이 페이지에서는 전류 센서의 동작원리, 측정원리를 해설합니다.

홀 소자를 이용한 전류 센서는 직류(DC) 및 교류(AC) 전류를 측정하는데 가장 기본적인 방식입니다.

■ 측정 도체(1차측)에 흐르는 전류에 의한 자기코어 내에 발생한 자속Φ가 자기코어의 갭부에 삽입한 홀 소자를 통과함으로써 홀 효과에 의해 자속에 따라 홀 전압이 나타난다.

■ 이 홀 전압은 작기 때문에 AMP로 증폭하여 출력한다.

■ 이 출력 전압은 측정 전류에 비례한다.

로고스키 코일을 이용한 전류 센서는 모양이 플렉시블하고 대전류 측정이 가능한 방식입니다.

■ 측정 도체(1차측)에 흐르는 교류전류에 의한 자계가 공심코일과 쇄교함으로써 공심코일에 유기전압이 발생한다.

■ 이 유기전압은 측정 전류의 시간 미분값(di/dt)으로 출력된다.

■ 나아가 적분기를 통해 측정 전류에 비례한 출력전압을 얻을 수 있다.

권선을 이용한 전류 센서는 교류(AC) 전류를 측정하는데 가장 기본적인 방식입니다.

■ 측정 도체 (1차 측)에 흐르는 교류 전류 I에 의해 측정 전류에 의한 자속(Φ)이 자기 코어 내에 유도되며 2차 전류에 의한 자속(Φ')은 2차 권선(N)에 이 1차 자속을 상쇄하도록 유도된다 (자기유도에 의한 역기전력).

■ 이 2차 전류는 션트 저항(r)에 흐르며 션트 저항 양끝에 전압(Vout)이 발생한다.

■ 이 출력전압은 측정 전류에 비례한다 ((Vout=r/N*I).

■ 측정 노하우

HEV/PHEV/EV 등의 배터리/인버터/모터 간에는고전압 전선이 사용됩니다. 특히 인버터, 모터, 전선 및 대지간에는 기생 용량 성분이 있기 때문에 인버터의 출력 전압 파형에 포함되는 고조파 성분에 의해, 고주파의 누설전류가 흐르는 경우가 있습니다. 실드선이 있는 전선의 전류를 정확하게 측정하려면 대책이 필요합니다. 아래에 기재한 내용과 같이 실드선이 있는 전선의 누설전류를 취소하여 참 전류를 측정할 수 있습니다.

그대로 측정한 경우 → 참 전류와 누설전류를 분리할 수 없음!  

실드선을 되접어서 전류를 측정한 경우 → 참 전류와 누설전류를 분리할 수 있음!

제로 플럭스 방식(홀 소자 검출형) 전류 센서는 기본적인 홀 소자 방식에 음귀환 회로를 추가하여 고성능화(광대역, 노이즈 저감)한 방식입니다.

■ 제로 플럭스 방식에서는 측정 도체에 흐르는 AC전류에 의해 자기 코어에서 발생하는 자속(Φ)을 없애듯이 귀환권선에 2차전류가 흘러 2차전류에 의한 자속(Φ')이 유도된다.

■ 그러나 저주파 영역에서는 자속(Φ-Φ')을 취소할 수 없기 때문에 자기회로 내에 남는다.

■ 홀 소자는 이 잔류 자속(Φ-Φ')을 검출해 이어서 저주파 영역의 자속(Φ-Φ')을 없애듯이 앰프 회로에 귀환 전류가 가산된다.

■ 이 토탈의 2차 전류가 션트 저항으로 흘러 단자 사이에 전압이 발생한다.

■ 이 출력 전압은 측정 전류에 비례한다.

제로 플럭스 방식(플럭스 게이트 검출형) 전류 센서는 플럭스 게이트와 음귀환 회로를 조합함으로써 고성능화(고정확도, 광대역, 넓은 동작 온도 범위)한 방식입니다.

■ 제로 플럭스 방식에서는 측정 도체에 흐르는 AC전류에 의해 자기 코어에서 발생하는 자속(Φ)을 없애듯이 귀환권선에 2차전류가 흘러 2차전류에 의한 자속(Φ')이 유도된다.

■ 그러나 저주파 영역에서는 자속(Φ-Φ')을 취소할 수 없기 때문에 자기회로 내에 남는다.

■ 플럭스 게이트는 이 잔류 자속(Φ-Φ')을 검출해 이어서 저주파 영역의 자속(Φ-Φ')을 없애듯이 앰프 회로에 귀환 전류가 가산된다.

■ 이 토탈의 2차 전류가 션트 저항으로 흘러 단자 사이에 전압이 발생한다.

■ 이 출력 전압은 측정 전류에 비례한다.

※ 여기에서는 홀 소자 검출형인 경우를 설명

1. 측정 도체에 흐르는 전류에 의해 자기 코어 내부에 자속(Φ)이 발생. 

2. 자기 코어 내부에서 발생하는 자속을 없애도록 2차측 귀환 권선에 2차 전류가 흐른다.(귀환 권선의 자속은 Φ')
 

3. 단, DC 전류로부터의 저주파 영역에서는 자속을 취소할 수 없기 때문에 자기 회로 내에 남는다.(잔류자속은 Φ-Φ')
 

4. 홀 소자는 이 잔류 자속(Φ-Φ')을 검출하여 자속(Φ-Φ')을 상쇄하도록 앰프 회로를 통해 2차 귀환 전류에 가산된다.
 

5. 2차 전류가 코일을 지나 션트 저항(r)으로 흐르고 이 전류는 CT 전류(코일에 의해 발생하는 전류)와 앰프(홀 소자 검출로부터의 피드백 전류)의 합계. 결과적으로 단자 사이에 전압이 발생해 이 출력 전압은 측정 전류에 비례한다.

제로 플럭스 방식(권선 검출형) 전류 센서는 기본적인 권선 방식에 음귀환 회로를 추가하여 고성능화(고정확도, 광대역)한  방식입니다.

■ 제로 플럭스 방식에서는 측정 도체에 흐르는 AC전류에 의해 자기 코어에서 발생하는 자속(Φ)을 없애듯이 귀환권선에 2차전류가 흘러 2차전류에 의한 자속(Φ')이 유도된다.

■ 그러나 저주파 영역에서는 자속(Φ-Φ')을 취소할 수 없기 때문에 자기회로 내에 남는다.

■ 검출 권선은, 이 잔류 자속(Φ-Φ')을 검출해 이어서 저주파 영역의 자속(Φ-Φ')을 없애듯이 앰프 회로에 귀환 전류가 가산된다.

■ 이 토탈의 2차 전류가 션트 저항으로 흘러 단자 사이에 전압이 발생한다.

■ 이 출력 전압은 측정 전류에 비례한다.

전기의 특성은 눈에 보이지 않기 때문에 문제가 발생했을 때 문제의 본질을 즉시 판단하는 것은 불가능합니다. 경우에 따라, 예를 들어 문제가 처음부터 발생하지 않도록 하는 일상적인 유지 관리 프로그램과 문제가 발생했을 때 원인을 정확히 파악하려는 노력에서 전류를 측정해야 합니다. 전류는 디지털 멀티미터, 클램프 미터 및 전류 프로브를 포함한 다양한 도구로 측정할 수 있습니다. 

전류 측정은 전자 장치를 측정하는 가장 기본적인 기술 중 하나이며 많은 상황에서 사용됩니다. 예를 들면, 제품 개발 시의 품질 점검뿐만 아니라 전자기기의 작동 상태를 확인하기 위한 유지보수 작업, 전자기기의 오작동이나 고장 발생시 전류가 흐르고 있는지 확인하는 작업 등이 있습니다.

전류를 측정하기 위해 다양한 장치가 사용됩니다. 전류를 측정할 수 있는 주요 기기는 다음과 같습니다.

・디지털 멀티미터

・클램프 미터

・전류 프로브(오실로스코프를 사용하여 전류 프로브 전압 출력 전압 보기)

디지털 멀티미터는 전류뿐만 아니라 전압 및 저항과 같은 속성도 측정할 수 있는 접근 가능한 방법을 제공합니다. 대형 벤치탑 장치에서 휴대용 카드 스타일 모델에 이르기까지 다양한 유형을 사용할 수 있습니다.

많은 사람들이 이미 디지털 멀티미터 사용법을 잘 알고 있습니다. 그러나 현재 프로브 및 기타 도구에 대해 충분히 이해하고 있는 사람은 거의 없습니다.

전류 프로브는 옵션 측정 기능을 제공하기 위해 오실로스코프와 함께 사용할 수 있습니다. 회로를 차단하지 않고도 전류를 측정할 수 있다는 점이 큰 장점입니다. 대부분의 멀티미터에서는 계측기를 측정하기 위해 회로와 직렬로 배치할 수 있도록 회로를 차단해야 합니다. 

 

전류 프로브는 회로를 분리할 필요가 없기 때문에 회로에 미치는 영향을 최소화하면서 디지털 멀티미터보다 더 정확한 측정이 가능합니다. 전류 프로브가 단순히 와이어에 부착되어 전류를 측정할 수 있는 이유는 측정되는 전류 주변에서 발생하는 자기장을 감지하기 위해 다양한 방법을 사용하기 때문입니다.

AC 전류만 측정하도록 설계된 일부 모델과 AC 및 DC 전류를 모두 측정할 수 있는 모델을 포함하여 다양한 모델에서 전류 프로브를 사용할 수 있습니다. 전류 파형을 관찰하기 위해 오실로스코프에 연결할 수 있는 고감도 모델도 있습니다.

전류 프로브는 오실로스코프에 연결하여 사용합니다. 이 과정은 원터치 BNC 커넥터가 있는 HIOKI 메모리 하이코더에 전류 프로브를 연결할 때와 같이 간단합니다. 

 

일부 모델에는 자동 영점 조정과 같이 측정을 보다 효율적으로 만드는 기능이 있습니다.

 

오실로스코프와 함께 사용하도록 설계된 전류 프로브에는 홀 요소를 사용하여 전류를 감지하는 AC/DC 제로 플럭스 방법 전류 센서가 포함됩니다. CT 방식에 Hall 소자를 결합하면 DC 및 AC 전류를 모두 측정할 수 있습니다.

DC 및 AC 전류를 모두 측정할 수 있을 뿐만 아니라 이 유형의 전류 프로브는 자기 코어의 BH 자기 특성에 영향을 받지 않고 뛰어난 선형성을 제공합니다. 또한 높은 S/N 성능으로 넓은 주파수 대역을 제공합니다. 또한 여자 전류 노이즈가 없다는 것은 측정 중 전체 노이즈가 매우 낮다는 것을 의미합니다.

일부 전류 프로브는 큰 전류가 흐르는 회로를 측정하도록 설계되었으며, 다른 종류의 프로브는 매우 작은 전류를 높은 정밀도로 측정할 수 있습니다. 일반적으로 과도하게 작은 전류의 파형이 노이즈에 의해 가려집니다. 이런 경우에는 측정 코어에 측정 중인 회로 케이블을 여러 번 감아 보면, 표시되는 파형의 크기는 루프 수에 비례하여 증가하므로 이러한 전류를 보다 안정적으로 측정할 수 있습니다.

HIOKI는 전류 프로브 외에도 전류 센서 및 기타 제품 라인을 제공합니다.

예를 들어 AC 전류를 측정하는 클램프는 [클램프 온 프로브], 파형을 관찰하도록 설계된 [전류 프로브], 레벨을 관찰하도록 설계된 [클램프 온 센서, AC/DC 전류 센서]로 나눌 수 있습니다.

파형을 관찰하도록 설계된 기기는 넓은 주파수 대역이 특징입니다. 프로브와 센서 모두 주파수 대역으로 정의되는 진폭 및 위상 정확도 수치를 가지므로 올바른 제품을 선택할 수 있도록 측정 애플리케이션을 정의하는 것이 중요합니다. 

전류 프로브는 다양한 상황에서 사용됩니다. 아래에 세 가지 예시를 설명드립니다 

자동차 장비에 사용되는 부품의 전류 측정 

전류 프로브는 소형 모터 및 솔레노이드 밸브와 같은 자동차 부품의 제어 전류를 측정하는데 사용됩니다. 전류 브로브는 수~mA 정도의 전류를 관찰할 수 있다는 점에서 구별됩니다. 스위치 및 릴레이의 제어 전류 측정, 엔진 점화 타이밍 관찰, 솔레노이드 밸브의 제어 전류 모니터링, 제어 전환 시 응답 확인 등 관련 응용 분야가 광범위합니다.

전자 회로 부품의 전류 특성 평가

전류 프로브는 전자 회로의 릴레이에 대한 제어 전류를 측정하고 커패시터의 전류 특성 평가 테스트에 사용됩니다. 전자 회로가 있는 장치를 테스트하여 설계된 대로 작동하는지 확인하는 경우, 고주파 대역의 노이즈 파형을 간과하지 않는 것이 중요합니다. 또한 전류 프로브를 사용하여 단락 테스트 중에 전류 파형을 측정하고 전기 자동차(EV)의 배터리가 부하의 급격한 변화에 어떻게 반응하는지 평가하고 돌입 전류 파형을 측정하는 등의 다른 응용 분야에 사용할 수 있습니다.

고속 스위칭 소자 평가

전류 프로브는 LED 및 모터와 같은 전자 장치의 회로를 구동하도록 설계된 스위칭 소자를 평가하는 데 사용됩니다. 고속으로 구동되는 반도체 소자의 On/Off 주기, 리플 파형, 스위칭 손실을 측정할 수 있습니다.