3.3V <-> 5V 변환

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라즈베리파이의 GPIO 입출력 핀의 동작 전압은 3.3V입니다. 그러므로 5V 전용 센서, 모듈을 연결하거나 또는 아두이노와 같이 동작 전압이 5V인 장치와 통신을 하기 위해서는 반드시 5V <-> 3.3V 변환이 필요합니다.

3.3V 장치에 5V를 연결하면 장치가 손상될 수 있으므로 주의해야 합니다.

전압을 변환하기 위한 방법은 아래와 같이 크게 2가지가 있습니다.

분압기는 저항을 이용하여 전압을 낮추는 회로를 아래와 같이 구성한 것을 의미합니다.

옴(Ohm)의 법칙에 따라 분압기의 출력 전압은 다음과 같은 공식으로 구할 수 있습니다.

예를 들어, 5V를 출력하는 센서를 라즈베리파이에 연결하기 위해서는 3.3V로 전압을 낮추어야 할때, R₁ : 1kΩ, R₂ : 2kΩ 을 사용하면 Vout = (2/3)*5V = 3.3V 가 출력됩니다.

Voltage divider calculator 를 이용하면 필요한 저항의 용량을 쉽게 구할 수 있습니다.

아래는 HC-SR04 초음파센서를 분압기를 통해 라즈베리파이에 연결한 예시입니다. HC-SR04의 Echo 핀의 출력은 5V이므로 반드시 3.3V로 전압을 낮춘 후에 연결해야 합니다.

한 방향으로 전압을 높이거나 또는 낮추거나 (Uni-direction), 또는 양방향으로 전압을 변환 (Bi-direction)할 수 있는 모듈입니다.

보통 모듈 1개당 여러 개의 채널을 지원하므로 여러대의 장치를 동시에 연결할 수 있으며 다음과 같은 경우에 사용할 수 있습니다.

• 3.3V 장치: 라즈베리파이, 비글본, 젯슨 나노, 아두이노 듀에, 아두이노 제로, 아두이노 나노 33 IOT 등
• 5V 장치: 아두이노 우노, 아두이노 나노, 아두이노 메가, 아두이노 레오나르도 등

양방향 로직 레벨 컨버터를 이용하여 아두이노 우노와 라즈베리파이의 UART 통신 연결의 예는 아래와 같습니다. (높은 전압을 HV에, 낮은 전압을 LV에 연결해야 함에 유의)

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