전류 발생기란?
전류 발생기는 전자기기 등의 전기적 측정을 위해 일정한 정전류를 발생시키는 장치입니다.
제품으로는 전압전류 발생기로 출시되는 경우가 많습니다. 일정한 전류를 계속 흘려야 하기 때문에 부하 저항이 변해도 정전류를 흘릴 수 있도록 탑재된 연산 증폭기나 기준 전압 IC에 의해 전류의 크기를 제어합니다.
전류 발생기 중에는 큰 전류를 흘려 대규모 전기 설비의 측정 등을 할 수 있는 전류 발생기도 있습니다.
전류 발생기의 사용 용도
전류 발생기는 반도체 소자나 전자기기, 전자부품의 전기적 특성 평가 및 측정 등의 용도가 주를 이룹니다. 또한, 큰 전류를 발생시킬 수 있는 전류 발생기는 차단기 등의 차단 동작 확인, 퓨즈 용단 검사, 변전 설비 평가 등의 용도로도 사용됩니다.
전류계나 전압계가 장착된 제품이 많아, 높은 정밀도로 측정 대상의 전기적 특성을 측정할 수 있습니다. 장비 선정 시에는 대응하는 전압과 전류의 크기, 측정 정확도, 안전성 등 각종 사양을 꼼꼼히 따져봐야 합니다.
전류 발생기의 원리
전류 발생기의 원리는 부하의 임피던스 값에 의존하지 않는 정전류 발생 회로를 구성하기 위해 연산 증폭기와 기준 전압 회로에 의한 부귀환 회로를 활용하여 발생되는 전류 값을 기준 전압(Ref 전압)과 내부 저항값으로 결정한다는 점에 있습니다.
정전류를 발생시키기 위한 회로에서 많이 사용되는 것이 부귀환 회로에서 연산 증폭기의 입력 단자가 0V가 되는 가상 단락을 성립시키는 회로입니다. 가상 단락을 성립시키는 회로에는 보통 흡입형과 토출형이 있습니다.
1. 흡입형
흡입형은 외부에서 트랜지스터에 전류를 흡입하도록 정전류 발생 회로에 전류를 흘려보내고, 연산 증폭기와 접지를 이용하여 가상 단락 회로를 만드는 방식입니다.
2. 토출형
토출형은 전류 발생기 회로에서 트랜지스터를 이용하여 증폭시켜 토출하도록 외부로 전류를 흘려보내어 가상 단락을 성립시키는 방식입니다.
모두 연산 증폭기에 인가되는 Ref 전압을 내부 저항으로 나눈 값으로 전류값이 결정되기 때문에 부하 임피던스에 의존하지 않고 전류값은 저항으로 그 값을 조절할 수 있습니다.
전류발생기의 기타 정보
1. 전류발생기와 계장 설비
계장설비 분야에서 표준적으로 사용되는 4-20mA 및 1-5V는 아날로그 신호의 일종으로 센서(변환기)의 출력 신호 또는 조절기, 시퀀서 등의 제어 신호로 폭넓게 사용되고 있습니다.
예를 들어, 밸브의 개도를 예로 들면, 개도계의 출력 신호는 다음과 같습니다.
- 밸브 개도 0%: 4mA 또는 1V
- 밸브 개도 100%: 20mA 또는 5V
즉, 계측값이 0일 때 4mA 또는 1V를 출력하고 계측값이 100일 때 20mA 또는 5V를 출력한다는 뜻입니다. 신호의 표준화 및 통일을 통해 계측 기기 간 신호 전달이 가능합니다.
계측값이 0일 때 4mA를 출력하게 하는 이유는 전선이 끊어졌는지 여부를 판단하기 위함입니다. 즉, 4mA의 전류가 흐르면서 0을 지시하는 것인지, 아니면 전선이 중간에 끊어져 0을 지시하는 것인지 판단하기 위함입니다. 광각형 지시계에서는 4mA에서 0을 나타내며, 단선되어 전류가 흐르지 않는 경우 0 이하를 나타내도록 만들어져 있습니다.
2. 계장설비 평가 시 노이즈 대책
전압으로 신호를 보내면 전압 강하가 발생하여 측정 오차의 요인이 되지만, 전류로 신호를 보내면 전압 강하가 발생하지 않기 때문에 장거리 전송에 적합합니다.
그 외 다른 계측기기의 입력이 1-5V인 경우 250옴의 저항을 삽입하면 쉽게 전압 신호로 변환할 수 있는 것이 전류 신호의 특징입니다. 반대로 단점으로는 노이즈의 영향을 받기 쉬워 측정값에 오차가 발생할 수 있습니다.
노이즈 대책으로는 차폐 케이블 사용, 노이즈 필터 설치, 접지 방법 등을 고려하여 노이즈의 영향을 최소화하는 것이 효과적입니다. 또한, 4-20mA의 신호로 루프 회로를 형성하고 있는 경우, 단선되면 루프 전체에 영향을 미친다는 점을 들 수 있습니다. 이는 직렬 회로이기 때문입니다. 아이솔레이터를 사용하는 것도 한 가지 방법입니다.