역전압 방지 회로를 만들자

 1. 역전압 방지 회로의 필요성

 최근 보조배터리 제작을 위하여 알리에서 BMS를 하나 구매하였다. (사실 지금까지 구매한 BMS는 종류를 무시한다면 20여개 정도 구매했다.) 입력과 동시에 출력이 가능한 시스템을 만들기 위하여 BMS 선택 자체를 충전단자와 방전단자가 분리되어 있는 제품을 구매하였다. 하지만 현실은 두 단자는 연결되어 있었다. 이런 상황에서 충전쪽에 전원을 인가하지 않으면 그쪽으로 방전이 되는 현상이 발생하게 되어 역전압 방지 회로가 필요하게 되었다.

2. Diode

 가장 간단하게 떠오른 아이디어는 다이오드였다. 집에 여러 종류의 다이오드가 있고, 어려운 회로 구성이 필요없이 아주 간단하게 적용할 수 있기 때문이었다.

[ 누구나 만드는 간단한 회로 ]

이렇게 구성해서 만든후에 테스트 해보았다. 다이오드는 상당히 크기가 큰것으로 Current에 10A를 걸수 있는 다이오드 였다.  하지만 14.4V애 2.5A로 전원을 공급했더니, 빠르게 온도가 상승하여 손도 못댈정도로 다이오드가 뜨겁게 달아 올랐다.  BMS(위의 그림에서 LOAD에 해당) 자체가 14.4V 10A까지 충전이 가능한 회로이기 때문에 10A는 무리였다.  그래서 더 쉬운 방법으로 병렬 연결을 하였다. 

[ 병렬로 연결한 다이오드 ]

처음엔 3개를 병렬 연결하여 발열 테스트를 진행하였고, 역시나 발열이 심해서 총 9개를 병렬연결했다. 하지만 9개 연결을 해도 14.4V 7A정도 전기를 보내니 손은 댈 수 있었으나 걱정스러운 발열 상태였다. 다시 7개를 추가하여 총 16개의 병렬을 연결하고 14.4V 10A의 전기를 흘려 보내보았다. 안타깝게도 발열은 역시나 부담스러웠다.

3. MOSFET 

 다이오드로 10A 전류를 제어한다는 것은 포기하고, MOSFET을 다시 공부하기 시작했다. 스위칭을 위해서 MOSFET를 공부해보았기 때문에 가능할 듯 싶어서 여기 저기 찾아 보았다. N Channel MOSFET 55NF06이 집에 있던 터라 이것으로 만들어 보았다. 

[ N-MOSFET ]

데이터시트에 의거하면 55NF06는 평상시 50A 정도의 전류까지 보낸다고 써 있다. 데스트를 해보니 1개의 MOSFET으로 10A를 보냈을때  손으로 만질수 없을 정도까지 뜨거워 졌다. 인터넷에서 팔고 있는 제품들을 분석해보니 대략 1/6 정도로 계산하여 허용 전류를 표시하고 있었다. 계산해보니 2개 정도의 MOSFET이면 면 발열 없이 동작할 것 같았다. 물론 안전을 위하여 4개 병렬 처리해서 만들었다.  4개를 병렬처리 하니 10A 전류에는 미열조차 없었다.  내가 가지고 있는 것이 55NF06이어서 그렇지 사실 더 높은 허용전류를 가지고 있는 MOSFET을 사용한다면 1개 라도 커버가 가능할듯 싶다.  FDBL86062는 Current로 300A라고 써 있으니 10A 정도면 꿈쩍도 안할듯 싶다.  알리에서 검색한 가격은 FDBL86062가 55NF06보다 10배 비싸다.

- 2022.12.13 추가

 이글을 작성하고 나서 하루도 안되어서 pashiran님이 댓글로 Ideal Diode 라는 것을 알려주셨다. 알리에서 검색해보니 상당히 많은 내용이 검색되었다.  아마도 pashiran님께서 소개해주신 것이 아래의 제품이 아닐까 생각된다.

[ 제품 1 : 65V 50A ]

[ 제품 2 : 60V 15A ]

제품1은 이미지만으로 어떤 구조인지 알 수 없었는데, 제품2를 보니 대략 감이 잡혔다. 제품2를 보니 MOSFET 2개와 방열판으로 구성되어 있는것으로 보인다.  또한 보통의 MOSFET은 20V 이하의 전압으로 동작하기 때문에 60V에 대비하여, 전압 강하를 위한 제노다이오드가 하나 들어간 것이 보인다.  

이와 관련하여 몇개의 제품들을 검색해 보았고, P-MOSFET 을 이용하였으며, 역전압 뿐만아니라 입력 역극성도 방지하는 회로를 포함하는 것 같다. 구글링을 검색하여 이에 관련된 회로도를 찾아보았다.  제품을 구매한 것이 아니라서 대략 아래 정도이지 않을까 생각한다.

위의 이미지는 아래의 링크에서 가져 왔다. 

https://www.microfarad.de/blog/the-ideal-diode/

위의 회로와 거의 동일하게 생겼는데, 살짝 다른 회로도도 있다.  이 회로는 TR이 2개 포함된 DMMT3094W의 제품을 만든회사에서 공개한 회로 같다.

- 2022.12.26 추가

 역전압 방지 회로는 자동자 블랙박스 보조배터리를 만드는 과정에서 필요하게 되었는데, 이미 케이스를 만든 상태에서 내가 만들다 보니 크기가 너무 커서 집어 넣을 수가 없었다. 아래의 이미지에서 아래부분 ( MOSFET 4개 및 방열판을 가지고 있음)

[ 제품은 참 작게 만드네. ㅠㅠ ]

어쩔수 없이 알리에서 필요한 용량의 역전압 방지 회로를 구매해서 보조배터리 내부에 넣었다. 제품은 대략 위에 표시한 회로도 정도로 만든것 같다.  제품의 경우 14.4V & 10A로 부하를 주었는데 미열도 발생하지 않았다.