전류 센싱

목표

• 션트(shunt)로 전류를 전압으로 바꾸고, 그것이 회로에 주는 부담을 알아봅니다.
• 션트를 로우사이드(low side)와 하이사이드(high side) 중 어디에 둘지 고릅니다.
• 켈빈 연결(Kelvin connection)로 패드와 납땜을 측정값에서 뺍니다.

이론

션트

옴의 법칙에 따라 션트는 전류를 센스 전압으로 바꿉니다 [Alexander & Sadiku 2017, Ch. 2].

$$V_\mathrm{SENSE} = I_\mathrm{SENSE} R_\mathrm{SENSE}$$

$V_\mathrm{SENSE}$

션트 양단 전압

$I_\mathrm{SENSE}$

션트에 흐르는 전류

$R_\mathrm{SENSE}$

센스 저항(shunt)

전류 센스 저항 양단 전압✓ 테스트 7개로 검증됨

가정, 표기 규약, 출처

가정

• 션트는 선형 저항: 저항값이 전류에 따라 변하지 않음

비고

증폭기가 보는 신호이자, 션트가 측정 대상 회로에서 가져가는 전압(부담 전압)입니다. 션트는 전류와 이 전압의 곱만큼 소산합니다

출처

Alexander & Sadiku 2017, Ch. 2 (Basic Laws: Ohm's law)

유도

sympy 단계별 유도

수식 id

sense.burden · equations.yaml 항목

이 전압은 증폭기의 신호이면서 부담 전압(burden), 곧 션트가 측정 대상 회로에서 가져가는 전압입니다. 션트가 클수록 신호가 커지고 증폭기 오프셋에 따른 오차의 비중이 작아지지만 [Texas Instruments 2023], 부담 전압과 손실이 커집니다 (도통 손실).

로우사이드냐 하이사이드냐

로우사이드에서는 션트가 접지 귀환 경로(ground return)에 있으므로, 부하의 접지가 전원 접지보다 센스 전압만큼 올라갑니다. 로우사이드 센싱은 이런 접지 교란을 허용할 수 있고 비용이 중요한 설계에 알맞으며, 허용할 수 없을 때는 하이사이드 센싱이 낫습니다 [Texas Instruments, System Trade-offs for High- and Low-side Current Measurements]. 하이사이드에서는 션트의 두 단자가 모두 전원 전압 근처에 있으므로, 증폭기는 입력에서 그 전압을 받아들여야 합니다. 전류 센스 증폭기는 로우사이드용, 하이사이드용, 또는 둘 다에 쓰도록 규격이 정해져 있습니다 [Texas Instruments 2023] [Analog Devices, LTC6101/LTC6101HV].

패드, 납땜, 켈빈 연결

수 밀리옴 이하의 션트에서는 납땜 저항이 센스 소자 저항의 상당 부분을 차지해 측정 오차를 키웁니다 [O'Sullivan 2012]. 센스 연결이 패드 바깥쪽에 있으면 증폭기는 션트와 패드의 전압 강하를 함께 읽으므로, 측정값이 모든 전류에서 같은 비율만큼 크게 나옵니다.

$$\varepsilon_\mathrm{pad} = \frac{R_\mathrm{pad}}{R_\mathrm{SENSE}}$$

$\varepsilon_\mathrm{pad}$

패드 저항에 의한 오차

$R_\mathrm{SENSE}$

센스 저항(shunt)

$R_\mathrm{pad}$

패드·납땜 저항

션트 센스 경로의 패드와 납땜 저항에 의한 이득 오차✓ 테스트 7개로 검증됨

가정, 표기 규약, 출처

가정

• 센스 연결이 부하 전류와 같은 패드와 납땜을 공유하는 2단자 션트(켈빈 연결 없음)

비고

센스 연결이 $R_\mathrm{SENSE} + R_\mathrm{pad}$에 흐르는 전류를 보므로 측정값이 이 비율만큼 크게 나오며, 이 비율은 션트 값이 작을수록 커집니다. 켈빈 연결은 $R_\mathrm{pad}$를 센스 경로에서 뺍니다

출처

O'Sullivan 2012, solder resistance of milliohm shunts; Kelvin and split-pad sensing; derived here; Analog Devices, LTC6101/LTC6101HV, Kelvin connection of the inputs to the sense resistor

유도

sympy 단계별 유도

수식 id

sense.pad_error · equations.yaml 항목

켈빈 연결은 패드를 센스 경로에서 뺍니다. 4단자 션트를 쓰거나, 2단자 션트를 4패드 (분할 패드, split-pad) 배치에 올립니다 [O'Sullivan 2012]. LTC6101 데이터시트는 전력이 아주 작은 응용을 빼면 센스 저항에 켈빈 연결을 쓰라고 권합니다 [Analog Devices, LTC6101/LTC6101HV, Applications Information].

증폭기, 오프셋, 출력 범위, ADC 앞의 필터는 센스 체인 도구에서 다룹니다.

풀이 예제

켈빈 연결이 없는 작은 션트:

션트 예제

기호	값	구하는 방법
$I_\mathrm{SENSE}$ 션트에 흐르는 전류	10 A	주어진 값
$R_\mathrm{SENSE}$ 센스 저항(shunt)	1 mΩ	주어진 값
$R_\mathrm{pad}$ 패드·납땜 저항	100 µΩ	주어진 값
$V_\mathrm{SENSE}$ 션트 양단 전압	10 mV	전류 센스 저항 양단 전압
$\varepsilon_\mathrm{pad}$ 패드 저항에 의한 오차	0.1	션트 센스 경로의 패드와 납땜 저항에 의한 이득 오차

최대 전류에서도 션트는 10 mV만 만들고, 센스 경로에 들어온 100 µΩ의 패드와 납땜이 측정값을 0.1 크게 만듭니다.

직접 해 보기

▶ 수식 탐색기에서 열기: 션트 센스 경로의 패드와 납땜 저항에 의한 이득 오차
초기값을 가져온 예제 bench-sense

션트 값을 바꿔 보면, 션트가 작을수록 같은 패드가 차지하는 비중이 커집니다. 켈빈 연결은 어떤 값에서든 $R_\mathrm{pad}$를 0으로 만듭니다.

벤치 실습

기판에 실장된 저저항 션트에 크기를 아는 전류를 흘립니다. 양단 전압을 두 번 잽니다. 한 번은 패드 끝에서, 한 번은 션트 자체의 단자(또는 켈빈 패드)에서 잽니다. 각각을 전류와 션트 정격값의 곱과 비교하고, 그 차이로 패드 저항을 어림합니다. 그다음 션트를 접지 귀환 경로에서 전원 쪽으로 옮기고 부하의 접지를 살펴봅니다. 이제는 전류에 따라 움직이지 않습니다.

주의할 점

• 로우사이드 션트는 부하의 접지를 센스 전압만큼 들어 올립니다 [Texas Instruments, System Trade-offs for High- and Low-side Current Measurements]. 부하가 접지 기준 회로로 보내는 신호가 전류에 따라 움직입니다.
• 패드 바깥쪽에서 센싱하면 패드 저항이 션트 저항에 더해져, 모든 측정값에 일정한 비율의 오차가 생깁니다 [O'Sullivan 2012] (패드 오차).
• 하이사이드 션트는 증폭기 입력에 전원 전압을 겁니다. 하이사이드 센싱용으로 규격이 정해진 증폭기를 씁니다 [Texas Instruments 2023].

더 알아보기

• 기술 기사 System Trade-offs for High- and Low-side Current Measurements (SSZTA51) — Texas Instruments · 확인일 2026-09-24
  션트를 접지 귀환 경로에 둘 때와 전원 쪽에 둘 때의 짧은 비교.
• 기술 기사 Optimize High-Current Sensing Accuracy by Improving Pad Layout of Low-Value Shunt Resistors (Analog Dialogue 46-06) — M. O'Sullivan, Analog Devices · 확인일 2026-09-24
  저저항 션트의 납땜이 측정값에 끼어드는 방식과, 이를 빼는 4패드 배치.

퀴즈

1. 2 mΩ 션트에 5 A가 흐릅니다. 센스 전압은 얼마입니까?

   1. 2.5 mV
   2. 10 mV
   3. 100 mV
   4. 0.4 mV
   정답과 해설

   정답: B 옴의 법칙에 따라 5 A × 2 mΩ = 10 mV입니다.

2. 션트의 부담 전압(burden)은 무엇입니까?

   1. 션트의 전력 정격
   2. 증폭기의 오프셋
   3. 션트가 측정 대상 회로에서 가져가는 전압, 곧 센스 전압
   4. ADC의 오차
   정답과 해설

   정답: C 센스 전압은 신호이면서, 측정 대상 회로가 션트 양단에서 잃는 전압입니다.

3. 로우사이드 션트는 부하에 어떤 영향을 줍니까?

   1. 부하의 전원 전압을 높임
   2. 아무 영향 없음. 션트는 접지 귀환 경로에 있음
   3. 부하를 접지에서 절연함
   4. 부하의 접지를 전원 접지보다 센스 전압만큼 들어 올림
   정답과 해설

   정답: D 접지 귀환 경로가 션트를 지나므로 부하의 접지가 전류에 따라 움직입니다.

4. 하이사이드 센싱이 더 나은 경우는 언제입니까?

   1. 최저 비용이 가장 중요할 때
   2. 전류가 아주 작을 때
   3. 부하의 접지가 움직이면 안 될 때
   4. 없음. 로우사이드가 항상 나음
   정답과 해설

   정답: C 하이사이드 센싱은 션트를 접지 귀환 경로 밖에 두는 대신, 전원 전압에서 동작하는 증폭기가 필요합니다.

5. 1 mΩ 션트를 패드 바깥쪽에서 센싱하고, 패드가 0.05 mΩ을 더합니다. 측정값은 얼마나 벗어납니까?

   1. 5 % 작게
   2. 모든 전류에서 5 % 크게
   3. 0.05 % 크게
   4. 전류에 따라 다름
   정답과 해설

   정답: B 패드 저항을 션트 저항으로 나눈 비율이며, 모든 전류에서 같습니다.

6. 켈빈 연결(Kelvin connection)은 무엇을 합니까?

   1. 션트 저항을 낮춤
   2. 증폭기의 오프셋을 상쇄함
   3. 스위칭 잡음을 거름
   4. 션트 자체의 단자에서 전압을 센싱해 패드와 납땜을 측정값에서 뺌
   정답과 해설

   정답: D 별도의 센스 연결에는 전류가 거의 흐르지 않으므로, 패드 저항이 측정값에 전압을 더하지 않습니다.