먼저 알아둘 용어
Hall 센서: 전류가 만든 자기장을 Hall 효과로 읽는 센서입니다. 이 글에서 다루는 방식은 직류와 교류를 측정할 수 있지만 영점·감도·대역을 제품별로 확인해야 합니다.
CT: 변류기(Current Transformer)입니다. 자기 결합으로 1차 전류에 대응하는 2차 전류를 얻습니다. 일정한 직류를 계속 측정하는 용도로는 쓸 수 없습니다.
부담 저항: 변류기의 2차 전류를 전압으로 바꾸는 저항입니다. 측정 회로의 일부이며, 1차 전류가 흐르는 변류기의 2차측을 임의로 열어 두면 위험할 수 있습니다.
Rogowski 코일과 적분기: Rogowski 코일은 전류의 변화율에 대응하는 전압을 출력합니다. 그 출력에서 전류 파형을 얻으려면 시간에 따라 누적하는 적분 처리가 필요합니다.
Hall 방식은 자계로 전류를 관측합니다
Allegro ACS712에서는 내부 도체에 흐르는 전류가 만든 자계를 Hall 회로가 전압으로 변환합니다. 지정 범위에서 Vout ≈ Vzero + S·I로 읽되 영점과 감도 S는 실제 형번·전원·온도에 맞춰 확인합니다. 전류 방향에 따라 영점 기준 출력이 달라지고 AC·DC를 모두 관측할 수 있습니다.
부품의 절연 시험값을 모듈 전체에서 허용되는 사용 전압으로 볼 수는 없습니다. PCB 간격·접속·환경, 측정 전류·발열·대역과 교정은 따로 따져야 할 조건입니다. ADC 범위를 넘는 출력이나 외부 자계·영점 오차도 확인합니다.
변류기는 2차 전류를 부담 저항에서 전압으로 바꿉니다
이상적인 변류기에서 Is ≈ IpNp/Ns이고 부담 저항 Rb의 전압은 Vb = IsRb입니다. 전류비 Ip:Is = 1000:1을 가정하면 1차 10 A RMS에서 2차 10 mA RMS입니다. Rb = 100 Ω을 가정할 때 1 V RMS이며 정현파 피크는 약 1.414 V입니다. 이는 이상적인 산술 예시일 뿐, 실제 센서와 ADC에 허용되는 조합이라는 뜻은 아닙니다.
권선 저항·여자 전류·부담·주파수·포화와 위상 오차를 확인합니다. 일반 변류기는 일정한 DC를 그대로 측정하는 센서가 아닙니다. Schneider의 CT 안전 설명처럼 1차 전류가 흐르는 전류 출력형 CT의 2차를 개방하면 위험한 전압이 생길 수 있습니다. 작업은 무전압 확인과 해당 장치의 자격·제조사 절차를 따라야 하며, 이 계산을 활선 결선 지침으로 쓰면 안 됩니다.
Rogowski 출력은 적분 전에는 전류 변화율입니다
Rogowski 코일의 유도 전압은 극성 기준에 따라 v = ±M·di/dt로 표현합니다. 따라서 센서 전압만 읽으면 전류 자체가 아니라 그 변화율을 보는 것입니다. 적분기를 거쳐 전류에 비례하는 신호를 얻으며 일정한 DC 성분은 복원할 수 없습니다.
적분기의 하한·상한 대역, 오프셋·드리프트·포화와 코일의 위치·결합 계수를 함께 교정합니다. 코일이 공심이라고 해서 후단 회로나 출력의 범위까지 무제한인 것은 아닙니다. TI의 전류 감지 방식 비교를 참고하되 서로 다른 센서의 정확도·절연·정격을 한 숫자로 일반화하지 않습니다.
검증 범위
신호 변환과 이상적 계산을 설명했습니다. 실제 센서·부담·ADC를 연결한 전류 시험이나 절연 시험을 수행한 결과가 아닙니다. 션트의 Kelvin 전압 감지와도 변환 원리가 다릅니다.