전류 센서란?
전류 센서는 회로에 흐르는 전류를 측정하는 장치입니다.
전류 센서는 전류 회로 내부에 내장하기 때문에 회로를 차단해야 하거나 위험을 수반하지만, 회로의 일부 전선 부분을 외부에서 클램핑하여 전류를 측정할 수 있는 타입도 있습니다.
전류 센서의 사용 용도
전류 센서는 특정 회로에 흐르는 전류 값을 알고 싶을 때 사용됩니다. 상시적으로 회로에 흐르는 전류 값을 측정하고 기록하고자 하는 경우에는 회로에 직접 내장하는 타입의 전류 센서를 사용하는 경우가 많습니다. 이 경우 가동 중인 장비의 자가 보전을 위한 정보로 사용됩니다.
반면, 전기공사 작업 시 통전 사전 및 사후 확인이나 전기 회로 고장 시 원인 조사를 위한 통전부 확인 등 비정상의 경우 회로를 외부에서 클램프하는 타입의 전류 센서가 유용합니다.
전류 센서의 원리
회로에 직접 연결되는 전류 센서는 저항의 역할을 하며, 회로에 인가된 전압에서 실제 흐르는 전류 값을 측정합니다. 클램프형 전류 센서는 회로에 직접 연결하지 않기 때문에 회로에 흐르는 전류를 실측할 수 없습니다. 그래서 회로의 전선에 흐르는 전류에서 발생하는 자기장을 측정하여 전류 환산값으로 출력하고 있습니다.
구체적으로 클램프 부분에는 자기 코어가 있어 이 부분에서 자기장을 감지하여 전류 값으로 변환하는데, 교류와 직류는 자기장의 극성이 다르기 때문에 관측을 위한 원리도 다릅니다. 다양한 측정 방식 중 직류와 교류 모두 감지할 수 있는 방식으로는 홀소자 방식이 있습니다.
이 방식은 자기 코어 내에 홀 소자를 내장하여 피측정 회로에 발생하는 자기장을 전압으로 측정하고, 내장된 앰프를 통해 전류 값으로 변환합니다.
전류 센서 선택 방법
전류 센서에는 전류 회로에는 직류 회로와 교류 회로가 있습니다. 측정하고자 하는 회로의 전류 성분과 측정하고자 하는 정밀도에 따라 적절한 전류 센서를 선정하는 것이 중요합니다.
일반적으로 큰 정밀도를 필요로 하지 않는 경우라면 직류와 교류 모두 대응할 수 있는 홀소자식을 선택하지만, 회로의 설치 위치 등 경우에 따라서는 제대로 클램핑이 되지 않을 수도 있습니다.
교류의 경우 코어가 없는 로고스키 방식의 전류 센서를 선정하면 클램프부를 구부리면서 측정이 가능합니다.
전류 센서의 기타 정보
1. 전류 센서의 검출 방법
전류 센서는 검출 방법의 특징에 따라 용도가 달라집니다. 전류 검출 방법은 크게 저항 검출형과 자기장 검출형 두 가지로 분류할 수 있습니다.
저항 검출형
저항 검출형은 측정하고자 하는 전류가 흐르는 부분에 션트 저항이라는 저항을 넣어 전류를 검출합니다. 옴의 법칙에 따라 저항에 전류를 흘리면 전압 강하가 발생합니다.
이 전압값을 측정하여 저항값으로 나누면 전류를 측정할 수 있습니다. 회로 설계에 따라 다르지만, 회로상의 동작에 영향을 주지 않도록 션트 저항의 저항값은 작은 저항값을 선택하는 것이 일반적입니다.
그러나 큰 전류를 측정하는 경우 저항값의 발열과 내압이 문제가 됩니다. 전압 강하가 작은 경우에는 전류 감지 증폭기를 사용하여 검출하는 전압을 증폭시켜야 합니다.
자기장 검출형
자기장 검출형은 흐르는 전류가 만드는 자기장을 측정하는 방식입니다. 암페어의 법칙에 따라 전류를 흘리면 전류 방향을 오른쪽 나사의 진행방향으로 했을 때 오른쪽 나사가 돌아가는 방향으로 자기장이 발생합니다.
이 자기장을 홀 소자 등을 이용하여 검출합니다. 홀 소자란 홀 효과라는 전류와 자기장 모두에 직교하는 방향으로 기전력이 나타나는 현상을 이용한 소자로 자기장 검출에 사용됩니다.
2. 전류 센서의 회로
션트 저항을 이용한 저항 검출형은 DCDC 컨버터 등 전원을 만들 때 과전류 검출이나 전류로 구동하는 LED 구동용 드라이버, 모터 구동 회로의 전류 제어 및 회로 보호용으로 사용되기도 합니다. 또한, 홀 소자를 이용한 자기장 검출형은 전류를 측정하고자 하는 회로 패턴에 소자를 넣을 필요가 없기 때문에 배선을 클램프하여 전류를 측정하는 클램프 전류계나 모터의 위치 검출 등에 사용됩니다.
션트 저항을 이용한 저항 검출형이나 홀 소자를 이용한 자기장 검출형을 이용한 전류 검출은 출력이 작은 경우가 많아 디스크리트 부품으로 회로를 구성할 경우 전류 감지 증폭기나 연산 증폭기를 조합하여 회로를 구성하는 것이 일반적입니다. 각 제조사에서는 디스크리트가 아닌 앰프를 내장한 전용 IC 등도 있어 용도나 특성에 따라 선택할 수 있습니다.