노트북이나 휴대폰 충전기의 USB 포트는 어디서나 구할 수 있는 안정적인 5V 전원입니다. 건전지를 갈아 끼울 필요 없이 만능기판 회로에 전원을 줄 수 있어서, 5V로 동작하는 로직 IC와 마이크로컨트롤러 실험에 자주 쓰입니다. 이 글에서는 USB 전원에서 5V를 받아 퓨즈와 커패시터, 전원 표시 LED를 거쳐 만능기판 전원 레일로 공급하는 보드를 설계합니다. 전류 한도와 안전 요령도 함께 설명합니다.
USB 전원의 기본
USB 커넥터에서 쓸 전원은 VBUS(5V)와 GND 두 선입니다. 데이터 선은 연결하지 않아도 5V는 나옵니다.
| 전원 공급원 | 얻을 수 있는 전류 |
|---|---|
| PC의 USB 2.0 포트 | 보통 500mA 한도(연결 확인 전에는 100mA) |
| PC의 USB 3.0 포트 | 약 900mA |
| 휴대폰 충전기 | 1~3A (부하가 요청한 만큼) |
PC 포트는 과전류가 나면 차단되거나 포트가 망가질 수 있으니 반드시 퓨즈로 보호하세요. 충전기는 전류가 커서 쇼트가 나면 위험하므로 더욱 퓨즈가 중요합니다.
전원 연결 방법
Micro-USB 브레이크아웃
Micro-USB 커넥터를 2.54mm 핀에 맞춰 놓은 작은 기판입니다. VBUS와 GND 핀만 사용합니다. 가격이 싸고 만능기판에 바로 꽂을 수 있습니다.
USB-C 전원 전용 브레이크아웃
USB-C로 5V를 받으려면 커넥터의 CC1, CC2 핀을 각각 5.1kΩ 저항으로 GND에 연결해 "나는 5V를 요청하는 기기입니다"라고 알려야 합니다. 이 저항이 이미 붙어 있는 브레이크아웃을 고르면 편합니다. 그렇지 않은 제품은 충전기에서 전원이 나오지 않습니다.
USB-A 케이블 개조
쓰지 않는 USB 케이블을 잘라 빨간 선(5V)과 검정 선(GND)만 쓰는 방법도 있습니다. 선 색이 항상 같은 것은 아니니 멀티미터로 5V를 확인한 뒤 연결하세요.
회로
| 부품 | 값 | 역할 |
|---|---|---|
| 퓨즈 | 복구형 PTC 500mA(유지 전류 0.5A) | 과전류 보호. 쇼트가 사라지면 자동 복구 |
| C1 | 100µF 전해 | 전원 안정화. +쪽이 5V |
| C2 | 100nF 세라믹 | 고주파 잡음 제거 |
| R + LED | 1kΩ + LED | 전원 표시(약 3mA) |
| 전원 스위치(선택) | 슬라이드 스위치 | 회로 전체 차단 |
연결 순서는 USB VBUS → PTC 퓨즈 → 전원 스위치 → 5V 레일이고, 레일과 GND 사이에 C1과 C2, 그리고 1kΩ과 LED의 직렬 회로를 답니다. 이 보드는 9V 배터리로 5V 만들기: 7805 전원 보드의 5V 출력부와 같은 구조입니다. 레귤레이터가 필요 없어서 훨씬 간단합니다.
전압 강하에 주의하세요
PTC 퓨즈는 정상 전류에서 약간의 저항이 있어 전압이 0.1~0.3V 떨어집니다. 74LS 계열 IC는 4.75V 이상을 요구하므로, USB 5V가 5.0V이고 퓨즈에서 0.2V가 떨어지면 4.8V라서 간신히 맞습니다. 전압이 낮다면 다음을 확인하세요.
- 직렬 다이오드를 추가하지 마세요. 0.7V가 떨어져 4.3V가 됩니다.
- 케이블이 길고 얇으면 전압이 더 떨어집니다. 굵고 짧은 케이블을 쓰세요.
- 5V가 4.75V 아래로 떨어지면 7805가 아닌 다른 방식(승압 모듈 등)을 고려합니다.
만능기판 제작 요령
- 기판 한쪽 모서리에 브레이크아웃 커넥터를 2.54mm 핀 헤더로 납땜합니다. 소켓에 꽂아 쓰면 분리하기 쉽습니다.
- 커넥터에서 나온 5V는 먼저 퓨즈를 거치게 합니다. 퓨즈를 지나기 전의 선은 짧게 유지하세요.
- 5V는 기판 위쪽 레일, GND는 아래쪽 레일로 보냅니다. 두 레일은 굵고 짧게 만듭니다(전원 레일과 접지 설계).
- 전원 입구 가까이에 100µF와 100nF을 병렬로 답니다.
- 전원 LED는 레일 끝에 달아 전원이 들어왔는지 한눈에 보이게 합니다.
점검
- 전원 연결 전 5V 레일과 GND 사이를 도통 시험으로 확인합니다. 울리면 쇼트이니 해결할 때까지 USB를 꽂지 마세요.
- USB를 연결하고 전원 LED가 켜지는지 봅니다.
- 레일 전압을 멀티미터로 잽니다. 4.75V 이상이 나와야 합니다.
- 부하 회로를 연결한 뒤 PTC 퓨즈가 뜨거워지지 않는지 짚어 봅니다.
- 전류가 궁금하면 멀티미터를 전류 모드로 +5V 선에 직렬로 연결해 측정합니다(멀티미터 고르는 법).
안전 수칙
다음 단계
- 전압 조절이 필요한 실험에는 실험용 전원 공급기가 편합니다.
- 3.3V 장치를 쓴다면 3.3V와 5V 신호 연결을 읽고 전압 수준을 맞추세요.
- 완성한 5V 보드로 555 타이머 LED 깜빡이나 숫자 카운터를 구동해 보세요.
정리
USB 전원 보드는 커넥터 → 복구형 퓨즈 → 스위치 → 5V 레일 구조로 만들고 입구에 100µF와 100nF, 전원 LED를 답니다. USB-C는 CC 핀에 5.1kΩ이 필요하며, 74LS 회로에서는 전압 강하로 4.75V 아래로 떨어지지 않게 직렬 다이오드를 피하세요. 처음 켜기 전에는 반드시 도통 시험으로 쇼트를 확인합니다.