11.2.4 MOSFETによる大電力制御

GPIO の制約事項

LEDが数個ならそのままGPIOにつないで問題なく光る、という体験をすると、モーターも同じように動かせるはずだと思い込みたくなります。実際には、Raspberry Pi の GPIO ポートには、全体で流せる電流の上限が決められています。

• 合計 50mA
• 3.3 V

小さな LED 数個であればこの条件内に収まりますが、モーターやソレノイド、パワー LED など電流を多く消費するデバイスは、直接接続して使うことができません。

MOSFET とは

電流を多く必要とするデバイスを動かすには、GPIOのわずかな電流で、別の大きな電流をオンオフする仕組みが要ります。それを担うのがMOSFETです。電界効果トランジスタ (FET) の一種で、主にスイッチング素子として利用される部品です。小さな電圧の変更で、大きな電流や電圧のオンオフを切り替えられます。

今回は Nch MOSFET「2SK4017」を利用します。

プルダウンの GPIO ポートを使った典型的な回路は、以下のようになります。

電源

回路図の GND 端子は、Raspberry Pi と DC 負荷用電源とで共通です。ここだけを見ると、VCC 端子も Raspberry Pi の 3.3V や 5V 端子から取れそうに思えます。ですが、VCC 端子は基本的にはそれらの端子とは別物です。DC 負荷用には、Raspberry Pi とは別に電源を用意するのが望ましいでしょう。

ミニモータを使った作例では、その消費電力が十分小さいので、例外的に Raspberry Pi の 5V 端子から電力を供給しています。