전류 센서
아래에서 관련 전류 센서 정보를 확인할 수 있으며, 링크를 클릭하면 Danisense 전류 센서 제품군으로 연결됩니다.
전류 센서 소개
전류 센서는 측정을 가능하게 합니다. 설계자가 측정값을 확보하면 이를 사용하여 시스템을 모니터링, 제어 및 보호할 수 있습니다. 전류 센서는 모터 속도 제어, 과부하 보호, 고장 감지, 배터리 충전기, 전원 공급 장치 및 프로그래밍 가능한 전류 소스에서 점점 더 보편화되고 있습니다. 이 글에서는 일반적인 전류 센서의 유형과 그 장점을 살펴봅니다. 댄리센스에서는 제품을 전류 센서 또는 전류 변환기라고 부르는 경우가 많습니다.
전류 센서란 무엇인가요?
전류 센서는 도체를 통해 흐르는 전류의 양을 측정하는 장치입니다. 비절연 직접 측정 기술부터 자기장 감지까지 다양한 구현이 가능합니다.
현재 센서 아키텍처
션트 저항 전류 센서
이 간단한 전류 센서는 직접 감지를 사용합니다. 옴의 법칙(V=IR)을 사용하여 션트의 값을 알고 증폭기로 측정한 전압을 통해 전류가 결정됩니다. 이 센서는 AC 전류와 DC 전류 모두에서 작동하지만 비절연 솔루션입니다.
션트 저항 전류 센서는 션트에서 열과 전력을 소모하기 때문에 고전압 또는 고전력 애플리케이션에는 적합하지 않습니다. 일반적으로 션트 저항은 정확도를 높이고 손실을 줄이기 위해 높은 허용 오차, 낮은 온도 계수 및 낮은 저항을 가져야 합니다. 물리적 구현에서는 손실을 줄이기 위해 여러 개의 저항기를 병렬로 사용하는 경우가 많기 때문에 부품 수가 많아집니다. 션트 저항 전류 센서는 더 많은 보드 공간이 필요하지만 높이가 낮은 솔루션입니다.
홀 효과 전류 센서
홀 효과는 전류가 흐르는 도체(예: 금속판)를 자기장 속에 넣으면 전류의 흐름에 수직으로 전압이 발생하는 현상을 말합니다. 자기장이 없으면 전류는 직선으로 흐르지만 자기장이 가해지면 전류의 경로가 한쪽으로 이동하여 전압 차가 발생합니다. 전압은 전류에 정비례하므로 전압을 계산할 수 있습니다.
홀 효과 전류 센서는 홀 소자를 사용합니다. 홀 소자에 전원을 공급하고 표면에 수직인 자기장에 놓으면 자기장 세기에 비례하는 전압을 생성합니다.
암페어의 법칙에 따르면 도체에 전류가 흐르면 자기장이 생성됩니다. 전류 센서에는 전류에 의해 생성된 자기장을 에어 갭으로 집중시키는 데 사용되는 자기 코어가 있습니다. 홀 소자는 에어 갭에 배치되며, 그 결과 출력 전압은 원래 전류에 정비례합니다. 홀 효과 전류 센서는 우수한 정확도, 컴팩트한 크기, 빠른 응답 시간, 낮은 삽입 손실, 저렴한 비용, AC 및 DC 모두에서 작동하는 장점을 제공합니다.
개방 루프와 폐쇄 루프 전류 센서 비교
개방형 루프 전류 센서의 주요 관심사는 선형성 및 온도 오프셋 드리프트이며, 이 두 가지 모두 폐쇄형 루프 구성으로 해결됩니다.
폐쇄 루프 전류 센서에서는 두 번째 홀 효과 전류 센서가 반대 방향으로 배치된 두 번째 자기 코일에 전류를 다시 공급합니다. 이는 비선형성 및 온도 드리프트를 보정하고 더 빠른 응답을 제공하며 전기 노이즈에 상대적으로 영향을 받지 않습니다.
개방형 및 폐쇄형 루프 홀 효과 전류 센서 모두 외부 자기장에 민감한 에어 갭이 있어 MRI 또는 대형 전원 공급 장치와 같이 큰 전자기장이 존재하는 애플리케이션에는 적합하지 않습니다.
마젠토 저항기
자기 저항기는 자기장에 비례하여 저항이 변하는 부품입니다. 자기 저항기를 에어 갭에 배치하면 1차 전류가 자기장을 생성하여 재료의 저항을 변화시켜 전류 측정이 이루어집니다. 이 방식은 오프셋 온도가 낮고 일반적으로 홀 효과 전류 센서보다 정확도가 높지만 에어 갭으로 인해 여전히 EMC에 민감합니다.
플럭스게이트 전류 센서
플럭스게이트는 투과성이 높은 코어를 가진 장치로, 전류가 빠르게 포화됩니다. 플럭스게이트가 구형파로 구동되면 전류의 프로파일은 일련의 양의 포화와 음의 포화 및 탈포화 주기가 됩니다. 자기장이 집중되는 코어의 에어갭에 플럭스게이트를 배치하면 이러한 사이클의 영점 교차점에 변화가 생깁니다. 신호 처리를 사용하여 이 변화를 전류 측정값으로 변환합니다. 플럭스게이트 전류 센서는 우수한 오프셋 및 드리프트 특성을 가지고 있습니다. 성능을 향상시키기 위해 설계된 몇 가지 변형이 있습니다.
폐쇄형 루프
홀 효과 전류 센서와 유사하게 폐쇄 루프 아키텍처를 만들 수 있습니다. 전류 출력은 2차 소자에 재주입되어 반대 방향으로 자기장을 생성합니다. 이 방법을 사용하면 플럭스게이트가 경험하는 자기장이 항상 0이 되므로 오프셋 및 선형성 문제가 제거됩니다.
싱글 코어 및 더블 코어
단일 코어 전류 센서는 에어갭이 없는 코일을 플럭스게이트 요소로 사용합니다. 에어갭을 제거함으로써 전자파에 대한 민감성을 피할 수 있어 전원 공급 장치와 MRI 등 유용한 애플리케이션을 확장할 수 있습니다. 해상도는 높지만 포화 상태가 매우 빠르게 발생하기 때문에 대역폭이 몇 헤르츠로 제한됩니다. 이중 코어 전류 센서는 권선 코어를 추가하여 대역폭을 늘리므로 가격도 높아집니다.
균형 잡힌 코어
밸런스드 코어 전류 센서는 두 개의 일치하는 플럭스게이트 소자를 반대편에 배치합니다. 따라서 두 소자 사이에 내재된 보정 기능이 있어 온도 및 EMC와 같은 외부 요인에 영향을 받지 않는 설계를 구현할 수 있습니다. 이 접근 방식은 까다로운 환경에서도 매우 높은 정확도를 달성합니다.
플럭스게이트 전류 센서는 홀 효과 전류 센서보다 비싸고 코어의 높이도 높아야 하므로 설계 제약이 될 수 있지만, 논의된 설계 중 가장 높은 정확도를 제공합니다. 이 마지막 세 가지 설계는 에어갭이 없다는 장점이 있으므로 높은 전자기파 상황에 적합합니다.
AC 전용 전류 센서
로고스키 코일
로고스키 코일은 흔히 에어 코어라고 하는 비자성 코어에 단층으로 감긴 코일입니다. 코일은 측정해야 하는 전류를 전달하는 전선 주위에 배치됩니다. 교류 전류의 극성이 변함에 따라 생성되는 자기장이 확장 및 축소됩니다. 이렇게 변화하는 자기장은 1차 전류에 비례하여 로고스키 코일의 권선에 전류를 유도하고, 이를 처리하여 측정값을 생성합니다.
에어 코어의 가장 큰 장점은 자기 포화도가 없어 고전류에서도 매우 선형적인 출력을 생성한다는 점입니다. 로고스키 코일은 대역폭이 MHz까지 확장되므로 고전류 및 고주파 고조파가 있는 신호에 주로 사용됩니다. 또한 코어는 유연하고 테스트 케이블을 쉽게 감을 수 있어 까다로운 애프터마켓 설치 또는 라이브 와이어에 적합합니다.
전류 변압기 센서
변류기 센서는 코일 내부에 자속을 집중시키는 자기 코어가 있는 로고스키 코일입니다. 이는 코일 전류와 1차 전류 사이에 직접적인 관계를 형성합니다. 전원 공급 장치가 필요하지 않고 전력 손실이 매우 낮기 때문에 더 높은 신호 레벨에서 사용할 수 있습니다. 크기와 비용 때문에 주로 고전력 시스템에서 사용됩니다.
전류 센서 선택 시 고려 사항
현재의 각 센서 토폴로지에는 고유한 장점이 있습니다. 설계자는 애플리케이션에 존재하는 제한 사항과 어떤 측면이 가장 중요한지 고려해야 합니다.
- AC 및 DC 또는 AC만
- 고전압, 전류 또는 전력
- 보드 공간, 높이, 구성 요소 수, 비용
- 응답 시간, 정확도, 대역폭, 속도
- 소음이나 전자기장과 같은 환경적 요인