[스마트팜] 2핀 DC 팬 ON/OFF 제어와 PID, 히스테리시스로 스마트한 습도 조절하기

 

2핀 DC 팬 ON/OFF 제어와 PID, 히스테리시스로 스마트한 습도 조절하기

스마트팜, 가정용 제습기, 환기 시스템에서 습도 제어는 매우 중요합니다.
3핀 팬은 PWM으로 속도를 미세 조절할 수 있지만, 2핀 팬은 단순히 켜고 끄는 ON/OFF 제어만 가능합니다.
그렇다면 이런 팬으로도 PID 제어를 효과적으로 구현할 수 있을까요?

1. 2핀 팬 ON/OFF 제어와 PID 제어의 조합

  • 2핀 팬은 전원을 공급하면 최대 속도로 돌아가고, 공급을 끊으면 멈춥니다.

  • PID 제어는 연속적 출력(0~100%)을 산출하지만, 팬 제어는 ON(100%) 또는 OFF(0%)뿐입니다.

  • 그래서 PID 출력 값을 임계값과 비교해 팬 ON/OFF를 결정하는 방식을 씁니다.

2. 히스테리시스란?

  • **히스테리시스(Hysteresis)**는 ON/OFF 제어에서 자주 발생하는 문제인 ‘빈번한 스위칭(켜고 끄기 반복)’을 줄여 시스템 안정성을 높이는 기법입니다.

  • 팬이 너무 자주 켜졌다 꺼졌다 하면 부품 수명이 줄고, 제어도 불안정해집니다.

3. 히스테리시스 적용 방법

기본 원리

  • 팬을 켜는 임계값(ON 임계값)과 끄는 임계값(OFF 임계값)을 다르게 설정합니다.

  • 팬은 PID 출력이 ON 임계값 이상일 때 켜지고, 꺼지려면 PID 출력이 OFF 임계값 이하로 내려가야 합니다.

  • OFF 임계값 < ON 임계값 이어야 하며, 두 값 사이에 히스테리시스 폭이 생깁니다.

예시

상황PID 출력 범위팬 상태
PID 출력 ≥ 60%팬 ON팬 작동 시작
PID 출력 ≤ 40%팬 OFF팬 정지
40% < PID 출력 < 60%이전 상태 유지팬 꺼졌다 켜졌다 반복 방지

4. 히스테리시스 효과와 장점

  • 팬이 ON/OFF 경계값 부근에서 너무 자주 스위칭되는 것을 방지

  • 팬 수명 연장 및 부하 감소

  • 제어 신호가 안정적으로 유지되어 습도 변화가 급격하지 않음

5. 요약: 2핀 팬 ON/OFF PID 제어와 히스테리시스

구분내용
팬 제어 방식단순 ON/OFF
PID 출력 활용출력값과 ON/OFF 임계값 비교
히스테리시스 적용ON 임계값과 OFF 임계값을 달리 설정
효과빈번한 ON/OFF 스위칭 방지, 시스템 안정화
주의점임계값 간격 조절이 중요하며 너무 넓으면 반응 둔해짐

6. 실제 적용 팁

  • ON 임계값과 OFF 임계값 차이를 10~20% 정도로 두는 경우가 많음

  • PID 제어 주기는 팬 특성과 습도 변화 속도에 맞게 조정

  • ON/OFF 스위칭을 위한 하드웨어(릴레이, 트랜지스터 등) 내구성 고려

7. 결론

2핀 팬도 PWM 없이 ON/OFF 제어만으로 PID 기반 습도 조절이 가능합니다.
히스테리시스 기법을 적용하면 팬의 빈번한 켜고 끄기를 막아 안정적인 시스템 운영과 부품 수명 연장에 도움이 됩니다.

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