완벽한 모터 드라이버 선택하기: 종합 가이드

모터 드라이버란 무엇인가? 아두이노로 모터를 제어하려면 모터 드라이버를 사용해야 합니다. 하지만 모터 드라이버란 무엇이며, 어떻게 올바른 것을 선택할까요?

이 기사에서는 그 질문들에 답하고 더 많은 것을 다룹니다! 사용 가능한 모터 드라이버 유형, 각 유형이 할 수 있는 일, 프로젝트에 적합한 것을 선택하는 방법에 대해 논의합니다. 모터 드라이버에 대해 알아야 할 모든 것을 배우려면 계속 읽으세요!

모터 드라이버란?

행성 기어 BLDC 모터

모터 드라이버는 전기 모터의 속도와 방향을 제어하는 전자 장치입니다. 모터 드라이버를 사용하여 장난감, RC카, 로봇 같은 소형 모터를 제어할 수 있습니다. 또한 산업용 애플리케이션에서 대형 모터를 제어하는 데도 사용할 수 있습니다.

모터 드라이버가 필요한가요?

모터 드라이버를 사용하는 주된 이유는 마이크로컨트롤러를 모터 구동에 필요한 큰 전류로부터 보호하기 위함입니다. 모터를 마이크로컨트롤러에 직접 연결하려고 하면 마이크로컨트롤러를 통해 흐르는 전류가 이를 손상시킬 것입니다.

모터 드라이버를 사용하는 또 다른 이유는 마이크로컨트롤러보다 더 많은 전력을 제공할 수 있기 때문입니다. 따라서 무거운 짐을 옮기거나 많은 전력이 필요한 모터를 구동하는 애플리케이션에 유용합니다.

모터 드라이버 작동 원리

모터 드라이버 IC는 파워 앰프입니다. 또한 마이크로컨트롤러에서 저전력 신호를 받아 모터를 구동할 충분한 전력을 제공하도록 증폭합니다.

또한 대부분의 모터 드라이버는 과전류 및 과온 보호 기능이 내장되어 있습니다. 이는 마이크로컨트롤러와 모터 드라이버 자체 모두를 보호합니다.

모터 정지 방법 (브레이킹)

모터를 정지시키고 싶을 때 두 가지 옵션이 있습니다:

코스팅:

모터에서 전원을 제거하는 것입니다. 단점은 모터가 한동안 계속 회전하여 자체나 연결된 것을 손상시킬 수 있다는 것입니다.

브레이킹:

모터에 반대 방향으로 전원을 가하는 것입니다. 이는 모터를 거의 즉시 정지시킵니다.

하지만 단점은 모터에 많은 스트레스를 주어 손상시킬 수 있다는 것입니다.

어떤 것을 선택하느냐는 애플리케이션에 따라 다릅니다. 모터를 빠르게 정지시켜야 한다면 브레이킹을 사용해야 합니다. 전원 제거 후 모터가 잠시 회전하는 것을 괜찮아한다면 코스팅을 사용할 수 있습니다.

생각해 볼 한 가지: 자전거를 타고 언덕을 내려갈 때는 코스팅하고 싶을 것입니다. 하지만 언덕을 올라갈 때는 브레이크를 쓰고 싶을 것입니다.

고려해야 할 또 다른 것은 어떤 종류의 모터를 사용하는가입니다. 브러시드 DC 모터를 사용하는 경우 이러한 모터가 요구하는 높은 전류를 처리할 수 있는 모터 드라이버가 필요합니다. 스테퍼 모터를 사용하는 경우 마이크로스테핑이 가능한 모터 드라이버가 필요합니다.

모터 드라이버 유형

모터 드라이버에는 두 가지 주요 유형이 있습니다: 브러시드와 브러시리스.

브러시드 모터 드라이버는 일반적으로 RC 장난감 같은 저전력 애플리케이션에 적용됩니다. 또한 특별한 센서나 컨트롤러가 필요하지 않기 때문에 사용하기도 더 쉽습니다.

브러시리스 모터 드라이버는 드론과 전기 자동차 같은 고전력 애플리케이션에 흔히 사용됩니다. 또한 특별한 센서와 컨트롤러가 필요하기 때문에 사용이 더 복잡합니다.

브러시드와 브러시리스 외에도 다음 유형들이 있습니다:

DC 모터 드라이버

DC 모터

출처: 위키미디어 커먼즈

DC 모터는 가장 일반적인 모터 유형입니다. 선풍기부터 하드 드라이브까지 모든 곳에 사용됩니다. 또한 DC 모터 드라이버로 속도와 방향을 제어할 수 있습니다.

서보 모터 드라이버

서보 드라이브

출처: 위키미디어 커먼즈

서보 모터는 로봇과 CNC 기계처럼 정밀한 제어가 필요한 애플리케이션에 적용됩니다.

또한 서보 모터 드라이버로 위치, 속도, 토크를 제어할 수 있습니다.

스테퍼 모터 드라이버

스테퍼 모터

출처: 위키미디어 커먼즈

스테퍼 모터 드라이버는 전기 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 전기 모터 유형입니다. 그리고 속도와 방향을 제어하는 데 사용할 수 있습니다.

또한 정밀한 위치 제어가 필요한 프린터와 스캐너 같은 애플리케이션에 적용됩니다. 또한 스텝 레이트와 방향을 제어하는 데 사용할 수 있습니다.

기타 유형:

위 유형들 외에도 다음과 같은 다른 유형의 전기 모터가 있습니다:

디지털 스테퍼 드라이버

디지털 스테퍼 드라이버는 디지털 신호를 사용하여 스테퍼 모터를 제어하는 모터 드라이버입니다.

클로즈드 루프 스테퍼 드라이버

클로즈드 루프 스테퍼 드라이버는 피드백을 사용하여 스테퍼 모터를 제어하는 모터 드라이버 유형입니다.

아날로그 스테퍼 드라이버

아날로그 스테퍼 드라이버는 아날로그 신호를 사용하여 제어하는 모터 드라이버 유형입니다.

통합 스테퍼 드라이버

통합 모터 드라이버는 모터 드라이버와 마이크로컨트롤러의 기능을 결합한 모터 드라이버 유형입니다. 그리고 이 유형의 모터 드라이버는 로봇 애플리케이션에 자주 적용됩니다.

BLDC 모터 드라이버

BLDC 모터는 브러시리스 DC 모터입니다. 컴퓨터 하드 드라이브와 전기 자동차처럼 높은 토크와 저소음이 필요한 애플리케이션에 흔히 사용됩니다.

BLDC 모터 드라이버는 속도와 방향을 제어하는 데 사용됩니다.

DC 모터 드라이버 회로

이 섹션에서는 몇 가지 DC 모터 드라이버 회로를 배우겠습니다.

트랜지스터를 사용한 DC 모터 드라이버 회로

DC 모터 드라이버 회로

이것은 기본적인 DC 모터 드라이버 회로입니다. 또한 DC 모터, 저항, 파워 트랜지스터(D880)를 사용하여 작동합니다.

H 브리지 회로

H 브리지 회로

H 브리지 회로는 DC 모터의 속도와 방향을 제어합니다. 또한 DC 모터가 양방향으로 구동되어야 하는 애플리케이션에서 이 회로를 사용할 수 있습니다.

게다가 로봇 애플리케이션에서 사용할 수 있습니다. 로봇의 방향 변경 같은 경우입니다.

모터 드라이버 IC

모터 드라이버 IC는 모터를 제어하는 데 사용할 수 있는 특수 IC입니다. 또한 모터 드라이버 IC는 DC 모터, 서보 모터, 스테퍼 모터 제어에 유용합니다.

가장 자주 사용되는 모터 드라이버 IC는 다음과 같습니다:

– L293D

L293D는 H-브리지 드라이버 IC의 일종입니다. 그리고 릴레이, 솔레노이드, DC, 바이폴라 스테핑 모터 등 유도성 부하를 구동하는 데 사용할 수 있습니다.

– L298N

L298N도 H-브리지 드라이버 IC의 일종입니다. 또한 DC 모터, 스테퍼 모터, 액추에이터 구동에 사용됩니다.

– A4988

– DRV8825

DRV8825는 쉬운 작동을 위한 내장 변환기를 가진 마이크로스테핑 드라이버 IC입니다. 또한 DRV8825로 바이폴라 스테퍼 모터를 구동할 수 있습니다.

모터 드라이버 기능

모터 드라이버 IC의 기능은 다음과 같습니다:

– 모터에 전력 공급

– 모터의 속도와 방향 제어

– 모터 브레이킹

– 과전류로 인한 모터 손상 보호

– 전류 제한 기능 제공

모터 드라이버 응용 분야

이제 모터 드라이버가 무엇이고 무엇을 하는지 알았으니 가장 일반적인 응용 분야를 살펴보겠습니다.

가장 일반적인 응용 분야 중 하나는 RC 장난감입니다. 모터 드라이버는 마이크로컨트롤러의 신호를 증폭하여 장난감의 모터를 제어할 수 있게 합니다.

또 다른 일반적인 응용 분야는 하드 디스크 드라이브입니다. 여기서 모터 드라이브는 디스크를 회전시키는 스핀들 모터를 제어합니다.

다양한 유형의 컴퓨터 드라이브

프린터에서 모터 드라이버는 피드 모터와 프린트 헤드 캐리지 모터를 모두 제어합니다.

마지막으로 자동 조립 기계에서 모터 드라이버는 컨베이어 벨트 모터와 그리퍼 암 모터를 포함한 다양한 모터를 다시 제어합니다.

모터 드라이버 IC 장점

다음은 장점들입니다:

– 첫째, 마이크로컨트롤러보다 더 많은 전력을 제공할 수 있습니다.

– 그런 다음 과전류 및 과온 같은 것들에 대한 내장 보호 기능이 있습니다.

– 마지막으로 앰프와 모터 드라이버를 하나의 IC로 결합하여 공간을 절약합니다.

모터 드라이버 IC 단점:

– 첫째, 비쌀 수 있습니다.

– 또한 전압과 전류 정격에 주의해야 합니다.

– 게다가 일부 IC는 사용하기 어려울 수 있습니다.

이제 모터 드라이버가 무엇인지 알았으니 프로젝트에 적합한 것을 선택해야 합니다. 모터 드라이버 유형이 너무 많아서 까다로울 수 있습니다.

올바른 모터 드라이버 유형 선택 방법

모터 드라이버 선택 시 고려해야 할 중요한 요소들은 다음과 같습니다:

– 사용 중인 모터 유형 (브러시드 또는 브러시리스)

먼저 브러시드 또는 브러시리스 모터를 사용하는지 확인해야 합니다.

어떤 모터 유형이 사용되는지 확실하지 않다면 데이터시트를 살펴보세요.

– 모터의 전압

모터 드라이버 선택 시 전압 정격, 로직 레벨, 기능과 역량을 고려하는 것이 중요합니다.

모터의 전압에 맞는 정격의 모터 드라이버를 선택하고, 마이크로컨트롤러의 로직 레벨을 처리할 수 있으며, 필요한 기능과 역량을 가진 것을 선택하세요.

전압 측면에서 대부분의 모터 드라이버는 전압 범위를 처리할 수 있습니다. 예를 들어 L293D는 +36V에서 -36V 사이의 전압을 처리할 수 있습니다. 그러나 사용 중인 전압이 모터 드라이버의 지정된 한계 내에 있는지 확인하는 것이 중요합니다. 최대 전압을 초과하면 모터 드라이버가 손상될 수 있습니다.

모터 드라이버의 전압 정격은 중요합니다. 대부분의 모터 드라이버는 약 0.65V~36V 사이에서 작동할 수 있습니다.

모터 드라이버의 기능과 역량도 중요합니다. 따라서 애플리케이션에 필요한 기능과 역량을 가진 모터 드라이버를 선택하세요.

– 모터의 전류 정격

모터가 소비할 전류량을 처리할 수 있는 모터 드라이버를 선택하는 것이 필수적입니다. 충분히 강력하지 않은 드라이버를 선택하면 과열되어 모터를 손상시킬 수 있습니다. 너무 강력한 드라이버를 선택하면 절대 사용하지 않을 초과 기능에 돈을 낭비하게 됩니다.

이것은 모터 드라이버가 모터에 제공할 수 있는 전류량입니다. 많은 전류가 필요한 대형 모터를 사용하는 경우 높은 전류 정격의 모터 드라이버를 사용해야 합니다. 예를 들어 L293D는 채널당 최대 600mA를 제공할 수 있습니다.

-인터페이스

모터 드라이버 선택 시 제어 인터페이스도 고려해야 합니다. 비교하자면 가장 일반적인 인터페이스는 H-브리지입니다. 이 인터페이스 유형은 모터의 방향과 속도를 제어할 수 있게 합니다.

기타 인터페이스에는 L293D, L298N, TB6612FNG가 있습니다. 이 인터페이스들은 서로 다른 기능과 역량을 제공합니다.

마이크로컨트롤러와 함께 모터 드라이버를 사용하는 경우 인터페이스의 로직 레벨도 고려해야 합니다. 대부분의 마이크로컨트롤러는 TTL 로직을 사용하며, 이는 많은 모터 드라이버와 호환되지 않습니다.

TTL 마이크로컨트롤러를 모터 드라이버와 함께 사용하려면 로직 레벨 컨버터를 사용해야 합니다.

– 필요한 토크량

토크도 고려해야 하지만 스톨 토크를 봐야 합니다. 이는 모터가 움직이지 않게 하는 데 필요한 토크입니다.

홀딩 토크는 부하 저항을 극복하는 데 필요한 것입니다. 무거운 짐을 옮겨야 한다면 높은 홀딩 토크의 모터가 필요합니다.

– 모터가 회전해야 하는 속도

또한 모터의 회전 속도도 고려해야 합니다. 모터를 필요한 속도로 회전시키는 데 필요한 전력량을 제공할 수 있는 모터 드라이버를 선택해야 합니다.

– 모터의 크기와 무게

이것도 중요한 고려 사항입니다. 모터 드라이버가 모터의 무게와 크기를 지탱할 수 있는지 확인해야 하기 때문입니다.

– 모터가 사용될 환경 (실내 또는 실외)

이것은 다른 모터 드라이버가 다른 환경을 위해 설계되었기 때문에 고려하기 중요합니다. 모터를 실외에서 사용할 계획이라면 방수 기능이 있는 모터 드라이버가 필요합니다.

– 지출할 의향이 있는 금액

모터 드라이버 선택 시 가격도 잊지 마세요. 예산 범위 내의 저렴한 모터 드라이버를 선택하세요.

모터 드라이버 선택 시 인터페이스 유형, 전압 정격, 로직 레벨을 고려해야 합니다. 또한 모터 드라이버의 기능과 역량도 고려해야 합니다. 어쨌든 애플리케이션에 가장 적합한 모터 드라이버를 선택하세요.

H-브리지란?

H-브리지는 두 쌍의 트랜지스터를 스위치로 포함하는 스위치 회로 유형입니다. DC 모터의 역방향 및 정방향 동작은 스위치에 의해 제어됩니다. 대부분의 컨트롤러는 이 형태로 설계됩니다.

마찬가지로 두 트랜지스터를 모두 켜면 모터가 한 방향으로 회전합니다. 두 트랜지스터가 모두 꺼지면 모터는 작동하지 않습니다. 트랜지스터 쌍은 동시에 켜질 수 있고, 한 쌍은 켜지고 다른 쌍은 꺼질 수 있으며, 둘 다 꺼질 수도 있습니다.

이로 인해 모터가 반대 방향으로 회전합니다. 각 트랜지스터가 켜져 있는 시간량을 조정하여 모터 속도를 증가하거나 감소시킵니다.

요약

모터 드라이버는 스테퍼 또는 DC 모터를 제어할 수 있는 IC들입니다. 대조적으로 각각 고유한 장단점을 가진 많은 다양한 모터 드라이버 유형이 있습니다. 일반적인 모터 드라이버 IC로는 L298N, DRV8825, TB6612FNG가 있습니다.

모터 드라이버 선택 시 모터의 전압 및 전류 요구사항, 칩의 최대 허용 전력 소모를 고려해야 합니다. 또한 드라이버가 모터에 필요한 스위칭 주파수를 처리할 수 있는지 확인해야 합니다.

대부분의 표준 MCU는 고전력 모터를 직접 구동할 수 없으므로 고전력 DC 또는 스테퍼 모터를 제어하려면 모터 드라이버를 사용해야 합니다.