고전압 탐침이란?
고전압 프로브는 높은 전압을 측정할 수 있는 수동형 프로브입니다.
수백V가 넘는 고전압 측정에서는 표준 전압 프로브를 사용하면 파손되어 측정이 불가능합니다. 범용 프로브는 고주파, 고전압 대응이 어렵다. 반면, 고전압 프로브는 수천~수만V의 높은 전압까지 측정할 수 있는 고전압 전용 수동형 프로브입니다.
고전압 프로브는 오실로스코프나 전용 계측기에 연결하여 전압 파형을 측정하는 경우 등에 사용된다. 고주파의 큰 전압을 측정하면 프로브가 빠르게 발열하므로 화상이나 감전사고에 주의해야 한다.
고전압 프로브의 사용 용도
고전압 프로브는 수백V 이상의 고전압 파형 측정용이며, IGBT(절연 게이트형 바이폴라 트랜지스터) 등의 파워 디바이스를 사용하는 모터 드라이버, 스위칭 전원, 인버터, 컨버터 등의 신호 측정에 많이 사용된다.
또한, 직류 회로 등 고전압 부하가 예상되는 경우에 많이 사용되며, 브라운관의 애노드 전압 측정용도 그 중 하나이다. 계통을 차단하지 않고도 메가솔라 등 태양광 발전 설비의 안전 점검, 하이브리드 자동차나 전기자동차에 사용되는 고전압 전기 시스템 측정 등의 용도도 있다.
프로브를 선택할 때 주파수 대역, 입력 저항, 입력 용량, 작동 전압 범위 및 해당 오실로스코프 모델 등을 고려해야 한다.
고전압 프로브의 원리
고전압 프로브는 오실로스코프 등 계측기의 내부 저항과 프로브의 배율 저항의 비율로 나누어 고전압을 측정하는 방식입니다. 고전압을 측정할 때는 100:1 또는 1,000:1과 같은 감쇠비를 가진 고전압 프로브를 사용한다.
프로브를 사용하여 테스트 포인트, 즉 신호 소스와 오실로스코프를 물리적, 전기적으로 연결합니다. 또한 전압 프로브의 최대 허용 전압은 주파수가 높아질수록 감소하는 특성이 있으므로 정격 확인이 필요합니다.
구체적으로 입력 단자와 오실로스코프 입력부 사이에 프로브가 설치되어 있으며, 이를 통과하는 파형을 측정합니다. 고주파 신호를 측정할 때는 입력 커패시턴스가 부하가 되어 신호에 영향을 주지만, 감쇠비가 높은 프로브를 통해 연결하면 보다 정확한 파형을 측정할 수 있습니다.
고전압 프로브의 구조
고전압 프로브 중에서도 측정하는 전압 범위에 따라 구조가 다릅니다. 오실로스코프 업체에서 판매하는 DC25KV 정도의 제품은 일반 프로브와 마찬가지로 손으로 들고 다룰 수 있습니다.
고전압 프로브의 구성은 프로브 본체와 매칭 박스, 그리고 이를 연결하는 케이블로 이루어져 있다. 프로브 내부에 절연 오일이나 가스를 채워 내전압 성능을 높이는 구조로 되어 있습니다. 프로브 본체의 입력 저항은 감쇠기의 감쇠량에 따라 다르지만 100~1,500MΩ 정도의 큰 값을 사용합니다.
매칭 박스는 위상 보상을 하는 것으로, 감쇠기의 감쇠량이 크고 긴 케이블을 사용하기 때문에 조정 절차가 일반 수동형 프로브보다 복잡합니다. 고전압 프로브 제조업체가 조정하여 출하하고 사용자가 조정하는 것을 금지하는 경우도 있습니다.
고전압 프로브의 기타 정보
1. 고전압 프로브의 안전 대책
고전압 프로브는 고전압을 다루기 때문에 여러 가지 안전 조치가 취해집니다.
피측정계가 고전압이기 때문에 멀리 떨어진 곳에서 측정할 수 있도록 케이블은 긴 것(3m에서 10m 정도)이 준비되어 있습니다.
손으로 들고 조작하는 것을 전제로 한 프로브에서는 인체에 방전되는 것을 방지하기 위해 큰 가드 링이 설치되어 있습니다. 또한, 고정식 프로브 본체에는 프로브 자체를 접지할 수 있는 단자가 있습니다.
취급 주의도 중요합니다. 예를 들어, 고주파 전압을 측정하는 경우, 고주파가 높을수록 프로브의 허용 전압이 낮아지므로 제조업체의 특성도를 잘 파악해야 합니다. 또한, 프로브의 접지 단자가 분리되면 입력 단자나 케이스에 고전압이 가해져 위험합니다.
2. 절연 프로브
절연 프로브는 프로브만을 플로팅 상태로 만든 것을 말합니다. 오실로스코프 본체와 전기적으로 절연되어 있습니다.
프로브를 절연시키는 방법은 변압기를 사용하여 프로브의 끝부분과 오실로스코프를 분리하는 방법과 프로브 끝부분에서 받은 전기 신호를 광전변환하여 광섬유로 전송하고 수신기 측에서 원래의 신호로 되돌려주는 방법이 있습니다. 어느 쪽도 프로브와 오실로스코프 사이에 전기적 통로는 없고 서로 절연된 상태이지만, 프로브가 감지한 신호는 오실로스코프 측으로 전달됩니다.
이러한 구성으로 인해 오실로스코프 본체가 적절히 접지된 상태에서도 절연 프로브의 칩과 접지 리드 사이에 가해지는 피측정 회로의 신호에는 영향을 미치지 않습니다. 따라서 측정 대상 회로에 매우 높은 공통 모드 전압이 걸려 있는 경우에도 절연 프로브를 이용하면 칩과 접지 리드 사이의 차동 전압만 측정할 수 있습니다.