전자 부하란?
전자부하란 피시험장치에 연결되어 부하저항으로 기능하는 장치입니다.
기존에는 저항을 연결하여 피시험장치의 부하로 사용했지만, 저항값을 변경할 때마다 저항을 교체해야 하는 번거로움이 있었습니다. 전자부하의 장점은 부하의 크기를 임의로 설정할 수 있다는 점입니다.
외부 컨트롤러를 이용하면 빠른 속도로 부하 설정을 전환할 수도 있습니다. 또한, 정전류 모드로 피시험 장치에서 일정한 전류를 흘려보내는 기능이나 정전압 모드로 피시험 장치의 출력 전압을 일정하게 유지하는 기능 등이 있어 다양한 측정이나 시험에 대응할 수 있습니다.
전자부하의 사용 용도
전자부하는 전자회로, 전원장치, 배터리 등의 성능 평가 시험 및 제품 검사에 사용됩니다. 구체적으로 다음과 같은 용도가 있습니다.
- 전자회로의 부하 구동 능력
- 전원의 부하 특성 시험
- 배터리의 충전/방전 시험
또한, 외부 컨트롤러에 의한 제어가 가능하기 때문에 부하 조건을 목적에 맞게 변경하는 등 시험의 자동화에도 대응합니다.
전자 부하의 기능
전자 부하는 바이폴라 트랜지스터나 FET 등으로 구성된 증폭기를 내장하고, 여기에 끌어들이는 전류(부하 전류)를 제어하는 것입니다. 특징적인 기능은 다음과 같습니다.
1. 전력 소비 및 변환 방식
전력의 소비-변환 방식은 전자부하의 종류에 따라 다릅니다.
- 열변환형 전자부하
전자 부하 내에서 소비되는 전력은 증폭기를 구성하는 반도체 소자에 의해 열로 변환됩니다. 이는 겉보기에는 저항에 전류를 흘린 것과 같은 효과이지만, 반도체 소자가 발열하기 때문에 방열 메커니즘이 필요합니다. - 전력 회생형 전자 부하
전자 부하에 입력된 전력을 인버터에 의해 교류로 변환하는 것입니다. 변환된 전류는 다시 배전선망으로 환원되기 때문에 소비전력이 적고, 방열도 비교적 간단한 구조로 이루어집니다. 그러나 회생한 전력 에너지를 전력계통으로 되돌려주기 때문에 계통연계 동작이 가능한 환경으로 제한됩니다.
2. 전자 부하의 작동 모드
일반적으로 전자부하는 다음과 같은 4가지 모드를 갖추고 있으며, 시험 목적에 따라 가장 적합한 모드를 선택합니다.
- 정전류 (Constant Current) 모드
이 모드에서는 전자부하의 입력 전압에 관계없이 설정한 정전류가 흐르도록 동작합니다. 피시험 장치의 출력 전압이 변동하더라도 부하 전류가 일정하게 유지되도록 전자부하가 대응합니다. - 정저항 (Constant Resister) 모드
이 모드에서는 고정 저항처럼 설정된 저항값을 일정하게 유지합니다. 전원 인가 직후의 과도기를 제외하고 설정한 저항값을 유지하는 것이 특징입니다. 입력 전압에 대해 부하 전류가 선형적으로 변화하기 때문에 배터리 및 배터리 용량 테스트, 전자기기 시동 테스트 등에 사용됩니다. - 정전압 (Constant Voltage) 모드
이 모드에서는 피시험 장치의 출력 전압을 일정하게 유지합니다. 시험 대상 장치의 출력 전압이 변동하면 전자 부하는 부하 전류를 변화시켜 출력 전압을 일정하게 유지합니다. 그 결과, 부하 전류는 변동하지만 테스트 대상 장치의 출력 전압은 일정하게 유지됩니다.연료 전지, 배터리 충전기 등의 테스트에 자주 사용됩니다. 배터리 충전기 테스트에서는 복잡한 배터리의 전압 거동을 전자 부하로 재현하여 테스트할 수도 있습니다.
- 정전력(Constant Power) 모드
이 모드에서 전자 부하는 설정된 전력을 소비하도록 작동합니다. 먼저 테스트 대상 장치의 전압을 측정하고, 그 전압과 설정된 전력 값에서 전류 값을 계산하여 전류를 끌어들인다.
전자 부하를 선택하는 방법
전원장치나 배터리 등 전력원의 개발 및 생산에 있어 각 장치의 성능시험을 할 때 전자부하는 필수적입니다. 전자부하 장치 선정 시 주의할 점은 다음과 같습니다.
1. 전력 용량과 내전압
시험 대상 장치가 전원인 경우, 그 최대 출력 전력까지 커버할 수 있는 전력 용량을 갖춘 것이 원칙입니다. 또한, 내전압의 규격은 실제로 가해질 수 있는 전압 이상이어야 합니다.
2. 전자 부하 장치가 대응할 수 있는 최소 전압
전자 부하는 일반적으로 저전압 영역에서 사용하기가 어렵고, 전자 부하가 대응할 수 있는 최소 전압을 최소 작동 전압이라고 합니다. 앞서 언급했듯이 전자부하는 바이폴라 트랜지스터나 FET 등으로 구성된 증폭기에 흐르는 전류를 제어하는 것입니다. 따라서 해당 증폭기가 동작하는 전압보다 낮으면 전자부하가 제대로 동작하지 않습니다.
그 결과, 특정 전압을 경계로 그보다 낮은 전압에서는 전류를 끌어당길 수 없게 됩니다. 즉, 전자부하 양단의 전압이 최소 동작 전압보다 낮으면 작동하지 않습니다.
3. 주변 온도 및 시간
전자부하에는 최대 부하를 보장하는 주변 온도 사양에 주의를 기울여야 합니다. 특히 열변환식 전자 부하는 자체 발열로 인해 주변 온도가 상승하기 때문에 고온에서의 사용에 제한이 있다는 점을 고려해야 합니다.
또한, 최대 부하를 유지할 수 있는 시간이 제한되어 있는 경우도 있으므로 사전에 카탈로그나 사양서에 기재된 내용을 확인해야 합니다.