18650 리튬 이온 배터리를 위한 충전 쉴드
터틀 클록(Turtle Clock BigFont)에 대한 세 번째 글입니다. nodeMCU 보드와 세그먼트 LED에 이어 전원 공급에 대해 설명합니다. 이 시계를 사용할 침실은 멀티탭을 이용하여 밤에만 전원을 켜고 낮에는 차단하는 곳입니다. 따라서 전원에 연결되지 않아도 구동이 가능하도록 배터리를 적용할 것입니다. 사용할 배터리는 익숙한 18650 리튬-이온 충전지입니다. 충전지와 충전기 등 전원 공급과 관련하여 여러 가지 고민을 하던 중 적합한 제품을 찾을 수 있었습니다.
이 프로젝트를 진행하면서 전원 공급에 관한 선택이 가장 어려운 문제였습니다. 충전식으로 하다 보니 생각할 부분이 많네요. 우선 자체 충전 기능이 있어 충전지를 직접 연결할 수 있는 보드들을 염두에 두었는데, 사용할 모든 부품을 위한 충분한 출력이 어려울듯하여 제외하였습니다. 또 적어도 3개의 5V 출력 포트가 필요하여 전원 분배를 위한 별도의 회로 구성도 필요한 상황입니다.
그래서 선택한 제품이 18650 배터리 쉴드입니다. 제품 사양은 아래와 같습니다.
- Battery protection – Over charge, Over discharge)
- Micro USB port for Input
- Type-A USB port for Output
- 0.5A current charging
- 1 switch control USB output
- 5 ~ 8V Input Voltage
- 3V 1A Output
- 5V 2A Output
- LED indicate(Green, Red)
- 3V output port x 3
- 5V output port x 3
- Size : 9.8 x 2.9cm
프로젝트에 적용할 제품입니다. 18650 충전지 하나를 삽입하여 사용하고, 한 쪽에 5V 출력 포트가 세 군데 있습니다.
반대쪽에는 충전을 위한 USB 포트와 3.3V 출력 포트 3개가 있습니다.
바닥 면입니다. 각 모서리에 볼트 삽입이 가능한 홀이 있어 고정이 용이합니다. 기판에는 5V 4A 출력이 가능하다고 프린트되어 있는데, 제품 설명에는 2A로 기술되어 있습니다. 실제로 아날로그 테스터기로 전류량 측정하다가 제품 하나를 고장 내었습니다. 4A는 무리일 듯합니다.
쉴드 한 쪽에는 일반적인 스마트폰 보조 배터리처럼 사각 USB 포트가 있습니다. 이쪽도 5V 출력이 가능하고 옆에 있는 스위치를 이용해 출력 여부를 선택할 수 있습니다.
이미 보았듯이 바닥 면 한쪽에는 충전을 위한 마이크로 5핀 규격의 USB 포트가 있습니다. 또 충전 상태를 표시하는 두 개의 LED가 있습니다. 색상은 빨강, 초록입니다.
배터리가 없는 상태에서 전원을 연결할 경우 위와 같이 두 색상의 LED가 모두 켜집니다.
배터리를 연결하였습니다. 보호 회로가 없는 제품을 사용합니다.
충전 중일 때 빨강, 충전이 완료되면 초록 LED로 상태를 알려 줍니다.
전원 연결을 위해 핀 헤더를 납땜하고, 사용하지 않는 USB 출력 포트와 on/off 스위치를 제거하였습니다. 스위치와 USB 포트의 튀어 나온 부분 때문에 케이스와의 간섭이 발생하네요.
이제, 배터리 쉴드에 보드와 세그먼트 LED를 연결하겠습니다. 우선 보드와 LED 장치는 SDA(D1), SCL(D2), V_IO(3.3V) 3개를 연결합니다.
nodeMCU 보드의 Vin, GND 포트를 배터리 쉴드에 연결하여 보드에 전원을 공급합니다.
세그먼트 LED 디스플레이의 전원 5V, GND(-) 포트는 배터리 쉴드에, 나머지는 이전과 동일하게 연결합니다.
여기까지의 전체적인 회로 구성입니다.
모두 연결한 후 예제를 실행한 모습입니다. 정상적으로 작동하였습니다.
이상으로 18650 배터리 쉴드에 대한 소개를 마치겠습니다.
