음이 내키면 테스트 해보기로하고 일단 홀딩

 

 

 

 

추가

 

아래 보밤블님 댓글을 반영한 모터의 역기전력 보호용 다이오드를 추가한 배선도다.

 

문제는 미니송풍기에 교체해 넣은 모터가 싼타페 DM의 워셔액 통에서 적출한 제품인데 너무 많은 전력을 소비한다. 성능 대비 너무 큰 전력을 소비하는 터라 적합하지 않다고 판단,, 나중에 적절한 모터로 교체해서 몇 번 쓰다 상용 송풍기를 사면서 폐기처분 했다. ㅎ

 

 

[참고]

헤어드라이기(?) 모터를 이용한 미니 송풍기(에어 블로워) 만들기