션트(shunt)로 전류를 측정할 때는 전류 배선과 전압 측정 배선을 분리합니다

먼저 알아둘 용어

션트(shunt)·켈빈 연결(Kelvin connection) — 션트는 작은 저항의 전압 강하로 전류를 읽는 저항입니다. 켈빈 연결은 큰 전류가 흐르는 경로와 전압 감지 경로를 분리하여 배선·접촉 저항의 오차를 줄이는 방법입니다.

Rsh·Vsh·단위 — Rsh는 션트 저항, Vsh는 션트 양단 감지 전압이며 전류는 Vsh/Rsh입니다. mΩ은 0.001 Ω, mV는 0.001 V입니다.

저측(low-side)·고측(high-side)·공통모드(common mode) — 저측 션트는 부하의 리턴 쪽, 고측 션트는 전원 공급 쪽에 놓습니다. 공통모드는 두 감지 입력의 공통 기준 전압으로, 고측에서는 증폭기가 버스(bus) 전압을 허용해야 합니다.

작동 원리

션트 전압이 작을수록 패턴·납땜·접촉 저항의 전압 강하가 큰 오차가 됩니다. 굵은 전류 경로와 저항 양단을 읽는 감지선을 분리하되 감지선에도 부하 전류가 흐르는 공통 구간이 남지 않게 합니다.

션트 자체도 측정할 회로를 바꿉니다. 계산 예로 이상적인 5 V 전원에 1 Ω 션트와 1 Ω 부하를 직렬 연결하면 전류는 2.5 A, 부하 전압은 2.5 V이며 션트 손실은 6.25 W입니다. 원래 부하에 5 V를 인가한 상태를 그대로 측정한 결과가 아닙니다.

적용 순서

1. 허용할 전압 손실부터 정해 Rsh≤허용 전압 손실/최대 전류를 계산합니다. 10 A에서 75 mV라면 7.5 mΩ 이하이며, 7.5 mΩ을 선택했을 때 그 전류의 손실은 I²Rsh=0.75 W입니다. 실제 정격은 온도·과도 전류·실장 조건을 함께 검토합니다.

2. 감지선은 전류 패턴의 임의 지점이 아니라 션트의 지정 감지 지점에 붙입니다. 두 선을 함께 짧게 보내고 큰 전류가 감지 경로를 공유하지 않게 합니다.

3. 부하가 연결된 실제 상태에서 션트 양단 전압과 부하 양단 전압을 함께 잽니다. 전류는 Vsh/Rsh로 환산합니다.

4. 정상 온도에 도달한 뒤 값을 다시 비교합니다. 필요하면 부하 전류를 독립적인 계기로 확인하고 영점·이득 오차를 분리합니다.

적용 조건과 한계

저항 정격이 2 W라고 해서 0.75 W를 소모할 때의 온도가 정해지는 것은 아닙니다. 실장·주변 온도·과도 전류를 확인합니다. 저측 션트에는 전압 강하가 생겨 부하의 GND(Ground) 전위가 전원 접지보다 높아지며, 우회 귀로가 있으면 그 전류를 놓칩니다. 고측은 증폭기의 공통모드 범위가 버스 전압을 견뎌야 합니다.

확인과 기록

아래는 5 V 전원, 1 Ω 션트와 저항 부하를 직렬 연결한 이상적인 계산 예입니다. 전원 전압=부하 전압+션트 전압인지 각 상태에서 검산합니다.

켈빈 연결은 배선 오차를 줄이지만 션트가 만드는 부하 효과까지 없애지는 않습니다. 실제 회로에서는 전원 내부 저항과 배선 손실도 포함하여 비교합니다.

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