낮은 전압이 보일 때는 허용되는 작은 부하에서도 유지되는지 확인합니다

먼저 알아둘 용어

입력 저항·소스(source) 임피던스(impedance) — 계측기의 입력 저항은 측정 대상에서 얼마나 전류를 가져오는지에 영향을 줍니다. 소스 임피던스가 높으면 작은 측정 부하만 바뀌어도 표시 전압이 크게 달라질 수 있습니다.

누설·역급전·잔류 전하 — 누설은 원치 않는 경로의 작은 전류, 역급전은 꺼진 회로로 다른 신호·전원이 공급되는 현상입니다. 잔류 전하는 전원을 끈 뒤 커패시터(capacitor) 등에 남아 있을 수 있습니다.

LoZ(Low Impedance)·전류와 손실 — LoZ는 낮은 입력 임피던스 측정 모드입니다. 측정 대상에서 전류를 많이 끌어와 민감한 회로의 전압을 바꿀 수 있습니다. 저항 R(Ω)에 전압 V(V)가 걸리면 I=V/R(A), P=V²/R(W)로 예상 전류와 손실을 확인합니다.

작동 원리

높은 입력 저항은 측정 대상의 동작을 덜 방해합니다. 그러나 미약한 누설·결합·잔류 전하도 눈에 띄는 전압을 만들 수 있습니다. 그 전압이 작은 부하에서 크게 내려가면 소스 임피던스가 높다는 단서입니다. 이것만으로 누설이 무해하거나 회로가 완전히 꺼졌다고 단정하지 않습니다. 켜진 외부 출력이 꺼진 입력의 보호 구조를 통해 전류를 넣는 경로도 조사합니다.

적용 순서

1. 우선 회로의 예상 전압·에너지와 측정 노드(node) 기능을 확인합니다. 이 절의 저항 부하 비교는 전류가 제한된 저전압 회로에서 허용 전류를 알고 시행하는 방법입니다. 고임피던스 센서(sensor) 입력이나 기준 전압에 함부로 저임피던스 측정 모드로 프로브(probe)를 연결하지 않습니다.

2. 정상 고임피던스 모드로 전압과 시간 변화를 기록합니다. 기준 GND(Ground), 극성, 외부 신호 연결 상태를 적습니다. 전원 차단 후 서서히 내려가면 잔류 전하 가능성도 따로 봅니다.

3. 노드가 허용하는 범위에서 저항·계측기 입력 부하를 정합니다. 예상 전류 I=V/R와 저항 손실 P=V²/R을 먼저 확인합니다. 알려진 조건으로 부하를 연결하고 안정된 전압과 시간 변화를 비교합니다.

4. 전압이 크게 줄면 그 전류를 공급하는 경로를 찾습니다. 외부 신호선·풀업(pull-up)·보호 다이오드(diode)·절연 간 결합 등을 안전하게 하나씩 분리해 비교합니다. 부하를 떼었을 때 다시 전압이 올라오는지도 기록합니다.

계산과 판단 예시

설명용으로 1.8 V 노드에 100 kΩ을 추가하면 전압이 유지될 때 전류는 18 µA, 저항 손실은 32.4 µW입니다. 실제 허용 여부는 노드 기능으로 정합니다. 부하 후 0.1 V로 내려가도 처음의 1.8 V가 이상적인 무부하 전압이라는 보장이 없으므로 두 숫자만으로 정확한 내부저항을 단정하지 않습니다.

두 출력의 전압이 같아도 공급할 수 있는 전류는 다릅니다

선형으로 동작하는 출력은 이상적인 전압원 V_th에 내부 저항 R_th가 직렬로 연결된 테브난 등가회로(Thevenin equivalent circuit)로 표현할 수 있습니다. 등가회로는 내부 부품의 실제 배치를 복사한 것이 아니라, 관심 단자에서 같은 전압·전류 관계를 보이는 모델입니다.

설명용으로 무부하에서 모두 0.5 V인 두 출력에 1 kΩ 부하 R_L을 연결하겠습니다. 한 출력의 R_th가 4 kΩ이고 다른 출력은 50 Ω이라면 결과가 달라집니다.

전압을 재는 것만으로 두 출력이 같은 구동 능력을 가졌다고 판단할 수 없는 이유입니다. V_th를 충분히 정확하게 알고 모델이 유효하면 식을 바꾸어 R_th=R_L(V_th/V_L−1)로 추정할 수 있습니다. 계측기 입력 저항 R_m을 무시할 수 없다면 부하로 R_L과 R_m의 병렬값을 사용해야 합니다. 처음 잰 값에도 계측기 부하가 이미 걸려 있다는 점을 고려합니다.

무부하값을 믿기 어려우면 허용되는 서로 다른 두 부하에서 전압 V_1·V_2와 총 부하 전류 I_1·I_2를 구합니다. 같은 동작 영역의 선형 모델에서는 R_th=(V_1−V_2)/(I_2−I_1)입니다. 전류 제한이 작동하거나 시간이 지나며 전하가 빠지는 회로라면 이 비를 고정 내부 저항으로 해석하지 않습니다.

이론적으로는 개방 전압(open-circuit voltage) V_oc를 단락 전류(short-circuit current) I_sc로 나눈 V_oc/I_sc도 R_th입니다. 그러나 미확인 출력을 단락해 값을 구하는 절차로 사용하지 않습니다. 허용 부하를 정해 비교하는 앞의 방법을 사용하고, 단락 정격이 확인된 전원이라도 보호 동작에 들어가면 같은 선형 모델이 유지되지 않을 수 있습니다.

단자 등가회로로 내부 발열까지 계산하지 않습니다

같은 선형 출력을 전류원 I_N=V_th/R_th와 병렬 저항 R_th로 바꾸면 노턴 등가회로(Norton equivalent circuit)가 됩니다. 12 V와 직렬 4 Ω은 3 A와 병렬 4 Ω으로 바꿀 수 있습니다. 두 모델에서 같은 부하의 전압과 전류는 같습니다. 내부 저항이 부하보다 훨씬 작으면 전압원 모델이, 훨씬 크면 전류원 모델이 출력의 성격을 파악하기 편합니다. 내부 저항이 0인 이상 전압원을 이 나눗셈으로 유한한 전류원으로 바꿀 수는 없습니다.

그러나 단자에서 같다고 해서 내부 손실까지 같은 것은 아닙니다. 예를 들어 0.5 V와 직렬 1.5 Ω 모델은 외부가 열려 있으면 전류가 0이어서 저항 손실도 0입니다. 같은 단자를 나타내는 1/3 A와 병렬 1.5 Ω 모델에서는 외부가 열려 있어도 내부 저항에 약 1/6 W가 계산됩니다. 실제 회로의 내부 손실은 이 두 숫자 중 하나로 결정되지 않습니다. 부하 시험으로 얻은 등가 저항은 출력의 전압 변화를 설명하는 데 쓰고, 발열은 실제 전원과 소자별 전압·전류로 계산합니다.

적용 조건과 한계

전압이 보일 때 공급 가능한 전류가 작을 수는 있지만 계측기에 전류가 전혀 흐르지 않는 것은 아닙니다. LoZ는 민감한 회로의 상태를 바꿀 수 있습니다. 이 저전압 진단을 상용 전원이나 미확인 고전압에 임의 저항을 대는 절차로 확장하지 않습니다.

확인과 기록

고임피던스 전압, 부하값, 부하 전압, 부하 제거 뒤 회복, 연결을 끊었을 때의 변화를 함께 남깁니다. 원인을 모른 채 “유령 전압”이라고 이름 붙이는 것으로 진단을 끝내지 않습니다.

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