프로그래머블 DC 소스 싱크는 거의 언제나 4사분면이 아닌 2사분면 장비입니다. 출력 극성은 고정한 채 전류의 방향만 반전시킵니다. 바로 이 한 가지 차이가, 견적서에 올라온 장비가 귀사의 배터리·EV·인버터 시험 계획을 소화할 수 있는지를 결정합니다 — 그런데 데이터시트는 이 구분을 늘 흐려 놓습니다.
이 글의 목적은 하나입니다. 용어 사이의 경계를 긋는 것. 먼저 기계적 정의, 다음으로 사분면 지도, 그리고 전류 0 지점에서 자사가 직접 측정한 크로스오버 데이터를 다룹니다. 제품 비교나 모델 번호 해독은 전혀 다루지 않습니다.
소싱인가 싱킹인가 — 기계적 판별법
Rohde & Schwarz는 이를 한 문장으로 정리합니다. 전류가 플러스 전압 단자 안쪽으로 흐른다면, 그 전원공급장치는 전자 부하로 동작하는 것입니다. 소싱이 아니라 싱킹입니다. 전면 패널에는 음수 전류 값으로 표시됩니다. R&S는 또한 외부에서 인가된 전압이 설정된 정격 전압을 넘어서는 순간 이 현상이 일어나며, 2사분면·4사분면 장비는 모드를 자동으로 전환한다고 밝힙니다 — 명령도, 릴레이도, 작업자의 조작도 필요 없습니다.
따라서 전류 싱크 DC 전원공급장치는 별개의 제품 범주가 아닙니다. 전류 화살표가 반대로 향한 채 동작하는 동일한 출력단일 뿐입니다. ActionPower는 같은 개념을 전력의 부호로 설명합니다. P = V × I, P가 양수면 소스, 음수면 싱크입니다.
네 개의 사분면, 쉬운 말로
ActionPower의 Powerpedia 항목은 한 축에 전압, 다른 축에 전류를 두고 평면을 정리합니다. 다음과 같이 읽으면 됩니다.
- QI — 양(+) 전압, 양(+) 전류. 정방향 소스. 일반적인 단극성 전원공급장치는 이 영역을 결코 벗어나지 않습니다.
- QII — 음(−) 전압, 양(+) 전류. 싱크. 전력이 음수이며, 장비는 반전된 전압 극성 하에서 에너지를 흡수합니다.
- QIII — 음(−) 전압, 음(−) 전류. 역방향 소스. 에너지는 여전히 밖으로 흐르지만 극성이 반전되어 있습니다. ActionPower는 op-amp 레일과 모터 드라이버 시험을 사용 사례로 듭니다.
- QIV — 양(+) 전압, 음(−) 전류. 회생 싱크. 극성은 양(+)으로 유지되고 전류가 반전됩니다. 배터리 충전과 인버터 제동 에너지가 바로 여기에 해당합니다.
여기서 구매자들이 놓치는 핵심이 나옵니다. 배터리·EV·계통 관련 작업에는 QI과 QIV만 있으면 됩니다. 시험 대상(DUT)의 극성은 절대 바뀌지 않습니다 — 400 V 팩은 충전하든 방전하든 +400 V입니다. 따라서 필요한 장비는 2사분면 양방향 DC 소스 및 싱크이며, QII과 QIII에 비용을 지불하는 것은 시험 계획상 결코 진입하지 않을 하드웨어를 사는 셈입니다.
2사분면 대 4사분면 전원공급장치: 극성 반전이 정말 필요한 경우
2사분면 대 4사분면 전원공급장치 문제의 답은 간단합니다. DUT 단자에 실제로 음(−) 전압이 걸리는 경우에만 4사분면을 지정하십시오. 15년간 견적을 내면서 이 조건에 해당하는 경우는 세 가지였습니다.
- 양극성 아날로그 작업 — op-amp와 혼성신호 프런트엔드를 위해 0 V 교차점을 넘나들며 스윕하는 ±15 V 또는 ±30 V 레일. R&S는 이를 1사분면과 3사분면에서 동작하는 양극성 전원공급장치라고 부릅니다.
- 하나의 단자 쌍에서 권선을 양방향으로 구동하고, 제동 전류가 반대 극성으로 되돌아오는 모터 및 코일 구동.
- 역극성 가혹 시험 — 배터리 관리 시스템이나 충전기 입력에 의도적으로 음(−) 전압을 인가해 보호 회로가 동작하는지 검증하는 경우.
그 외에는 모두 2사분면입니다. 800 V EV 팩, 1500 V 스트링 인버터, 또는 PCS를 시험한다면 양(+) 극성에 고정된 소스 싱크 시스템으로 전체 프로파일을 커버할 수 있습니다. 4사분면은 데이터시트가 더 그럴듯해 보인다는 이유가 아니라, 근거에 따라 포함 여부를 결정하십시오.
출력 임피던스 — 함께 챙겨야 할 사양
R&S는 함께 문의할 만한 관련 기능을 짚습니다. 바로 조정 가능한 출력 임피던스입니다. 실제 배터리는 방전될수록 내부 저항이 상승하는데, 임피던스가 거의 0으로 고정된 전원공급장치는 그 전압 강하를 재현하지 못합니다. R&S는 NGL200, NGM200, NGU201에서 이 기능을 제공한다고 밝힙니다. 프로그래머블 DC 소스 싱크가 단순히 셀에 전원을 공급하는 것이 아니라 셀을 대신해야 하는 경우라면, 이 항목을 명시적으로 요청하십시오.
전류 0에서의 크로스오버 — 자사 장비 실측값
이것은 아무도 공개하지 않지만 모든 배터리 시험실에 필요한 사양입니다. 크로스오버란 전류가 0을 통과해 충전에서 방전으로 넘어갈 때 출력이 보이는 거동을 말합니다. 500 kHz 전류 프로브로 단자에서 측정한 자사 수치는 다음과 같습니다.
- 충전 → 방전 전환 시간: 전체 스케일 전류에서 2 ms 미만, 750 V 급에서 일반적으로 1.2 ms.
- 전류 0에서의 불감대: 없음. 0 A를 통과하는 동안에도 제어가 연속적이며, 루프가 조절을 멈추는 ±1 % 구간이 존재하지 않습니다.
- 릴레이 절환: 전력 경로 내에 없음. 크로스오버는 컨택터가 아니라 컨버터의 제어 루프가 처리합니다. 출력 릴레이는 정지 시 절연 용도로만 사용되므로, 크로스오버가 기계적 수명을 소모하지 않습니다.
- 계통으로의 회생 효율: 부하 50–100 %에서 측정 시 93–95 %, 부하 20 % 미만에서는 약 88 %까지 하락.
- 전 범위 2사분면: 360 V부터 2250 V까지 모든 급이 2사분면 소스-싱크입니다. 4사분면 제품은 없으며, 이 범위에서 극성 반전은 제공하지 않습니다.
스텝 구간에서의 전압 회복은 200 A에서 설정값의 1 % 미만이며, 5 ms 이내에 정정됩니다. 저희가 취급하는 대부분의 배터리 견적에서는 이 수치들이 최대 출력보다 더 중요합니다.
불감대가 문제가 된 실제 사례
한 고객사가 ±0.5 A 불감대를 가진 경쟁사 캐비닛에서 100 Ah LFP 모듈을 시험했습니다. 프로파일은 CC 스텝이었습니다. 50 A로 충전한 뒤 휴지 없이 곧바로 50 A로 방전. 불감대 안에서 제어 루프는 약 40 ms 동안 유휴 상태였습니다. 팩은 개방 회로 상태로 머물렀지만 쿨롱 카운터는 계속 적분했고, 그 결과 사이클마다 약 0.5 mAh의 가짜 충전량이 기록되었습니다. 600 사이클에 걸쳐 용량 열화 곡선은 1.8 % 어긋났고 — 애초에 셀과는 무관한 사내 합격 기준을 탈락시키기에 충분한 수치였습니다. 연속 크로스오버가 이 문제를 없앴습니다.
사양서에 적어야 할 내용
네 줄이면 어떤 공급업체와도 정리가 끝납니다. 전화가 아니라 서면으로 요청하십시오.
- “2사분면(QI/QIV)입니까, 4사분면(QI–QIV)입니까?” — ‘양방향’이라는 단어가 아니라 사분면 번호를 답하도록 강제하십시오.
- “0 A에서의 불감대는 암페어 또는 전체 스케일 대비 % 로 얼마입니까?” — 숫자, 또는 제어가 연속적이라는 서면 진술을 받으십시오.
- “충전에서 방전으로의 전환 시간은 얼마이며, 몇 암페어 기준입니까?”
- “크로스오버 중 전력 경로에 릴레이나 컨택터가 있습니까 — 예/아니오?”
공급업체가 첫 번째 질문에 “양방향입니다”라고 답한다면, 아무것도 알아낸 것이 없습니다. 그 단어는 두 구조 모두를 포괄하기 때문입니다. 자사 데이터시트 및 자료실은 모든 급에 대해 사분면 조합을 명시적으로 기재합니다.
자주 묻는 질문
양방향 전원공급장치가 4사분면 전원공급장치와 같은 것인가요?
아닙니다. 양방향은 전류의 방향을 가리킵니다. 4사분면은 여기에 전압 극성 반전이 더해집니다. 360 V부터 2250 V까지 자사가 제작하는 모든 급을 포함해, 대부분의 양방향 장비는 2사분면입니다.
장비가 싱크 중인지 어떻게 확인하나요?
전류의 부호를 보십시오. R&S에 따르면, 플러스 단자로 흘러 들어가는 전류는 음수 값으로 표시됩니다. 설정값보다 높은 외부 전압을 인가하면 계측값이 저절로 음수로 바뀝니다.
불감대는 항상 문제가 되나요?
폐루프 제어 상태에서 프로파일이 0을 교차하는 경우에만 해당합니다 — 배터리 사이클링, 주행 사이클 재현, HIL 등입니다. 방향이 반전되지 않는 정상 방전이나 정상 충전에서는 전혀 드러나지 않습니다.
모터 드라이브 시험에 4사분면이 필요한가요?
DC 버스에서는 대개 필요 없습니다. 버스는 양(+)으로 유지되고, 회생 제동 전류는 QIV로 되돌아옵니다. 4사분면이 필요한 경우는 DUT 단자 자체에 음(−) 전압이 걸릴 때뿐입니다.
이 용어들을 발주서에 반영하기
가격을 비교하기 전에 용어부터 확정하십시오. 소스와 싱크는 고정된 극성에서의 전류 방향을 나타내고, 사분면은 극성까지 함께 나타냅니다. 자사 양방향 DC 전원공급장치 사양 용어집은 각 용어를 대응하는 사분면과 함께 정의하므로, 경쟁사 데이터시트를 1분 만에 확인할 수 있습니다. 이어서 양방향 및 회생형 DC 제품군에서 급별 크로스오버 및 회생 수치를 확인하실 수 있으며, 귀사의 전압 급에 대한 실측 파형이 필요하시면 견적 문의를 남겨 주십시오 →
