먼저 알아둘 용어
고측(high-side)·공통모드(common mode)·차동(differential) — 고측은 높은 공급 전위 쪽입니다. 공통모드는 두 입력의 공통 전위, 차동은 두 입력의 차이로, 작은 차동 전압에도 큰 절대 전위가 함께 걸릴 수 있습니다.
플로팅 전원·갈바닉 절연(galvanic isolation) — 플로팅 전원은 고정 GND(Ground)와 다른 기준을 따라가는 공급입니다. 그 사이에 도전 전류 경로가 있으면 신호를 낮은 전위로 옮겨도 갈바닉 절연은 아닙니다.
Vsense·R1·R2·I — Vsense는 션트 감지 전압, R1은 이를 전달 전류로 바꾸는 저항, R2는 낮은 전위에서 전류를 다시 전압으로 읽는 저항입니다. I는 전달 전류로 부하 전체 전류와 다릅니다.
VGS·VDS·정지전류 — VGS는 FET(Field-Effect Transistor)의 게이트(gate)−소스(source), VDS는 드레인(drain)−소스 전압입니다. 정지전류는 증폭기 자체의 기본 소비로 제너(Zener) 바이어스(bias)와 함께 공급해야 합니다.
높은 전압선 위의 작은 전압차를 측정합니다
저전압 증폭기의 두 전원 사이를 제너 등으로 제한하고 회로 기준을 버스(bus) 근처로 올리는 구성을 생각합니다. 증폭기가 제어하는 고전압 P채널 FET를 통해 작은 전달 전류를 낮은 전위의 저항으로 보내면 그곳에서 다시 감지 전압을 얻을 수 있습니다.
예를 들어 OPA333 주위의 전원을 약 5.1 V로 제한한 구조는 OPA333의 두 전원 핀(pin) 사이에 400 V를 건다는 뜻이 아닙니다. 낮은 쪽의 INA226도 400 V 버스를 직접 받는 것이 아니며 버스 감지 범위와 각 입력 한계를 별도로 지켜야 합니다.
전압에서 전류로, 다시 전압으로 바뀌는 지점을 찾습니다
피드백(feedback)이 정상 범위에서 동작하여 R1에 Vsense가 걸리면 I=Vsense/R1입니다. 낮은 쪽 출력은 VR2=I×R2=Vsense×R2/R1이므로 R1과 R2가 같으면 감지 전압을 거의 같은 크기로 옮길 수 있습니다. VR2는 R2 양단 전압입니다.
이 관계는 정상 루프(loop)와 소자 동작 범위를 전제로 한 근사입니다. 저항비·오프셋(offset)·FET 누설과 수신 계측기의 오차를 포함해야 합니다. 부하 전류가 흐르는 션트 배선과 감지선도 지정 지점에서 분리하여 접촉 저항 오차를 줄입니다.
작은 전달 전류라도 고전압에서는 열이 커질 수 있습니다
Vsense=80 mV, R1=10 Ω이면 전달 전류는 8 mA입니다. FET가 약 400 V를 떨어뜨리는 조건이면 손실은 약 3.2 W입니다. 작은 신호 전류라는 이유로 방열과 동작 영역 검토를 생략하지 않습니다.
공급용 저항도 전체 입력 범위에서 확인합니다. 계산 예로 제너 5.1 V, 공급 저항 합계 2.4 MΩ에서 40 V 입력이면 전류는 (40−5.1)/2.4 MΩ≈14.5 µA입니다. 제너 바이어스 50 µA와 증폭기 최대 정지전류 25 µA를 필요로 가정한 75 µA보다 작습니다. 높은 버스 전압에 맞춘 저항값을 그대로 쓰면 입력 전압이 낮아졌을 때 공급 전류가 부족할 수 있음을 보여 주는 계산이며 실제 최소 동작전압 측정값은 아닙니다.
전위 검토표를 회로의 모든 연결까지 확장합니다
증폭기 전원 간 전압, 입력의 전원 레일(power rail) 대비 범위, FET VDS·VGS, 출력 저항과 수신 입력 범위를 따로 적습니다. 저항의 동작 전압·손실, FET 누설·방열과 고장 시 전류 제한도 대조합니다. 별도 버스 전압 분압은 션트 전류 전달 경로와 다른 변환이므로 같은 이득을 적용하지 않습니다.
고전위·저전위 구역을 나눠 그렸더라도 전류가 직접 이어지는 이 구성은 비절연입니다. 제어기·계측기·컴퓨터 연결을 포함한 전위와 고장 경로를 검토해야 합니다. 이 기능 해석만으로 실제 고전압 시험 결선과 절연·내전압 검증이 완료되는 것은 아닙니다. 정확도 또한 지정 공통모드·온도·입력 범위에서 따로 확인합니다.
작업 순서를 다시 확인합니다
