전류란?
위키백과에서 말하길 "전류(電流, electric current)는 전하의 흐름으로, 단위 시간 동안에 흐른 전하의 양으로 정의된다. 전하의 흐름은 전선과 같은 도체, 전해질의 특성을 갖는 이온, 플라스마 등에서 일어난다.
전류의 SI 단위는 암페어로 1 암페어는 1 초 당 1 쿨롱의 전하가 흐르는 것을 뜻한다. 암페어는 기호 A로 표기한다."
그렇다고 한다, 쉽게 말해서 그냥 전기(전하)가 흐르는것을 말한다.
전류를 측정하는 이유는?
전류를 측정하는 이유는 다양하다..
전압만으로는 제어가 상황도 있고, 저항에 따라 전류가 바뀌기 때문에 전압을 재는것만으로는 부족한 상황이 많다.
예시로는 모터와 히터 등이 있을것이다.
둘 다 작동하면서 온도가 변하는 소자들이고, 만약 온도가 달라져 저항치가 바뀌었는데, 같은 전압을 공급한다면, 무언가 의도치 않은 동작을 할것이 예상되니까.
그래서 우리는 전류를 측정할 필요가 있다.
그거 어떻게 하는데?
직렬과 병렬
전압은 측정하고자 하는 대상물의 양단을 측정하여 알 수 있다.
초등학교 과학시간에 배우길 전압계는 병렬로 연결하고, 전류계는 직렬로 연결하라고 했다.
헷갈리니까 사진으로 보자.
위 사진에서 전구 양단에 걸리는 전압을 재고싶다면, 전압계를 아래처럼 연결하면 된다.
전압계는 내부저항이 매우 크기때문에(~10Mohm), 사진처럼 직렬로 연결해야 원하는 결과값을 얻을 수 있다.
반대로 전류계는 내부저항이 0에 수렴하기때문에, 아래 사진처럼 연결해야한다.
그럼 전류계는 어떻게 만들어지나 ?
별거 없다카더라, 전압계에 저항을 하나 더 쓰면 된다.
이렇게.. !
이왜진?
저항에 전류가 흐르면 전압강하가 발생하게 되고, 그 전압강하를 측정하는 원리입니다.
언뜻보면 별거 없지만, 상당히 신경쓸께 많더라고요..
위의 회로에서 전압계와 병렬로 연결된 저항을 "션트저항" 이라고 부르며, 일반적으로 1옴 미만의 작은 값들을 가지게 됩니다.
션트저항
어떻게 써야 할까?
연결은 별거 없다. 위 사진처럼 연결하면 되고, 저 사진보다 조금 성의 있는 레퍼런스는 Ti 사의 회로를 참고하였다.
사진에서 Rs 가 션트저항이다.
계산법
어떻게 쓰는지는 대충보면 삼척동자도 알것 같으니, 계산을 해보자.
철수는 Max 100A 가 흐르는 RC카 회로의 전류를 측정하고 싶어한다.
우리가 고려해야할 요소는 크게 3가지이다.
- 션트저항의 값
- 션트저항의 용량
가격
저항의 오차율과 TCR 등 나머지 요소도 중요하지만, 측정 정확도 개선을 위해 필요한 부분이라고 생각하니 추후에 다시 언급하도록 하겠다.
저항값과 용량은 땔래야 땔수 없는 관계다 아래 계산을 통해 왜 그런지 알아보자.
V=IR & P=VI 두가지 공식만 알면 계산할 수 있다.
만약 션트저항의 값이 1옴이라면 ? V = I(100) R(1) = 100(V) 가 될것이다.
여기서 저항의 용량을 구하려면? P=VI == P=I^2R 이기 때문에 P = 10000(V^2) 1(R) = 10000W 의 저항이 필요하다.
10Kw 짜리 저항이라.. 이거 달면 RC카도 달리다 멈출것 같은 예감인데..
그럼 저항값을 조금 많이 줄여보자
계산하기 귀찮으니 엑셀 시트를 참고..
저항값을 1/100 했더니, 저항의 용량도 비례해서 줄어드는것을 확인할 수 있다.
우리는 이부분에서 적당한 지점을 찾아야한다.
저항값이 낮아지면 용량도 줄어들지만, 출력전압도 낮아지고, 일정 수준이상으로 낮아진다면 가격은 올라갈것이다.
한가지 더 신경써야 할 부분은 저항값에 따른 출력 전압이다.
부피가 작지만, 대전류가 흘러야 할곳에 너무 적은 저항값을 달면 주변의 노이즈 때문에 올바른 측정이 이루어지지 않을 수 있다.
결론
- 전류를 측정할때는 션트저항으로
- 션트저항의 값과 용량을 잘 계산해서 쓸것
- 너무 적은 저항값은 저항의 용량은 줄여주지만, 측정오차가 늘어날 수 있다.
