[DIY] 3.3V/5V MCU 호환, A2SHB MOSFET을 이용한 강력한 전방향(360도) IR 송신기 만들기

안녕하세요! Mana’s Lab입니다.

스마트홈 구축이나 가전제품 자동화 제어 프로젝트를 진행하다 보면, 거실 한구석에 있는 ESP32나 스마트 허브에서 방 안의 에어컨, TV, 오디오를 동시에 제어해야 할 때가 있습니다. 하지만 마이크로컨트롤러(MCU)의 GPIO 핀에 IR LED를 하나만 직결하면 신호 도달 거리도 짧고, 지향성(방향) 때문에 사각지대가 생기기 마련이죠.

오늘은 GND, 5V, IR Signal 딱 3개의 핀만 입력받아, 사방(360도)으로 강력한 신호를 뿜어내는 고출력 IR 송신기 회로를 설계하고 제작하는 방법을 공유합니다.

1. 핵심 부품 선정 및 설계 포인트

이번 프로젝트의 핵심은 “전류 증폭”과 “전방향 커버리지”입니다.

💡 왜 MCU 핀에 LED를 바로 연결하면 안 될까요?

일반적인 IR LED는 순간적으로 강한 전류(펄스 전류)를 흘려주어야 도달 거리가 늘어납니다. 하지만 ESP32나 RP2040 같은 MCU의 GPIO 핀은 출력 전류가 수십 mA 수준으로 제한되어 있어, LED 5개를 동시에 켜기엔 턱없이 부족합니다. 심지어 과전류로 인해 MCU가 고장 날 수도 있습니다.

따라서 외부 5V 전원을 끌어 쓰고, 신호선으로는 스위치 역할만 해줄 MOSFET(모스팻)이 필수적입니다.

🛠️ 주요 부품 리스트

• IR LED: 5개 (방향 분산 배치용)
• 전류 제한 저항: 100$\Omega$ ~ 150$\Omega$ 5개 (LED당 1개씩)
• N-Channel MOSFET: A2SHB (Si2302) 1개 (SOT-23 패키지)
• 풀다운 저항: 10k$\Omega$ 1개 (회로 안정화용)
• 게이트 저항: 100$\Omega$ 1개 (MCU 핀 보호용)

2. 왜 A2SHB (Si2302) MOSFET인가?

소형 SMD 타입인 A2SHB는 DIY IoT 기기 제작에 정말 축복 같은 부품입니다.

주요 스펙	값	메이커 관점에서의 장점
Vgs(th) (문턱 전압)	0.65V ~ 1.2V	3.3V Logic Level 완벽 지원! ESP32 전압으로도 꽉 열립니다.
Id (최대 드레인 전류)	약 2.3A ~ 2.8A	IR LED 5개 합쳐봐야 200~500mA 수준이라 널널하고 발열이 없습니다.
패키지 크기	SOT-23	초소형이라 만능기판이나 커스텀 PCB 제작 시 공간을 거의 차지하지 않습니다.

3. 회로도 및 연결 방법 (Low-Side Switch 구조)

LED를 5개나 쓰기 때문에 직렬이 아닌 병렬 구조로 설계해야 합니다. 5V 전원에서 IR LED 5개를 직렬로 연결하면 전압 부족(1.3V×5=6.5V)으로 켜지지 않습니다. 또한, 전류 불균형을 막기 위해 반드시 각 LED마다 저항을 1개씩 독립적으로 매칭해야 합니다.

📌 A2SHB SOT-23 핀 배치 주의사항

부품에 새겨진 A2SHB 글자가 정방향으로 보이게 놓았을 때 기준입니다.

• 1번 핀 (왼쪽 아래): GATE (G)
• 2번 핀 (오른쪽 아래): SOURCE (S)
• 3번 핀 (위쪽 중앙): DRAIN (D)

🔌 결선 가이드

1. 5V 전원선 → IR LED 5개의 애노드(Anode, 긴 다리, +)에 각각 연결
2. IR LED의 캐소드(짧은 다리, -) → 각각 120$\Omega$ 저항 연결
3. 5개 저항의 반대편 다리들 → 한곳으로 묶어서 A2SHB의 3번 핀 (DRAIN)에 연결
4. 시스템 GND → A2SHB의 2번 핀 (SOURCE)에 연결
5. MCU IR Signal 핀 → 100$\Omega$ 저항을 거쳐 A2SHB의 1번 핀 (GATE)에 연결

트릭 하나 더! (회로 안정화) MCU가 켜지거나 리셋될 때 신호 핀이 출렁이면서 IR LED가 멋대로 오작동하는 것을 막기 위해, 1번 핀(GATE)과 2번 핀(SOURCE=GND) 사이에 10k$\Omega$ 풀다운 저항을 하나 달아주는 것이 좋습니다.

4. 저항 값 계산 (Tip)

IR 신호는 상시 켜져 있는 조명이 아니라, 38kHz 주파수로 빠르게 깜빡이는 펄스 형태입니다. 따라서 일반 LED보다 전류를 조금 더 강하게(약 30mA~50mA) 흘려도 안전합니다.

• 계산 공식: R=(Vcc​−Vf​)/I
• 5V(전원)−1.3V(IR LED 전압 강하)=3.7V
• 각 LED에 30mA(0.03A)를 흘리고 싶다면? 3.7V/0.03A=123.3Ω
• 👉 결론: 시중에서 구하기 쉬운 120$\Omega$ 또는 150$\Omega$ 저항을 쓰시면 딱 좋습니다. 도달 거리를 극대화하고 싶다면 68$\Omega$~100$\Omega$까지 낮출 수 있으나, 이 경우 LED의 맥스 스펙을 확인하세요!

5. 제작 팁 및 마무리

[사방으로 배치된 IR LED 구조 예시 레이아웃 만드기]

회로를 구성한 뒤, 3D 프린터를 이용해 5개의 LED가 72도 간격(360∘/5)으로 바깥을 바라보도록 원형 거치대(도넛 형태)를 출력해 고정하면 완벽한 전방향 송신기가 됩니다. 원형 배치를 하면 거실 한가운데나 천장에 달았을 때 벽면 반사까지 더해져 방 안의 모든 가전제품이 사각지대 없이 완벽하게 제어되는 쾌감을 맛볼 수 있습니다.

조그만 SMD 소자인 A2SHB 모스팻 하나로 구현하는 고출력 IR 송신기 회로, 여러분의 IoT 프로젝트에 꼭 적용해 보세요!

https://www.scribd.com/document/682051880/A2SHB-SOT-23