배터리 감시 비교기는 기준 전압과 출력 연결부터 확인합니다 (Battery Comparator Monitor)

두 비교기는 서로 다른 전환점을 맡습니다

비교기(comparator)는 비반전 입력(non-inverting input, +)과 반전 입력(inverting input, −)의 전압을 비교해 출력 상태를 바꾸는 회로입니다. LM358은 비교 전용 칩이 아니라 연산증폭기(op amp, operational amplifier)가 두 개 들어 있는 부품입니다. 느린 표시 용도로 개방 루프(open loop), 즉 출력에서 입력으로 되돌아오는 증폭 피드백 없이 사용할 때에도 입력 범위와 출력 구동 조건을 따로 확인해야 합니다.

배터리 전압 VBAT을 감지하는 가변저항(potentiometer) 두 개를 각각 배터리 양단에 연결하고, 가운데 단자인 와이퍼(wiper)를 하나씩 비교기에 연결한다고 가정하겠습니다. 와이퍼 위치를 접지에서부터 잰 비율을 α_L(하한용)과 α_H(상한용)라고 하면 두 입력 전압은 각각 α_L×VBAT, α_H×VBAT입니다. 각 가변저항은 독립된 분압기(voltage divider)입니다. 저항값이 모두 10 kΩ이라고 해서 와이퍼 전압이 언제나 배터리 전압의 절반이 되는 것은 아닙니다.

하한 비교기에는 기준 전압(reference voltage) VREF를 + 입력에, α_L×VBAT을 − 입력에 연결합니다. 배터리 전압이 낮아져 감지 전압이 기준보다 작아지면 출력이 높아져 적색 발광다이오드(LED, light-emitting diode)를 켜는 방향입니다. 상한 비교기에는 α_H×VBAT을 + 입력에, VREF를 − 입력에 연결합니다. 감지 전압이 기준보다 커지면 녹색 LED를 켜는 방향입니다. 아래 그림은 배선 관계를 나타낸 개념도이며 완성된 부품값 회로도가 아닙니다.

LM358D 한 개의 8핀 패키지로 이 두 채널을 배선한다면 녹색 상한 채널은 5번(비반전 입력)·6번(반전 입력)·7번(출력)을 사용합니다. 적색 하한 채널은 3번(비반전 입력)·2번(반전 입력)·1번(출력)을 사용하며, 두 채널은 8번 양전원과 4번 접지 또는 음전원을 공유합니다. 회로도에 삼각형이 두 개 그려져 있어도 한 칩의 두 회로입니다. 실제 제작 전에는 선택한 LM358 계열과 패키지의 데이터시트에서 핀 번호를 확인하고, 기판 풋프린트(footprint)와 맞는지 대조하십시오. 전류를 제한한 시험 전원으로 배터리 전압을 바꾸면서 1번과 7번 출력이 각각 의도한 방향으로 전환되는지도 측정합니다.

적색 LED가 켜지는 배터리 하한을 V_L, 녹색 LED가 켜지는 상한을 V_H라고 하겠습니다. 기준 전압이 실제로 일정하고 가변저항 와이퍼가 안정적이라면 명목 전환점은 V_L=VREF/α_L, V_H=VREF/α_H입니다. 하한을 상한보다 낮게 두려면 α_L>α_H로 맞춰야 합니다. 두 전환점 사이에서는 적색과 녹색 LED가 모두 꺼집니다. 와이퍼 설정을 반대로 하면 일부 전압 구간에서 두 LED가 동시에 켜질 수도 있습니다. 따라서 녹색 LED에 ‘정상’이라는 뜻을 붙이기 전에, 의도한 상태표부터 정해야 합니다. 이 배선의 녹색은 단지 ‘상한을 넘음’을 뜻하며 과전압인 경우에도 켜질 수 있습니다.

계산 방법을 보이기 위한 가상 장비를 생각해 보겠습니다. VBAT 사용 범위가 9–15 V이고 기준 전압이 실제로 3.0 V로 유지되며, 하한을 11 V, 상한을 13 V로 정했다면 α_L=3/11≈0.273, α_H=3/13≈0.231입니다. 12 V에서는 두 LED가 모두 꺼지는 구간입니다. 이는 설명용 목표값이며 특정 배터리의 적정 충전 상태나 실제 제작 결과가 아닙니다. 원하는 동작이 ‘11 V 이상이면 녹색’인 단일 경계 표시라면 두 전환점을 따로 둘 필요가 없고, 다른 논리로 표시해야 합니다.

범위 안에 있을 때만 한 신호를 내보내려면 출력 형식을 확인합니다

앞의 회로는 표시등 두 개를 각각 구동합니다. 두 비교기의 출력을 하나로 묶어 ‘전압이 범위 안에 있음’을 나타내려면 출력 형식부터 달라집니다. 창 비교기(window comparator)는 하한과 상한을 각각 검사하고, 두 조건을 결합해 입력이 그 사이에 있는지를 알려줍니다.

세 저항이 같은 값이고 중간점에 추가 부하가 없다는 가정에서는 전원 VCC를 나눈 두 기준점이 VLOW=VCC/3, VHIGH=2VCC/3가 됩니다. VCC는 기준망을 공급하는 전압, VLOW와 VHIGH는 각각 아래·위쪽 경계, VIN은 판정할 입력입니다. 한 비교기는 VIN이 상한보다 높을 때 출력을 낮추고, 다른 비교기는 하한보다 낮을 때 낮춥니다. 오픈 컬렉터(open collector) 출력은 낮은 상태에서 전류를 접지로 끌어내리고, 그렇지 않을 때에는 출력 핀을 사실상 놓아둡니다. 이 방식의 비교기 두 개를 같은 노드에 연결하고 풀업 저항(pull-up resistor)을 하나 달면, 두 출력이 모두 놓인 창 안에서만 신호가 높아집니다. 출력이 높거나 낮을 때 전압을 직접 밀어내는 push-pull 출력 두 개는 이렇게 바로 묶지 않습니다. 출력 연결과 허용 전압·전류는 선택한 부품의 자료로 확인해야 합니다.

이 그림의 1/3·2/3 VCC는 절대 배터리 전압 경보값이 아닙니다. 감시 입력마저 같은 배터리의 α×VBAT으로 만들고 기준도 VBAT/3, 2VBAT/3으로 만든다면, 배터리 전압이 변해도 비교하는 비율 α와 1/3·2/3은 그대로입니다. 절대 전압의 하한·상한을 감시하려면 사용 범위에서 유지되는 별도의 기준 전압이나 전압 감시용 부품을 사용해야 합니다. 하한과 상한을 두 개 두었다고 각 경계에 히스테리시스(hysteresis)가 저절로 생기는 것도 아닙니다. 히스테리시스는 같은 경계를 오를 때와 내릴 때 다르게 하여 잡음으로 인한 채터링(chattering), 즉 경계에서 출력이 빠르게 반복 전환되는 현상을 줄입니다.

출력을 따로 둔 채 2–4 V 창을 판정할 수도 있습니다

앞의 오픈 컬렉터 공동 출력 대신, 두 비교기의 출력을 서로 연결하지 않고 논리곱 게이트(AND gate)의 두 입력에 따로 보낼 수도 있습니다. 논리곱 게이트는 두 입력이 모두 높은 상태일 때만 출력을 높입니다. 같은 값의 저항 세 개를 부하 없이 직렬로 두고 기준망에 안정된 6 V를 공급한다고 계산 편의상 가정하면, 두 탭은 각각 2 V와 4 V입니다. 이 6 V는 저항 네트워크에서 계산한 값이지 비교기 전원 핀의 권장 전압이나 실제 측정값이 아닙니다.

하한 비교기의 비반전 입력 +에는 VIN, 반전 입력 −에는 2 V를 넣고, 상한 비교기는 +에 4 V, −에 VIN을 넣습니다. 앞 절의 두 LED는 창 밖을 각각 알렸지만, 여기서는 두 비교기가 모두 높은 창 안에서 AND 출력 하나를 높입니다. 아래 표의 H·L은 실제 전압값이 아니라, 선택한 비교기와 게이트의 출력·입력 논리 전압이 호환된다고 가정한 상태입니다.

정확히 2 V나 4 V에서는 입력 오프셋·잡음·응답 지연 때문에 어느 쪽 상태도 보증하지 않습니다. LM358처럼 오픈 컬렉터가 아닌 출력 두 개를 직접 묶지 말고, 선택한 게이트의 HIGH·LOW 입력 기준과 비교기의 실제 출력 전압을 맞춰야 합니다. 게이트 출력으로 LED를 켤 때에는 출력 전류와 LED 순방향 전압에 맞춰 제한 저항도 고릅니다. 입력을 각 경계의 위아래로 천천히 바꾸면서 기준 탭, 두 개별 출력, 최종 AND 출력을 함께 측정하십시오.

5 V 전원 레일(power rail, 부품에 전원을 공급하는 공통 전압 경로)을 감시한다면 4.5 V 아래와 5.5 V 위를 벗어난 상태로 표시하는 예를 생각할 수 있습니다. 이는 ±10%를 가정한 설명용 범위일 뿐 모든 5 V 부품의 허용 전압은 아닙니다. 대상 부품의 실제 허용 범위로 두 임계값을 다시 정하고, 감시할 레일과 함께 흔들리지 않는 기준을 마련하십시오. 기동 중 신호를 언제 유효하게 읽을지 정한 뒤 부하 쪽 전압과 두 비교기 출력을 측정합니다. 앞의 2/4 V 저항 네트워크를 이 4.5/5.5 V 감시에 그대로 재사용할 수는 없으며, 5.5 V가 선택한 비교기의 입력 허용 범위를 벗어난다면 감지 입력 분압과 기준을 다시 설계해야 합니다. 창 안 HIGH 신호가 필요한지, 범위 밖 경보 HIGH가 필요한지도 후단 논리에 맞춰 구분하십시오.

여러 전압 단계를 LED 막대로 보일 때는 내부 탭 수를 셉니다

배터리나 센서의 직류(DC, direct current) 전압을 숫자 대신 LED 막대(bar graph)의 길이로 보이려면, 입력이 서로 다른 임계값을 몇 개 넘었는지 표시해야 합니다. 같은 저항 R을 n개 직렬로 연결한 저항 래더(resistor ladder)를 안정된 기준 전압 VREF와 접지(GND, ground) 사이에 놓으면, 부하와 저항 오차가 없는 이상적인 경우 내부 분압점인 탭(tap)은 n−1개입니다. 여기서 n은 2 이상의 저항 개수이고, 접지에서 k번째 탭의 전압은 Vk=k×VREF/n (k=1, 2, …, n−1)입니다. 각 탭을 한 비교기의 반전 입력(−)에, 측정할 전압 VIN을 모든 비교기의 비반전 입력(+)에 넣으면 VIN이 임계값을 넘을 때마다 표시 단계가 하나씩 늘어납니다. 이 연결에서 필요한 비교기와 LED도 내부 탭과 같은 n−1개입니다.

예를 들어 저항 다섯 개와 VREF=5 V를 계산 편의상 가정하면 임계값은 1·2·3·4 V이고 LED는 네 개입니다. VIN=2.5 V에서는 1·2 V 임계값을 넘은 두 단계만 켜지는 방향입니다. 기준 전압을 측정 입력의 최대값 VIN_MAX와 같게 정해도 마지막 LED는 VIN_MAX에서 처음 켜지는 것이 아닙니다. 최상위 임계값 (n−1)×VREF/n을 넘은 시점에 이미 모두 켜집니다. 반면 첫 임계값 VREF/n보다 낮으면 모두 꺼집니다. 이 설명은 입력 극성과 LED 구동을 그 방향으로 설계한 이상적인 직류 표시이며, 임계값과 정확히 같은 전압에서의 상태는 보장하지 않습니다.

기준망을 측정 중인 VIN에 그대로 묶으면 입력과 임계값이 함께 움직여 절대 전압 단계가 표시되지 않습니다. 기준 전압은 사용 범위에서 유지되는 공급원으로 정하고, 비교기를 연결한 상태에서 실제 탭 전압을 재야 합니다. 저항 오차와 비교기 입력 전류도 임계값을 움직일 수 있습니다. VREF=VIN_MAX라는 숫자 관계만으로는 선택한 비교기의 입력 공통모드 범위(input common-mode range)와 전원 조건을 만족하는지 알 수 없습니다.

출력에서 제한 저항을 거쳐 LED를 접지로 잇는 배선은 출력이 LED 전류를 공급(source)할 수 있을 때에만 성립합니다. 뒤에서 설명하는 LM339처럼 오픈 컬렉터(open collector) 출력인 부품은 높은 전압을 직접 공급하지 못합니다. 그런 부품으로 LED를 전원에서 출력 쪽으로 연결해 전류를 끌어내린다면, VIN이 높아질수록 켜지는 방향이 되도록 비교기 입력 극성도 다시 정해야 합니다. 어느 쪽이든 실제 출력 전압·허용 전류와 LED 순방향 전압으로 제한 저항을 고르고, 모든 LED가 켜졌을 때의 전원 전류를 확인합니다.

입력을 각 임계값의 위아래로 천천히 올리고 내리며 실제 탭 전압·출력 전압·LED 전류와 켜진 개수를 기록합니다. 경계에서 LED가 반복 점멸하면 잡음과 기준 전압 흔들림을 확인하고, 필요하면 각 비교기에 히스테리시스를 설계한 뒤 상승·하강 전환점을 다시 측정합니다. 단순 저항 래더와 비교기만으로는 음향 신호의 크기를 재는 VU(Volume Unit) 계기가 완성되지 않습니다. 오디오의 크기를 표시하려면 정류(rectification)와 포락선(envelope) 또는 평균 검출을 거친 입력, 눈금·응답 시간의 기준을 별도로 정해야 합니다.

3 V 제너라고 적혀 있어도 3 V가 만들어지는지는 따져 봅니다

제너 다이오드(Zener diode)는 캐소드(cathode)를 높은 전압 쪽에, 애노드(anode)를 접지 쪽에 두고 역방향 전류를 흘려 기준 전압을 얻는 부품입니다. 배터리에서 직렬 저항을 거쳐 제너에 바이어스(bias) 전류를 보내며, 저항은 전류를 제한합니다. 바이어스 전류는 제너가 정해진 동작 영역에 들어가도록 미리 흘리는 전류입니다. 제너의 전압은 부품 모델과 전류, 온도에 따라 달라지므로 ‘3 V 제너’라는 이름만으로 모든 전류에서 정확히 3 V라고 판단하면 안 됩니다.

저항 전류를 I_R, 제너 양단 전압을 VZ라고 하겠습니다. 10 kΩ 저항과 3 V 제너를 사용한다고 가정하면, 출발 계산은 I_R≈(VBAT−VZ)/10 kΩ입니다. 앞의 가상 9–15 V 범위에 3 V를 대입하면 9 V에서 약 0.6 mA, 12 V에서 0.9 mA, 15 V에서 1.2 mA입니다. 3 V 제너 중에는 정격 전압 범위를 5 mA 시험 전류에서 규정하는 부품도 있습니다. 그런 부품을 0.6–1.2 mA에서 쓰면서도 같은 공차를 기대할 수는 없습니다. 선택한 부품의 해당 전류 영역을 확인하고, 필요하면 낮은 전류에서도 정확도를 규정한 기준전압 소자를 고릅니다. 저항을 무작정 낮추면 대기 전류와 손실이 늘어나므로 최소·최대 배터리 전압을 모두 계산합니다.

두 10 kΩ 가변저항은 배터리에 계속 연결돼 있다면 LED가 모두 꺼져도 전류를 소모합니다. 위 12 V 설명용 조건에서는 각각 1.2 mA, 두 개가 합쳐 2.4 mA입니다. 제너 저항 경로의 명목 0.9 mA까지 더하면 LM358 자체와 LED 전류를 제외하고도 약 3.3 mA입니다. 배터리를 오래 방치하는 장치라면 이 대기 소비 전류가 허용되는지 먼저 확인해야 합니다.

기준 전압을 만드는 방법은 목적에 따라 고릅니다. 단순 고정 분압기(fixed voltage divider)는 공급 쪽 저항 R1과 접지 쪽 저항 R2의 비율로 기준점을 만듭니다. 부하가 없을 때 VREF=VSUPPLY×R2/(R1+R2)이며 VSUPPLY는 분압기 위쪽 전압입니다. 가변저항의 와이퍼(wiper)는 가운데 움직이는 접점입니다. 두 방식 모두 저항 네트워크의 위쪽을 감시 배터리에 연결하면 기준도 배터리와 함께 움직입니다. 별도 배터리를 기준으로 쓰는 방법은 두 전원이 함께 변하지 않을 때 쓸 수 있지만, 별도 배터리의 소모·수명도 오차가 됩니다. 제너는 직렬 저항으로 바이어스 전류를 공급해야 하고, 최저 배터리 전압에서도 그 전류가 충분해야 합니다. 정밀도·대기 전류가 더 중요하다면 해당 조건에서 성능을 명시한 기준전압 소자나 전압 감시기를 비교합니다. 어느 방법이든 비교기 입력 전류와 다른 부하 때문에 실제 기준점이 움직이는지 측정해야 합니다.

LM358 입력과 LED 출력의 여유를 별도로 확인합니다

입력 공통모드 범위(input common-mode range)는 연산증폭기가 정해진 동작을 보장하는 입력 전압 영역입니다. LM358 계열은 입력이 접지 근처까지 내려갈 수 있지만 양의 전원 레일 가까이까지 항상 올라가지는 못합니다. 예를 들어 3 V 부근에서 두 입력이 교차하는 회로를 4.2 V짜리 단일 셀에서 동작시키려면, 전환점이 해당 LM358의 허용 입력 상한 안에 드는지 확인해야 합니다. 양의 전원보다 약 1.5 V 낮은 입력 상한을 갖는 부품이라면 4.2−1.5=2.7 V여서 3 V 전환점을 보장할 수 없습니다. 이는 그 단일 셀을 사용한다는 가정에서의 반례입니다. 실제로 사용할 정확한 부품 모델과 온도 범위, 배터리 최저 전압을 기준으로 판단해야 합니다.

LED가 비교기 출력에서 직렬 저항을 거쳐 접지로 연결되면, 출력이 높은 동안 부품이 LED 전류를 공급(source)해야 합니다. LM358의 높은 출력 전압 VOH는 배터리 전압과 같지 않으며 부하 전류가 커질수록 낮아질 수 있습니다. LED 순방향 전압을 VF, 직렬 저항을 RLED, LED 전류를 I_LED라고 하면 I_LED≈(VOH−VF)/RLED입니다. 680 Ω이라는 저항값만으로 5–10 mA를 약속할 수 없습니다. 배터리 최저 전압에서 각 색 LED의 실제 전압과 밝기, LM358의 높은 출력 전압 및 공급 전류 정격을 함께 확인합니다. 배터리가 더 내려가 LM358의 공급 조건을 벗어나면 적색 경고등도 꺼질 수 있습니다.

LED 가지에 필요한 전류를 계산할 때는 전원 전압 대신 부하를 연결한 상태의 출력 전압을 넣어야 합니다. 계산 예시로 VOH=5.00 V, VF=1.97 V, RLED=200 Ω라고 가정하면 I_LED≈(5.00−1.97)/200≈15.15 mA입니다. 이 값은 실제 비교기가 15.15 mA를 공급할 수 있다는 뜻이 아닙니다. 사용할 부품의 출력 전압과 공급 전류 정격, LED 정격을 확인하고 실제 회로에서 LED 가지 전류를 측정하십시오.

두 색 LED를 한 출력에 연결하면 꺼진 가지의 역전압도 계산합니다

한 출력 노드에 두 LED 가지를 반대 방향으로 연결해 번갈아 켜려면, 두 저항의 반대쪽이 각각 어느 전원에 이어지는지부터 표시합니다. 설명용으로 출력 노드가 높은 상태에서 +15 V, 낮은 상태에서 −15 V이고 켜진 LED의 순방향 전압이 약 2 V라고 가정하겠습니다. 높은 출력에서 녹색 LED와 600 Ω 저항을 거쳐 0 V로 흐르는 전류는 (15−2−0)/600≈21.7 mA입니다. 낮은 출력에서 별도 +2.84 V 전원으로부터 810 Ω 저항과 적색 LED를 거쳐 출력으로 들어가는 전류는 (2.84−2−(−15))/810≈19.6 mA입니다. 앞쪽은 출력이 전류를 공급하고 뒤쪽은 전류를 흡수(sink)하지만, 전원과 저항이 서로 달라 두 계산값만으로 출력의 공급 능력과 흡수 능력을 비교할 수 없습니다.

켜지지 않은 LED도 확인하십시오. 출력이 +15 V일 때 적색 LED의 애노드(anode)가 +2.84 V 근처이고 캐소드(cathode)가 출력에 이어지면 역방향으로 약 15−2.84=12.16 V가 요구됩니다. 출력이 −15 V일 때 녹색 LED의 애노드가 출력에, 캐소드가 0 V 쪽에 남으면 약 0−(−15)=15 V가 요구됩니다. 역방향 전압(reverse voltage)은 LED가 켜질 때와 반대 극성으로 양단에 걸리려는 전압입니다. 두 값은 꺼진 가지의 전류와 저항 전압 강하가 거의 없고 표시한 전원·출력 전압이 유지된다는 가정에서 나온 값이지 실제 LED가 견딘 전압이 아닙니다. 선택한 LED의 허용 역전압과 출력 소자의 높은·낮은 상태에서의 부하 전압·허용 전류를 부품 자료로 확인하십시오. LED가 역방향으로 항복하면 전류와 노드 전압부터 달라지므로 그림의 계산값으로 안전 여부를 단정할 수 없습니다. 오픈 컬렉터 출력에는 높은 쪽 LED를 출력이 직접 켠다는 가정을 그대로 적용하지 마십시오.

LM339 저전압 경보는 출력을 끌어내리는 전류를 계산합니다

앞 절의 LM358 표시 회로와 달리 LM339 계열 비교기의 출력은 오픈 컬렉터입니다. 한 개의 LM339으로 저전압 경보를 만들 때에는 배터리에서 저항을 거쳐 제너 기준을 만든 뒤 이를 반전 입력(−)에 넣고, 배터리 양단의 가변저항 와이퍼를 비반전 입력(+)에 넣을 수 있습니다. 와이퍼 비율을 α라고 할 때 α×VBAT이 실제로 유지되는 제너 전압 VZ보다 낮아지면 출력이 낮아집니다. 이때 배터리 양극에서 LED·제한 저항을 거쳐 출력으로 흐르는 전류를 LM339가 끌어내리므로 LED가 켜집니다. 비교기 출력에 높은 전압을 직접 공급하라고 요구하는 연결은 아닙니다.

그림에 6 V 제너와 1 kΩ 직렬 저항이 적혀 있더라도 어떤 배터리 범위에서나 6 V가 보장되지는 않습니다. 명목상 VBAT=12 V, VZ=6 V라면 저항 전류는 (12−6)/1 kΩ=6 mA이고, 5 kΩ 가변저항은 배터리 양단에서 12/5 kΩ=2.4 mA를 계속 소비합니다. 배터리가 9 V라면 제너 경로의 산술값은 3 mA이며, 이 전류에서 실제 제너가 필요한 기준 전압을 유지하는지는 부품 자료와 실측으로 확인해야 합니다. 배터리가 제너 전압 근처까지 내려가면 경로에 전류를 보낼 여유 자체가 없어집니다. 예상하는 경보 전압과 전원 종료 전압을 구분해 정해야 합니다.

LED 가지의 전류는 대략 (VBAT−VF−VOL)/RLED입니다. 여기서 VOL은 비교기가 켜져 전류를 끌어내릴 때 출력에 남는 전압입니다. 12 V, LED 전압 2 V, VOL=0.4 V를 계산 편의상 가정하고 그림의 1 kΩ을 쓰면 LED만 약 9.6 mA입니다. 부저(buzzer)까지 출력을 직접 공유하면 두 전류가 더해집니다. 선택한 LM339의 설계 지침이 출력 합계 5 mA 미만을 권장한다면, 이 예시에서는 부저를 빼도 권장 범위를 넘습니다. 실제 제품의 보증된 출력 싱크 전류와 VOL, LED 밝기, 부저의 동작·시동 전류를 먼저 확인합니다. 부저가 허용 전류보다 크면 비교기 출력은 논리 신호로만 쓰고 별도 구동 소자를 둡니다. 코일을 포함한 자기식 부저라면 구동 소자의 역기전력 처리도 따로 설계합니다. 아래 도해는 이 전류 경로를 구분한 설명도이지, 특정 부저에 바로 사용할 부품값 회로도는 아닙니다.

경보가 켜지는 쪽의 전압에서 LM339의 공급 범위, 두 입력의 공통모드 범위, 제너 전류와 출력 전류를 함께 확인합니다. 예를 들어 사용할 LM339 제품이 전 온도 입력 상한을 VCC−2 V로 규정한다면 6 V 기준 입력을 그 범위 안에 두려면 배터리 전압이 적어도 8 V여야 합니다. 이는 제너가 실제로 6 V를 유지한다는 별도 조건까지 만족한 경우의 입력 범위 계산일 뿐, 8 V까지 경보가 보장된다는 뜻은 아닙니다. 특히 부저가 켜질 때 배터리 전압이 잠시 더 내려가면 경보가 켜졌다 꺼지기를 반복할 수 있습니다. 실제 부저 부하를 연결한 상태에서 전압을 올리고 내리며 전환점을 각각 기록하고, 필요하면 계산한 히스테리시스를 추가한 뒤 다시 시험합니다.

경계에서 깜빡이지 않도록 상승·하강 시험을 나눕니다

히스테리시스(hysteresis)는 같은 비교기에서 전압이 올라갈 때와 내려갈 때의 전환점을 약간 다르게 두어, 경계의 잡음에 의한 반복 점멸을 줄이는 방식입니다. 하한과 상한을 서로 다르게 설정했다는 사실만으로 각 비교기에 히스테리시스가 생기지는 않습니다. 원래 분압기에 양의 피드백을 추가하면 두 전환점도 바뀌므로, 추가 후 다시 계산하고 측정해야 합니다. LM358을 비교 용도로 쓸 때는 출력이 한쪽 끝에 머물다 복귀하는 시간도 전용 비교기와 다를 수 있습니다. 빠른 보호 동작이나 정확한 지연 시간이 필요하면 전용 비교기·전압 감시기를 선정합니다.

1. 우선 이 회로가 표시만 하는지, 실제 부하 차단이나 충전 보호가 필요한지 구분합니다. LED나 부저가 켜지는 회로만으로 배터리 보호 기능이 완성되지는 않습니다.
2. 배터리의 최저·최고 전압과 원하는 하한·상한을 정한 뒤 α_L, α_H를 계산합니다. 가운데 구간에서 두 LED가 모두 꺼지는 동작이 의도한 것인지 결정합니다.
3. 그 전체 전압 구간에서 기준전압 소자의 최소 바이어스 전류와 최대 손실, 사용한 비교기의 입력·출력·공급 범위를 부품 자료와 대조합니다. LM339 출력을 합치거나 부저를 연결한다면 출력 형식과 각 부하 전류를 따로 계산합니다.
4. 전류 제한을 걸 수 있는 시험 전원으로 배터리 전압을 천천히 올리고 내리며 와이퍼 전압, 실제 기준 전압, 각 출력 전압, LED·부저 전류를 기록합니다. 경계 위아래에서 켜지고 꺼지는 전압을 따로 적고 실제 부하가 붙은 상태에서 반복 점멸이 있는지 확인합니다.
5. 최저 전압에서 경보가 실제로 보이거나 들리는지, 최고 전압에서 부품 손실과 전체 대기 전류가 허용되는지 확인합니다. 가변저항을 최종 조정한 뒤에는 와이퍼 위치가 흔들리거나 접촉 불량이 날 때의 경보 상태도 확인합니다.

표시가 예상과 다르면 LED부터 바꾸지 말고 먼저 기준 전압과 두 와이퍼 전압을 측정하십시오. 기준 자체가 움직이는 문제, 입력 범위를 벗어난 문제, 출력이 LED를 충분히 구동하지 못하는 문제를 분리하면 원인을 찾기 쉬워집니다.