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아두이노에 전원 공급 방법

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아두이노 우노보드, 사용 가능 in/output 최대 전력량 체크 + 고 전력 장치 제어 (Arduino uno)

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Arduino 아두이노 전원 공급 방법

아두이노(Arduino)는 자체적인 충전지(빠데리)나 전원이 없기 때문에 외부 전원을 공급해야 합니다. 오늘은 아두이노에 전원을 공급하는 방법을 알아보겠습니다.

저는 표준 모델이라 인식되고 있는 아두이노 우노 R3 (Arduino UNO R3) 제품을 구입하였기 때문에 UNO R3 기준으로 포스팅하였습니다. 구입하고 처음 켜보는 거라 두근두근했어요~ ㅎㅎ

Arduino(아두이노)ّ의 전원을 연결하는 방법은 USB Port, DC barrel jack, Vin pin으로 크게 3가지가 있습니다.

USB 케이블 DC barrel jack 전원 어댑터

① USB 포트 (Port)

USB Port는 컴퓨터와 USB 케이블(표준형 USB B Type 케이블)로 연결하는 방법으로 컴퓨터로부터 전원(5V)을 공급받습니다. 또한 USB Port를 통해 컴퓨터와 통신을 하기 때문에 Arduino에 코딩한 프로그램을 전송하는데 반드시 필요합니다. USB 타입의타입의 5V 출력 스마트폰 충전기나 보조배터리를 USB Port와 연결해도 USB 케이블을 통해 전원 공급을 할 수 있습니다. 이때 충전기 어댑터나 보조배터리의 출력이 반드시 5V 인지 확인하셔야 합니다.

USB Port에 USB 케이블로 연결

② DC 배럴잭 (barrel jack)

두번째 방법으로 DC 배럴잭을 통해 전원을 공급하는 방법입니다. 컴퓨터와 연결하지 않고 아두이노 보드에 전원을 공급하는 용도로 DC 배럴잭(사이즈: 5.5×2,1mm)을 사용합니다. 아두이노는 외부로부터 6~20V 범위로 전원을 받을 수 있는데 일반적으로 7~12V로 공급되는 게 좋습니다. 7~12V 전원이 공급되더라도 레귤레이터를 통해 5V로 변환되어 아두이노 보드에 공급되기 때문에 걱정하지 않으셔도 됩니다. 대부분 우리나라 전원은 AC 220V이기 때문에 AC-DC 어댑터가 필요합니다. 어댑터의 정격 용량은 1A 이상의 DC 9V제품을 사용하는 것을 추천합니다. (7V 미만은 보드 불안정, 12V이상은 레귤레이터 손상 가능하기 때문에…)

AC-DC 어댑터 사용 시 주의사항으로 어댑터 극성을 꼭 확인해야 합니다. 그림과 같이 Positive polarity를 사용해야 합니다. Negative polarity를 사용하시면 아두이노 보드가 타거나 고장 날 수 있습니다. DC barrel jack으로 건전지를 연결하여 전원을 공급할 수도 있습니다.

DC barrel jack에 전원 어댑터로 연결

건전지 사용 예시 (사진 출처 : bbangpan.tistory.com/52)

③ Vin 핀(pin)

세 번째 방법으로 Vin pin을 통한 방법으로 보드의 Vin와 GND에 점퍼선을 사용 Vin에 ‘+’전원을, GND에 ‘-‘전원을 연결하여 외부 전원을 공급할 수 있습니다. Vin pin을 사용하면 레귤레이터를 통하지 않기 때문에 원하는 전원만큼 아두이노 보드에 전원을 공급하게 됩니다. 전원을 원하는 대로 공급 가능하지만 그만큼 과전압을 사용하지 않게 주의하셔야 합니다. 또한 배럴잭과 동시에 사용하지 않아야 합니다. 부주의시 역전압이 발생하여 폭발이나 화재의 위험이 있습니다.

Vin pin을 통한 Power 연결

여기까지 아두이노(Arduino)에 전원을 공급하는 방법을 알아보았습니다. 이제 전원이 들어오긴 했는데 어떻게 작동을 해야 할까요?? ^^ 기본적으로 아두이노 보드는 프로그램을 통해 제어되는데 ‘스케치(Sketch)’라는 통합개발환경(Integrated Development Environment, IDE) 소프트웨어를 통해서 프로그램을 코딩하고 보드로 업로드하는 일을 수행합니다. 스케치는 아두이노 홈페이지에서 무료로 제공되고 있기 때문에 추가적인 비용은 들지 않습니다.

그럼 다음 포스팅에는 스케치를 설치하고 아두이노를 처음 동작을 하는 방법에 대해 알아보겠습니다.

아두이노 – 전원(Power)

Power (Noun Project)

본격적인 아두이노에 대해서 시작을 하기 전에 가장 기본이 되고, 중요한 전원을 먼저 다루고 시작하도록 하겠습니다. 전원을 다루면서 사용할 부품은 점퍼선, LED, 저항입니다.

각 부품 기능

LED : 발광 다이오드로서 흘러간느 전류에 의해서 빛을 발산하는 물질로 구성. 다리가 짧은 쪽이 GND와 연결된다.

Resister(저항) : 부품의 전기적인 수준을 조절하는 역할을 한다. 높은 전압에서 부품이 타는 것을 방지

■ 전원 연결하기

아두이노의 POWER 부분에서 3.3V 5V GND를 브레드 보드와 LED를 이용해서 전원이 어떻게 흐르는지 알아보도록 하겠습니다.

다음 그림과 같이 점퍼선과 빵판을 이용해서 LED를 연결하고 전원을 연결하면 파란 LED에서 빛이 들어오는 것을 확인할 수 있습니다. 이 말은 전류가 3.3V에 나와서 LED +전극을 통과하고 -전극으로 나온다음 GND로 들어가는 하나의 회로를 구성한다는 것을 알 수 있습니다. (현재 아무런 저항을 연결하지 않았으므로 파란 LED 또는 투명 LED를 사용하셔야 합니다. 일반적으로 빨강, 노랑, 초록 LED는 5V에서 바로 고장이 나버립니다.)

만약 5V에 끼우면 LED가 더 밝게 빛나는 것을 확인 할 수 있으실 겁니다. (화상의 위험이 있으므로 주의하셔야합니다.)

※ 주의사항

5V를 GND에 바로 연결할 경우 회로가 다 타버리는 불상사가 발생할 수 있습니다. 만약 전압을 PC에서 공급을 하신다면 PC까지 고장날 수 있는 가능성이 있기 때문에 절대로 5V를 바로 GND에 끼우시면 안됩니다 .

빨강, 노랑, 초록 LED는 5V에 바로 고장이 나고, 투명, 파랑 LED는 5V에 버티지만 매우 뜨거우니 조심하셔야합니다.

■ 저항과 함께 전원 연결하기

다음 그림과 같이 저항을 연결하면 빨간 LED에서도 빛이 나는 것을 확인할 수 있습니다. 이유는 전압이 저항에서 분배가 되기 때문에 키르히호프의 전압 법칙(KVL)을 적용하면 LED에 걸리는 전압이 줄어듭니다. 따라서 회로를 연결할 때는 전류가 너무 세서 타버리지 않는지 미리 계산을 통해서 부품이 망가지거나 다치는 불상사를 미연에 방지해야합니다.

■ 기타 전원 연결 방법

① 외부 전원 연결

그림과 같이 전원 어댑터(Power Pack)을 통해서 외부 전원을 공급할 수도 있습니다. 9V용 전원 어댑터를 사용하도록 하고, PC와 연결없이 사용할 수 있어 유용합니다.

② VIN 단자 연결

그림과 같이 아두이노 우노든 나노든 GND와 VIN(Voltage Input)에 전원을 연결하여 사용할 수 있습니다.

③ 건전지 어댑터 사용

9V 건전지 어댑터 (Wikimedia)

그림과 같이 각 목적에 맞는 3V, 6V, 9V 건전지 어댑터를 목적에 맞게 사용할 수 있도록 하시면 됩니다.

아두이노 우노보드, 사용 가능 in/output 최대 전력량 체크 + 고 전력 장치 제어 (Arduino uno)

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– 전력량

– 아두이노 핀마다 사용 가능한 전류/전력량

– 아두이노 input 전원 전력

– 아두이노로 5V, 20mA 이상의 제품 컨트롤

전력량

몇몇 고 전력 외부장치를 구동하기 위해 어느정도의 회로는 구상했는데,

생각해보니 구동을 위한 얼마만큼의 전력이 필요한가를 생각치 않았었습니다.

그래서 이번에 공부하고 정리해봅니다 🙂

전력량은 간단한 계산을 통해 구할 수 있습니다.

전력(P) = 전류(I) x 전압(V)

그러니 아두이노 자체에서 사용 가능한 전압/전류를 확인하면 됩니다.

아두이노 핀마다 사용 가능한 전류/전력량

아두이노의 사용 가능한 전력량을 체크 해줘야 하는 이유:

몇개의 장치를 동시 구동한지 파악하기 위해서

고 전력이 필요한 장치의 경우, 아두이노만의 전력으로 구동 가능한지, 외부전원이 필요한지 파악하기 위해서

https://store.arduino.cc/usa/arduino-uno-rev3

아두이노 사이트에서 가져온 제품 사양입니다.

따로 측정은 안 해봤지만, 본 사이트에서 핀당 20mA의 전류를 사용 가능하고, 3.3V를 사용 시 50mA까지 뽑아 쓸 수 있다고 합니다.

다만, 여러 블로그에서 5V핀들은 400-500mA, 3.3V핀들은 50mA라고 하는데.

5V 핀의 아웃풋이 아닌, 아두이노가 받아 사용할 수 있는 전압/전류량이 아닐까 생각됩니다.

핀당 20mA는 권장량이고, 40mA까지 사용 가능하다고 알고 있습니다. 다만 이렇게 많은 전류를 사용할 시, 아두이노 보드에 과열이 발생할 수 있습니다.

아두이노, input 전원 전력

아두이노에는 3가지 전력 제공 방법이 있습니다.

: USB port(주황), DC barrel jack(연두), Vin pin(살색)

1. USB port

컴퓨터와 통신을 통해 Arduino 코딩 전송을 하는 라인을 통해 컴퓨터로부터 5V 전원을 공급

컴퓨터로부터 5V 전원을 공급 스마트폰 충전기나 보조배터리로도 공급 가능

2. DC barrel jack

사이즈: 5.5×2,1 mm

외부로부터 6-20V를 공급 받을 수 있지만, 일반적으로 7-12V로 공급받는게 좋다. (낮으면 보드 불안정, 높으면 레귤레이터 손상)

아두이노는 7-12V 어댑터를 연결하면 알아서 자체적으로 5, 3.3V로 낮춰서 구동됩니다. 전압 변환 역할을 해주는 것이 아래 그림의 레귤레이터 입니다.

그래서 주로 1A 이상의 DC9V 제품을 사용하고

Positive polarity 제품을 사용합니다. (아래 두 사지 참고)

300×250

DC barrel jack은 파워 어댑터, 배터리 등의 외부전원을 사용하여 전원 공급이 가능하지만

앞서 말한 레귤레이터로 인해 아두이노 보드에서 사용하기 용이한 최대 5V, 500mA의 전력만 사용 가능합니다.

3. Vin pin

레귤레이터를 사용하지 않기에 필요한 전원만큼 보드에 전원 공급이 가능

다만, 배럴잭과 동시에 사용 시, 역전압으로 화재 가능성

아두이노 우노의 Vin 핀이 흘려줄 수 잇는 최대 전류량은 약 1A이다. (연결된 다이오드 때문에 1A가 최대)

~20V까지 사용 가능하다고 하지만, 12V 밑으로 추천드립니다. (발열 등의 문제 발생 가능성)

Vin pin으로 전원 연결 시, 이 핀에 연결된 다이오드를 거치며 0.2~1V 가량의 전압을 소모하게 됩니다.

https://m.blog.naver.com/roboholic84/221468522044

==> 그리고 가급적이면, 외부전원을 사용할 때는 코드를 넣어주던 컴퓨터와의 연결은 끊고 사용하는걸 추천드립니다. 간혹 잘못되어 외부전원이 컴퓨터로 역전압이 걸리면, 컴퓨터에 악영향이 갈 수 있습니다 🙂

아두이노로 5V, 20mA 이상의 제품 컨트롤

아두이노로 핀에서 출력 가능한 전력 이상의 제품/장치를 컨트롤 하기 위해서는 외부 전원이 필요합니다.

트렌지스터를 사용할 때도 아두이노에 들여보내는 어댑터의 용량이 커야겠네요.

그래서 보통 외부전원을 사용하며 아두이노와 장치 사이의 중간장치를 사용합니다.

: (아두이노용으로 설계된, 필요 전력량이 맞는) 릴레이, 트랜지스터 (BJT, MOSFET)

릴레이

:

전자 기계 스위치. 활성화 된 코일은 기계식 레버를 움직이기 위한 자력을 가하는 전자석이 되고 그렇지 않은 경우 열린 스위치를 닫는다. 릴레이는 상대적으로 낮은 전압 및 전류로 활성화될 수 있으며 보다 높은 전압 및 전류 요구 사항으로 장치를 제어할 수 있다.

2020/09/14 – [정리, 공부해요/전기, 전자, 통신] – 릴레이 모듈, 아두이노에 외부 전원(12V)이 필요한 장치 컨트롤

트랜지스터

:

2020/09/16 – [정리, 공부해요/컴퓨터, IT기기 관련] – 트렌지스터 기본 구조/원리(P/N형, 다이오드, NPN)

마무리

이번에 개인 실험을 하기 위해 셋업을 하고 있습니다.

그 과정에서 열전대/써미스터로 받아들인 온도값을 바탕으로 팰티어로 특정 온도조건을 유지시켜주는 셋업이 필요합니다.

그래서 저의 경우,

아두이노 핀을 통해 전원을 주고받는 모듈은: 릴레이 2개 + 써미스터 3개 + 열전대 증폭기 2개 + LCD display로, 각각 필요한 전력을 판단하지는 않았지만, 그냥 충분히 공급하겠다는 생각에 DC barrel jack에 12V, 1A짜리 어댑터를 연결하던지, Vin pin에 5V 1A짜리 어댑터를 연결할 계획입니다.

팰티어 2개를 사용하는데, 각각 최대 14.5V, 8.5A, 74W를 사용가능한 녀석이기에, 12V 10A 어댑터로 구동시켜줄 계획이고요 (공급 전압량이 장치의 최대치를 넘을 시 문제되지만, 전류량은 부족하지만 않으면 된다고 합니다.)

팰티어의 hot side를 식혀줄 heat sink + fan. 펜 2개를 구동시켜줄 전원으로 12V 1A 어댑터를 병렬로 두 펜에 에너지를 공급해줄 계획입니다.

어댑터가 4개가 필요한데, 4구 멀티탭을 사용 시, 멀티탭에서 최대 출력 가능한 전력량도 확인하여 16A짜리 멀티탭을 구입해놨습니다 😀 (낮은건 5A였나? 상당히 낮더군요, 그러면 2개의 팰티어에 충분한 에너지 공급이 되질 않았을 겁니다.)

2020/09/18 – [정리, 공부해요/전기, 전자, 통신] – 회로 그리는 프로그램, Fritzing – 무료다운/사용법/Part Import

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