모터 칼럼Brush DC모터를 간단히 구동하는 방법

Brush DC 모터를 간단히 구동하는 방법

이번에는 Brush DC 모터를 구동하는 기초적인 방법에 대해 설명하겠습니다. 아마도 많은 분들이 학교의 이과 실험이나 공작 시간 등에, 모터에 배터리를 연결하여 모터를 구동해 본 경험이 있을 것입니다. 그리고, 스위치를 사용하여 ON / OFF 하는 회로를 만들거나, ON / OFF 스위치가 탑재된 모형이나 완구 등을 사용해본 경험이 있을 것입니다.

모터에 전원을 접속하면 동작하고, 접속을 끊으면 정지

먼저, Brush DC 모터를 한방향으로 회전시키는 것과, 정지시키는 동작에 대해 설명하겠습니다. 전원과 Brush DC 모터를 접속하면 회전하고, 접속을 끊으면 공회전한 후 정지합니다. 그림 1의 왼쪽은, 모터에 접속한 전원 라인에 기계식 스위치를 삽입하여 수동으로 ON / OFF하는 회로를 나타낸 것입니다.

이 회로를 전자 회로적으로 업그레이드하기 위해서는 스위치 (SW1)를 트랜지스터로 바꾸면 됩니다. 그림 1의 오른쪽 회로가 이에 해당하며, 트랜지스터는 Nch MOSFET입니다. 이것으로 MOSFET Q1의 게이트에 전압을 공급하여 MOSFET를 ON / OFF함으로써 DC Brush 모터를 회전시키거나 정지시킬 수 있습니다.

간단하지만, 주의가 필요

단, 주의점이 있습니다. 양쪽 회로 모두 스위치를 OFF하는 순간에 모터의 코일이 전류를 계속 흘리려고 하기 때문에 고전압 (역기전압)이 발생합니다. 특히, 트랜지스터를 사용하는 경우, 이 트랜지스터에 최대 정격을 초과하는 전압이 인가되면, 트랜지스터에는 열화나 파괴가 발생합니다. 따라서, 이 전압을 억제해야 하며, 이를 위해서는 회로도와 같이 모터와 병렬로 다이오드를 접속해야 합니다.

스위치의 삽입은 플러스 측 마이너스 측 모두 가능

이와 같이, 스위치를 1개 사용함으로써, 「모터를 한방향으로 회전시키는 동작과 정지시키는 동작」이 가능합니다. 이러한 경우 스위치는 전원의 플러스 측, 마이너스 측에 모두 배치 가능합니다. 각각의 예를 그림 2에 나타내었습니다. MOSFET를 사용하는 예에서는 트랜지스터의 구동 (ON / OFF)이 쉽도록 플러스 측에 Pch MOSFET, 마이너스 측에 Nch MOSFET를 사용하였습니다.

앞서 설명한 바와 같이, 모터의 상 / 하측에 스위치를 삽입하는 경우 OFF 직후에 모터의 인덕턴스 (코일)가 전류를 계속 흘리려고 하므로, 하측 스위치에서는 모터의 마이너스 단자 측이 마이너스 측 전압 이하 (일반적으로 GND 전위 이하)가 되고, 상측 스위치에서는 모터의 플러스 단자 측이 플러스 측 전압 (전원전압) 이상이 됩니다. 즉, OFF 시에 발생하는 전압은 전원전압 이상이 됩니다. 따라서, 회로도에서 알 수 있듯이 상 / 하측의 스위치로 제어하는 경우, 다이오드를 모터와 병렬로 접속하여, 다이오드 순방향 전압에서 발생하는 역기전압을 억제 (클램프)해야 합니다.

이러한 회로 구성은 트랜지스터가 1개이므로 단순하고 간단하지만, 한방향 회전 동작만 가능하고, OFF 시에는 공회전을 거쳐 정지하므로 정지까지 시간이 걸리고, 역기전압의 클램프용으로 다이오드가 필요하다는 과제가 있습니다.

이에 대해, 회전 방향의 선택이 가능하고, 정지 시에는 브레이크 등의 기능을 제공할 수 있는 H 브릿지를 통한 구동 방법이 있습니다. 또한, 회전수 제어가 가능한 PWM을 통한 구동 방법도 있습니다 (스위치 1개 구동에서도 H 브릿지 구동에서도 사용 가능).