전압이 맞는다는 말의 범위
전압 V는 두 점 사이 전위차이며 단위는볼트(V), 전류 I는 전하 흐름이며 단위는암페어(A)다. 기호V와 단위V가 같은 글자이므로 식에서는 문맥을 확인한다. 직류의 일정한 운전점에서 전기적 동력은 P=VI이며 단위는와트(W)다. 12V에서2A를 쓰는 부하는24W를 받는다. 실제 스위칭 파형에서는 순간 전압과 전류의 곱을 시간에 걸쳐 다루므로 단순 평균값의 곱이 항상 정확한 동력은 아니다. 여기서는 일정한 교육용 직류 부하 모델만 계산한다.
‘12V 장치’라는 이름만으로 호환 판정을 끝내면 안 된다. 권장 동작 범위·전원 변동·극성·단자·허용 과도전압을 확인한다. 절대 최대값은 정상 운전을 권장하는 값과 다르다. 모터 전원과 논리 핀 전압도 다른 항목이다. 모터 전원이12V라고 명령 핀에12V를 넣는다는 뜻은 아니다. 논리 신호에는 입력 high/low 기준과 최대 허용 전압이라는 별도 계약이 있다.
정전압 전원의 ‘최대5A’는 모든 부하에5A를 강제로 흘린다는 뜻이 아니다. 부하와 동작 조건이 요구하는 전류가 있고, 전원은 정해진 범위에서 그것을 제공한다. 부족하면 전압이 내려가거나 제한·재시작·차단 등 제품별 보호 동작이 나타날 수 있다. Pololu의 전원/드라이버 설명은 전압 범위·전류 한계·열 조건을 서로 나누어 읽는 제조사 사례다. 그 제품의 권장치를 이 단위의 가상 장치로 옮기지는 않는다.
연속과 순간에는 시간 조건이 붙는다
연속 전류는 정해진 주변 온도·냉각·설치 조건에서 지속 가능한 전류 범위와 관련된다. peak 전류는 특정 시간과 반복 간격, 열 조건에서만 허용되는 경우가 있으므로 숫자 하나로 읽지 않는다. ‘연속5A,peak8A/100ms’는8A를 계속 사용해도 된다는 뜻이 아니다. 해당 조건이 명시되지 않았다면 허용 지속 시간을 만들어내지 않는다.
모터의 무부하 전류는 부하가 없는 특정 운전점이다. 기동·부하 증가·회전 제한에서 더 큰 전류가 필요할 수 있다. 드라이버가 전류를 제한한다면 예상 토크와 가속도도 달라질 수 있다. 또한 모터 권선 전류와 전원 입력 전류는 PWM·변환 효율 등 때문에 항상 같지 않다. 따라서 다음 계산에서는 모두 동일12V 전원 입력 측에서 주어진 값이라고 명시한다. 실제 모터가 이 숫자를 사용한다고 주장하지 않는다.
가상 시스템의 두 드라이버 입력이 각각 정상1.5A·동시 과도4A를 쓰고, 센서가12V에서0.5A를 쓴다고 하자. 별도5V 연산 장치가2A를 쓰며12V→5V 변환 효율η=0.8로 일정하다고 가정한다. η는 출력 동력/입력 동력인 무차원 비율이다. 연산 장치 출력 동력은5×2=10W, 변환기 입력은10/0.8=12.5W,12V 측 입력 전류는12.5/12≈1.042A다. 서로 다른 전압의2A를12V 부하 전류에 그대로 더하면 틀린다.
정상12V 총전류는1.5+1.5+0.5+1.042≈4.542A,총동력은54.5W다. 동시 과도는4+4+0.5+1.042≈9.542A,114.5W다. 가상 전원이12V·연속6A·peak10A/100ms를 명시하고 부하 과도가200ms 지속된다면 정상 계산은6A보다 작지만 과도 지속 조건은 충족하지 않는다. 평균이 낮다는 이유로 부족한100ms를 없앨 수 없다. 그렇다고 이 표만으로 실제 전원이 반드시 고장 난다고 단정하지도 않는다. 문서상 충분함을 입증하지 못했다는 판정이다.
기준 전위도 전류 경로의 영향을 받는다
회로의 신호 기준으로 부르는 GND는 신호가 기준 삼는 전위다. 보호 접지(PE), 섀시, 신호 기준, 절연된 회로의 기준은 같은 말이 아니다. ‘접지를 모두 연결하면 해결’이라는 일반 명령으로 바꾸지 않는다. 실제 연결은 제품의 절연·보호 구조와 관련되어 문서 및 설계 검토가 필요하다.
그림 M03.04-1. 각 칸은 서로 다른 역할/근거다. 나란히 비교할 항목이며 위아래가 시간 순서를 뜻하지 않는다. 직접 제작한 개념도이며 본문의 조건과 함께 읽는다.
가상 공통 귀환 경로의 저항 R이0.05Ω이고 전류가4A라면, 저항성 모델의 전위차는 ΔV=IR=0.2V다. Ω는옴이다. 이 경로를 큰 모터 전류와 작은 센서 신호가 공유하면 센서가 생각하는 기준이 달라질 수 있다. 변화가 빠른 실제 경로에는 인덕턴스와 결합도 중요해서 이 저항 계산만으로 모든 노이즈를 설명하지 못한다. TI의 모터 드라이버 배치 자료는 공유 임피던스와 전류 귀환 경로를 다룬다. 여기서는 회로 수정 지시가 아니라 왜 ‘GND’ 글자 하나로 동일 전위를 보장할 수 없는지 이해한다.
공급 경로 전체의 가상 저항이0.1Ω이고 총전류4.542A라면 전압 강하 크기는 약0.454V다. 소스12V에서 부하까지의 이 단순 모델 전압은 약11.546V다. 부품의 동작 하한이11.7V라면 명목 전압12V만 보고 통과시킬 수 없다. 과도 응답·배선/커넥터·열·돌입·회생 에너지 처리·보호 조건까지 검토해야 실제 설계 판단이 가능하다. 계산 통과와 실제 정격/안전 보장은 다른 증거 단계다.