켈빈 구조 저항기의 병렬 사용을 위한 레이아웃 설계

그림 1: 병렬로 연결된 3개의 켈빈 구조 4핀 저항기(이미지 출처: Shenzhen Milliohm Electronic Co., Ltd).

켈빈 구조 4핀 저항기 3개를 병렬로 사용하는 경우, 라우팅 관련하여 우선적으로 고려해야 하는 사항은 '균일한 전류 분배', '전압 감지 간섭 없음', '켈빈 구조의 특성 보존'입니다. 라우팅 원칙과 단계는 다음과 같습니다.

1. 핵심 원칙: 전류와 전압의 경로를 분리하고 대칭성 유지

1. 전류 경로(I+, I-): 두껍고 균일한 대칭의 전류 경로가 주 전류를 전달합니다. 이러한 경로는 두꺼운 전선 또는 구리를 사용하여 연결해야 합니다. 기생 파라미터 차이로 인해 전류가 고르게 분포되지 않아 저항기에 과부하가 걸리는 일을 방지하기 위해, 세 저항기의 전류 경로의 길이와 임피던스는 가능한 한 일정해야 합니다.
2. 전압 감지 경로(V+, V-): 얇고 독립적이며 간섭이 없는 전압 경로는 약한 감지 신호만 전달하므로, 별도의 얇은 전선을 사용하여 연결해야 합니다. 이러한 경로는 저항기의 전압 단자(V+, V-)와 정확하게 연결되어야 합니다. 전류 경로와 전선을 공유하는 것은 금지되어 있습니다(그렇지 않으면 추가 저항이 발생하여 켈빈 구조의 정밀도 장점이 약화됨).

그림 2와 같이 3개의 저항기를 병렬로 사용하는 경우, 나머지 2개의 저항기의 전압 핀은 전기 네트워크 신호로 설정되지 않고 고정용 패드에만 연결된 채로 플로팅 상태로 두기 때문에, 저항기 중 하나의 전압 감지 핀을 사용할 수 있습니다. 병렬 저항기 네트워크에 있는 모든 저항기의 전압 강하가 동일하기 때문에, 병렬로 연결된 저항기 사이에는 공통 전압이 있으며, 이 전압은 병렬로 연결된 모든 부품에 대해 동일합니다.

그림 2: 베어 합금 저항기 계열 - 켈빈 병렬 레이아웃(이미지 출처: Shenzhen Milliohm Electronic Co., Ltd).

2. 구체적인 라우팅 단계 및 세부 정보

1. 저항기 레이아웃: 대칭형 및 소형 설계로 기생 파라미터 감소

   켈빈 저항기 3개를 나란히 놓거나, 간격을 균등하게 하여 조밀한 삼각형으로 배치합니다. 각 저항기가 전류 싱크 및 전압 감지 지점에서 물리적으로 동일한 거리에 있도록 하여, 배선 길이의 변화로 인한 기생 유도 용량 또는 저항 변화를 최소화합니다. 저항기 핀은 중앙 집중식 라우팅을 위해 같은 방향(예: 전류 단자는 바깥쪽을 향하고 전압 단자는 안쪽을 향함)으로 배치해야 합니다.

2. 전류 경로(I+, I-) 라우팅: 버스바 또는 구리 패치를 사용하되 가능한 한 대칭적인 분기를 사용합니다.

   버스바/구리 패치 영역 설계:

   입력(I+): 공통 I+ 버스바(권장 구리 두께 35μm 이상, 총 전류에 따라 계산된 너비(예: 총 전류 100A의 경우 5mm 이상))를 생성합니다. 세 저항기의 I+ 단자를 동일한 길이와 너비(분기 길이 차이 1mm 이하, 균일한 너비)의 분기 전선을 통해 이 버스바에 연결합니다.

   출력(I-): 마찬가지로 공통 I- 버스를 설정합니다. 세 저항기의 I 단자를 길이와 너비가 같은 분기 전선을 통해 이 버스에 연결합니다.

   전류 교차 방지: 전류 경로는 전자파 방해를 줄이기 위해 전압 감지 경로에서 멀리 떨어져 있어야 합니다(큰 전류는 전압 신호를 방해하는 자기장을 생성할 수 있음).

3. 전압 감지 경로(V+, V-) 배선: 독립형 리드를 사용하여 감지 칩에 직접 연결합니다.

독립된 리드: 3개의 저항기 중 하나의 V+ 단자를 별도의 가는 와이어(예: 전류가 매우 낮으므로 너비 0.2mm, 구리 두께 18μm)를 통해 연결합니다. 각 저항기의 V- 단자에도 동일하게 적용됩니다.

짧은 길이 및 직선: 전압 감지 라인은 감김을 방지하고 기생 저항과 잡음을 줄이기 위해 가능한 한 짧아야 합니다.

저항기의 V+ 리드를 I+ 버스(또는 다른 저항의 I+ 단자)에 연결하지 말고, 해당 저항기의 V+ 단자에 정확하게 연결해야 합니다. 마찬가지로, V- 리드는 자체 V- 단자에만 연결해야 합니다.

요약

켈빈 구조의 4핀 저항기 3개를 전자 측정에 사용할 때는 라우팅을 신중하게 고려해야 합니다. 이 블로그에서 안내하는 지침을 잘 따른다면, 몇 가지 일반적인 실수 및 잘못된 측정으로 인한 오류를 방지할 수 있습니다.