먼저 알아둘 용어
저측(low-side) 션트(shunt)·양방향 전류 — 저측 션트는 부하 리턴 쪽의 감지 저항입니다. 양방향 전류는 정한 기준 방향의 양·음 전류를 모두 뜻하므로 출력 영점을 전원 중간으로 옮겨 읽을 수 있습니다.
Vref·Vzero·Rsh·G — Vref는 설계 기준 전압, Vzero는 실제 0 A에서 측정한 출력입니다. Rsh는 션트 저항, G는 차동(differential) 증폭 이득이며 Vo는 출력 전압입니다.
켈빈 감지(Kelvin sensing)·저항비 매칭 — 켈빈 감지는 전류가 흐르는 배선과 지정 감지점에서 나온 전압선을 분리하는 방식입니다. 저항비 매칭은 차동 회로 양쪽의 대응 저항 비율을 맞춰 공통 전압의 오차 유입을 줄이는 조건입니다.
작동 원리
출력에 기준을 더하면 음의 전류도 ADC(Analog-to-Digital Converter)의 양전압 범위 안에서 읽을 수 있습니다. 매칭된 차동 저항망의 이상적인 관계는 Vo=Vref+I×Rsh×G입니다. I의 양의 방향은 두 감지 입력의 극성으로 정합니다.
감지선은 션트의 지정 지점에서 두 선으로 따로 인출하고 큰 부하 전류가 감지 배선에 함께 흐르지 않게 합니다. 기준 전압은 피드백(feedback) 저항망이 부하를 걸어도 의도한 값이 유지되도록 낮은 임피던스(impedance)로 공급합니다.
적용 순서
- 0 A에서 1.65 V를 기준으로 두고 ADC의 선형 범위 안에서 양쪽 여유를 배분합니다.
- Rsh=0.1 Ω, 입력 저항 1.3 kΩ, 대응 피드백 저항 20 kΩ을 사용한 매칭 차동망의 이득은 20/1.3≈15.385입니다. Vref=1.65 V라면 −1 A에서 약 0.112 V, 0 A에서 1.65 V, +1 A에서 약 3.188 V입니다. 계산 목표 0.1·3.2 V와 표준값 결과가 정확히 같은 것은 아닙니다.
- 증폭기 두 입력에 동일 비율의 저항을 사용하고 기준을 낮은 임피던스로 공급합니다. 저항비 오차와 기준 변화가 출력에 어떻게 나타나는지 확인합니다.
- 0 A, 양의 알려진 전류, 음의 알려진 전류로 영점과 기울기를 측정합니다. ADC 코드를 실제 전압 Vo로 바꾼 뒤 I=(Vo−Vzero)/(G×Rsh)로 환산하며 극성 정의를 고정합니다. 영점 보정 전에는 전류가 다른 경로로 흐르고 있지 않은지도 확인합니다.
적용 조건과 한계
저측 측정에서는 부하 GND(Ground)와 전원 접지 사이에 션트 양단 전압만큼의 전위차가 생깁니다. 다른 접지 경로가 있으면 일부 전류를 놓칩니다. 음전류 때 원시 감지 노드(node)가 GND 아래로 내려갈 수 있으므로 저항망을 거친 실제 증폭기 입력 전압이 해당 부품의 허용 공통모드(common mode)·단자 범위 안인지 확인합니다.
확인과 기록
양·음 방향에서 같은 크기의 오차가 있는지 봅니다. 영점이 함께 움직이면 기준·오프셋(offset)을, 크기에 비례하면 션트·이득을 먼저 조사합니다. 전류가 흐르지 않는 시작 상태에서 영점을 잡고 온도 변화도 기록합니다.
작업 순서를 다시 확인합니다
