전류를 만드는 경로와 측정 경로를 구분합니다
전자 부하는 전력을 열로 소모하면서 시험 대상에서 정해진 전류를 끌어냅니다. 한 구현에서는 300 mΩ 저항 세 개를 병렬로 연결해 100 mΩ의 전류 검출 저항(shunt resistor)을 만들고 열을 분산했습니다. 저항 양단 전압은 V_shunt = I_load × R_shunt입니다. 예를 들어 1 A에서 100 mΩ이면 100 mV가 됩니다. 연산증폭기(op-amp)는 이 전압과 디지털-아날로그 변환기(DAC, Digital-to-Analog Converter)가 만든 목표 전압을 비교해 금속산화막 전계효과 트랜지스터(MOSFET, Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)의 게이트를 조절합니다. 전류가 목표보다 작으면 더 흐르게, 크면 덜 흐르게 만드는 음의 피드백(negative feedback)입니다.
이 회로의 목표 전류는 I_target ≈ V_DAC × R16/(R15+R16) / R_shunt로 정해집니다. V_DAC은 DAC 출력 전압, R15와 R16은 DAC 출력을 나누는 저항, R_shunt는 부하 전류 검출 저항입니다. 한 펌웨어는 0.55·1.1·1.5·2.5·4.3 V 가운데 목표 전류를 낼 수 있는 가장 작은 DAC 기준 전압을 골라 8비트 설정값을 사용합니다. 기준 전압을 바꿀 때는 DAC 값을 먼저 0으로 내리고 25 µs 기다립니다. 낮은 범위에서는 한 단계가 나타내는 전류가 더 작아지지만, 부품 오차와 온도 변화까지 사라지는 것은 아닙니다. 약 17 mA인 최소 부하와 명령 전류의 단계 크기도 실제 시험 범위에 포함해야 합니다.
입력과 출력 양쪽의 전압·전류를 구분하려면 부하 제어용 100 mΩ 저항과 별도로 각 지점에 측정용 저항을 둡니다. 한 구현은 입력과 출력 쪽에 각각 8 mΩ 하이사이드(high-side) 저항과 INA219 전력 감시 회로를 사용합니다. 하이사이드 측정은 접지선 대신 전원선 쪽에서 전류를 읽는 방식입니다. 8 mΩ의 전압 강하는 1 A에서 8 mV이므로 측정 저항 자체가 회로에 주는 전압 손실도 점검합니다. 표시 분해능이 1 mA라고 해서 정확도도 1 mA라는 뜻은 아닙니다. 저항 허용 오차, 측정 회로의 오프셋과 보정값을 확인하고, 필요한 정확도에 맞는 저항을 고릅니다.
두 전류 측정값은 같은 기준 전류로 교정합니다
전자 부하에 전류 센서가 두 개 있으면 표시값이 서로 다른 이유를 먼저 확인해야 합니다. 센서마다 측정 저항의 실제 저항값과 내부 오차가 조금씩 다르기 때문입니다. 교정(calibration)은 기준 계기로 잰 값과 장치 표시값을 같은 조건에서 비교해 보정값을 정하는 작업입니다. 교정 없이 입력 전력과 출력 전력을 나누면 센서 오차까지 효율 변화로 잘못 읽을 수 있습니다.
시험 대상 변환기 대신 두 측정 경로를 직렬로 이어 같은 전류를 흘려 봅니다. 전원 양극을 입력 측정 경로에 연결하고, 그 경로의 출력과 전자 부하 쪽 측정 경로의 입력 사이에 기준 전류계(reference ammeter)를 직렬로 넣습니다. 두 경로의 접지는 지정된 공통 귀환선으로 연결합니다. 전류계가 흐름을 막거나 극성이 뒤집히지 않았는지 확인한 뒤, 전압·전류·발열 한도보다 충분히 낮은 부하부터 시작합니다. 기준 전류계가 회로에 더하는 전압 강하를 부담 전압(burden voltage)이라고 하며, 이것도 부하 단자 전압을 바꿀 수 있습니다.
전류가 안정되면 기준 전류 I_ref와 두 센서의 보정 전 표시값 I_1, I_2를 동시에 기록합니다. 각 전류 보정 계수는 K_I1 = I_ref/I_1, K_I2 = I_ref/I_2로 따로 계산합니다. 예를 들어 기준 계기가 1.00 A를 가리킬 때 한 센서가 0.98 A를 표시했다면 그 센서의 계수는 약 1.020입니다. 이는 계산 예시이지 특정 기판의 측정 결과가 아닙니다. 한 점에서 구한 계수가 모든 전류·온도 범위에 맞는지도 다른 안전한 전류에서 다시 확인합니다.
전압은 같은 기준 계기를 쓰더라도 측정 위치를 구분합니다. 첫 측정 경로의 전압 기준점과 두 번째 경로의 전압 기준점 사이에는 전류계와 배선이 있고, 두 센서의 검출 저항 위치도 다릅니다. 따라서 한쪽 단자에서 잰 전압을 두 센서의 참값으로 복사하면 안 됩니다. 이 구현에서 첫 표시 전압은 PWR_OUT 노드의 버스 전압입니다. 둘째 센서는 TEST 노드의 버스 전압을 읽고, 소프트웨어가 검출 저항의 전압 강하를 더해 TEST_IN 노드의 전압으로 환산합니다. 기준 전압계의 플러스 리드를 PWR_OUT과 TEST_IN 단자에 차례로 대고, 마이너스 리드는 지정된 공통 귀환선에 둡니다.
각 표시 전압도 해당 위치의 기준값과 비교합니다. PWR_OUT에서 잰 기준 전압을 V_ref1, 보정 전 첫 표시값을 V_1이라고 하면 첫 계수는 K_V1 = V_ref1/V_1입니다. TEST_IN에서는 같은 방식으로 K_V2 = V_ref2/V_2를 구합니다. 예를 들어 한 단자의 기준값이 4.95 V이고 표시값이 5.00 V라면 그 단자의 계수는 0.990입니다. 이는 계산 예시이며 두 단자에 같은 계수를 적용하라는 뜻이 아닙니다. 다른 기기에서는 표시 전압이 실제 어느 단자를 가리키는지 회로와 계산식을 먼저 확인해야 합니다. 교정 계수를 적용한 뒤에는 낮은 전류와 높은 전류에서 두 표시값을 다시 대조하고, 계수가 센서의 대역폭이나 순간적인 전압 강하까지 고쳐 주지는 않는다는 점을 기억합니다.
전원 시험은 천천히 올리는 부하와 빠르게 바꾸는 부하를 나눕니다
먼저 전원과 부하의 연결, 전압 극성, 공통 접지, 방열 상태를 확인하고 중단 전압과 최대 전류를 정합니다. 전류를 조금씩 올리는 부하 스윕(load sweep)에서는 매 단계의 출력 전압·전류·전력을 기록합니다. P = V × I에서 P는 전력(W), V는 해당 측정점의 전압(V), I는 그 지점의 전류(A)입니다. 전압이 정한 하한 아래로 내려가거나 전류·전력·온도 상한에 닿으면 더 올리지 않습니다. 한 펌웨어는 최대 부하 전력을 25,000 mW로 제한합니다. 이 값은 모든 입력 전압에서 최대 5 A를 쓸 수 있다는 뜻이 아닙니다. 예를 들어 부하 단자에서 12 V·3 A라면 36 W이므로 25 W 설정을 넘습니다. 실제 허용치는 MOSFET의 동작 영역과 방열 조건도 확인해야 합니다.
전압 조정이 순간 부하 변화를 따라오는지는 별도 부하 단계 시험(load-step test)으로 봅니다. 한 구현은 설정한 최대 전류를 10으로 나눈 값을 한 단위로 삼아 0 → 2 → 5 → 7 → 10 → 10 → 5 → 0 → 10 → 0의 열 단계를 각각 100 ms 동안 적용합니다. 예를 들어 설정 최대치가 1 A라면 0 → 0.2 → 0.5 → 0.7 → 1.0 → 1.0 → 0.5 → 0 → 1.0 → 0 A라는 목표 패턴입니다. 회로의 최소 전류와 반응 지연 때문에 실제 전류가 이 숫자를 정확히 따르지는 않을 수 있습니다. 시간, 실제 전류, 출력 전압을 함께 기록하고, 전압의 최저값·회복 시간·과도한 상승을 봅니다. 샘플 간격과 센서 변환 시간보다 빠른 전압 돌기는 기록에서 빠질 수 있으므로 고속 과도 현상을 판정하려면 오실로스코프로 실제 출력 단자를 따로 측정합니다. 해당 구현의 단계 시험은 제한을 넘었을 때 현재 100 ms 구간만 끝내고 뒤의 단계로 넘어갈 수 있습니다. 따라서 소프트웨어 중단을 독립적인 안전 차단으로 가정하지 말고 장비와 시험 대상 자체의 과전류·과온 보호를 확인합니다.
스위칭 전원의 리플(ripple)은 직류 출력 주변에서 되풀이되는 전압 변동입니다. 한 구현의 저주파 리플 모드는 255개 표본에서 최솟값과 최댓값을 구합니다. 이 결과는 그 표본 구간의 범위일 뿐, 고주파 스위칭 잡음이나 짧은 돌기의 최대값을 보장하지 않습니다. 리플 한계를 평가할 때는 측정 대역폭과 연결 길이를 별도로 정합니다.
시간이 지나며 전압이 서서히 변하는 문제는 순간 부하 시험 대신 간격 기록(interval logging)으로 살펴봅니다. 한 구현은 m 명령으로 기록 간격을 2~65,535 ms, 전체 시간을 1~65,535 s로 지정합니다. 먼저 예상 변화 시간보다 충분히 짧은 간격을 고르고, 각 표본의 시각과 전압·전류를 함께 저장합니다. 긴 간격으로 평균값만 보면 잠깐 나타난 전압 강하를 놓칠 수 있고, 짧은 간격을 정해도 센서의 실제 변환 시간보다 빠른 현상을 되살릴 수는 없습니다.
변환 효율은 입력과 출력을 같은 조건에서 읽습니다
입력과 출력 측정값이 모두 있다면 η = (V_out × I_out)/(V_in × I_in) × 100%로 효율(efficiency)을 계산할 수 있습니다. η는 효율, 아래 첨자 in과 out은 입력·출력 측정 지점입니다. 예를 들어 입력이 12.0 V·1.0 A, 출력이 5.0 V·2.0 A라면 입력 12 W, 출력 10 W로 계산상 약 83.3%입니다. 이는 설명용 산술이며 특정 기기의 측정 결과가 아닙니다. 두 센서가 정말 변환기의 앞뒤 전류를 읽는지 배선을 추적하고, 두 값이 같은 부하 상태에서 취득되었는지 확인합니다. USB나 다른 전원 경로가 별도로 전력을 공급하면 이 두 값만으로 전체 효율을 확정할 수 없습니다.
배터리는 하한 전압에서 전류를 줄이며 끝까지 기록합니다
배터리 방전 시험에서는 셀 화학계와 보호회로에 맞는 최저 단자 전압, 시작 전류와 중단 조건을 먼저 정합니다. 한 구현의 배터리 시험은 설정 전류를 최대 3,000 mA로 제한하고 1초마다 전류와 전압을 읽습니다. 전압이 지정한 하한보다 낮아질 때마다 DAC 설정을 한 단계씩 낮추다가 부하 전류가 0이 되면 끝냅니다. 이 조절은 매초 한 단계씩 이루어지므로 ‘하한 전압을 정확히 고정한다’는 보증이 아닙니다. 급격한 전압 하강, 배선 저항, 센서 지연이 있으면 잠시 하한을 밑돌 수 있습니다. 셀 자체의 보호·차단 조건을 별도로 둡니다.
방전 용량(capacity)은 전류를 시간에 따라 더한 양입니다. 1초 간격으로 전류를 mA로 읽는 예시에서는 capacity[mAh] ≈ Σ I_k[mA] / 3600입니다. I_k는 k번째 1초 표본의 전류입니다. 1,000 mA가 1시간 내내 유지되면 1,000 mAh이지만, 하한 근처에서 부하를 낮췄다면 실제 각 표본을 합산해야 합니다. 시작할 때의 충전 상태, 셀 온도, 하한 전압, 부하 프로파일을 함께 기록하지 않으면 서로 다른 시험의 mAh 수치를 직접 비교하기 어렵습니다. 직렬 명령을 사용하는 이 구현에서는 배터리 시험 명령이 b입니다. 문서의 예시 한 줄에 있는 l은 부하 스윕 명령이므로 명령 문자를 확인한 뒤 시작합니다.
연결 전에 접지와 발열 한계를 확인합니다
이 구조의 시험 단자와 USB는 같은 접지를 공유합니다. PC에 USB를 꽂는 순간 시험 대상의 음극과 PC 접지가 이어질 수 있으므로, 전원이 꺼진 상태에서 전원·부하·PC 사이 접지 경로를 먼저 그려 보세요. 다른 장비가 이미 음극을 접지하고 있다면 뜻하지 않은 병렬 경로나 단락이 생길 수 있습니다. USB 절연기를 고려하더라도 절연기의 정격과 다른 연결을 다시 확인해야 합니다.
한 구현의 단자 최대 전압은 26 V, 부하 최대 전류는 조건부 5 A, 입력·출력 통과 경로 전류는 8 A입니다. 서로 다른 경로의 수치를 혼용하지 않습니다. 시작 전에는 부하에서 예상되는 V_load × I_load 손실과 방열판 온도, 션트 저항의 허용 전력을 계산하고 낮은 전류에서 시작합니다. 시험 중에는 명령 전류뿐 아니라 두 센서의 실제 전류·전압과 온도를 살피고, 중단 뒤 부하가 최소 전류로 내려갔는지도 확인합니다. 이 절차는 회로와 펌웨어의 공개 설계를 해석한 시험 방법이며, 특정 조립품의 정격이나 실측 성능을 인증하지 않습니다.