INA226 활용 예제 – 고정밀 전력 모니터링 실습

정확한 전력 측정은 전자 시스템의 효율 관리, 안전 확보, 배터리 상태 모니터링, 전류 보호 설계에서 필수적인 요소입니다.
특히 산업용 장비나 고집적 시스템에서는 수십 mA 단위의 전류 변화나 전력 누적량을 실시간으로 측정하고, 이를 바탕으로 동적 전력 제어가 이루어져야 합니다.
이때 필요한 것이 바로 고정밀 전력 측정 IC, INA226입니다.
INA226은 TI에서 개발한 I2C 기반 전력 모니터링 칩으로, 내부에 고속 16비트 ADC를 포함하고 있으며,
전압, 전류, 전력, 누적 에너지까지 동시에 측정할 수 있는 매우 강력한 기능을 제공합니다.
이번 글에서는 INA226의 회로 구성, 셋업 절차, I2C 통신 방식, 아두이노 예제, 실무 적용 팁까지 순서대로 정리해보겠습니다.

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INA226의 주요 특징

INA226은 INA219보다 한 단계 상위 제품으로, 다음과 같은 강점을 가집니다:

• 0.001A 단위까지 측정 가능한 16비트 고해상도 ADC
• 전압 최대 36V까지 측정 가능 (Bus Voltage)
• 전류 및 전력 동시 계산 + 경고 임계값 설정 가능
• 전력 누적량(Energy Accumulation) 계산 가능
• 내부 샘플링 레이트 및 평균값 설정 가능
• I2C 통신 (기본 주소 0x40), 레지스터 직접 제어 가능

이러한 기능은 배터리 기반 시스템, 고속 전력 제어 보드, 서버 전원 분석 장비 등에 매우 유용하게 사용됩니다.

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회로 구성 및 연결 방법

INA226의 기본 회로 구성은 다음과 같습니다:

• VCC: 3.3V 또는 5V 전원
• GND: 공통 접지
• SDA/SCL: MCU의 I2C 포트와 연결 (풀업 저항 4.7kΩ 권장)
• Vin+ / Vin-: 부하와 직렬로 연결된 Shunt 저항 양단 연결

추가적으로 Alert 핀을 MCU의 외부 인터럽트 핀에 연결하면
과전류, 과전압 발생 시 알림 기능을 구현할 수 있습니다.

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샌스 저항 선택 및 계산 공식

INA226은 외부 샌스 저항의 값을 기반으로 전류 및 전력을 계산합니다.

전류 계산 공식: Current = Shunt Voltage / R_Shunt

 

예를 들어, 0.1Ω 저항 사용 시 0.01V 측정 → 0.01V / 0.1Ω = 0.1A
정확도를 높이기 위해 0.5% 이하의 정밀 저항, Low TCR 저항 사용을 권장하며,
전류가 클 경우 발열을 고려한 2W 이상 고정격 저항을 선택해야 합니다.

 

 

 

아두이노에서의 INA226 사용 예제

INA226은 Adafruit INA219처럼 손쉬운 라이브러리가 제공되진 않지만,
I2C로 레지스터에 직접 접근하여 데이터를 읽는 방식으로 구현할 수 있습니다.

기본 코드 흐름 (Wire 라이브러리 사용):

#include <Wire.h>
#define INA226_ADDR 0x40

void setup() {
  Wire.begin();
  Serial.begin(115200);
  // Configuration 레지스터 초기화 (기본값으로 설정)
  Wire.beginTransmission(INA226_ADDR);
  Wire.write(0x00); // Configuration Register
  Wire.write(0x45); // MSB
  Wire.write(0x27); // LSB
  Wire.endTransmission();
}

uint16_t readRegister(uint8_t reg) {
  Wire.beginTransmission(INA226_ADDR);
  Wire.write(reg);
  Wire.endTransmission(false);
  Wire.requestFrom(INA226_ADDR, 2);
  uint16_t val = Wire.read() << 8 | Wire.read();
  return val;
}

void loop() {
  float busVoltage = readRegister(0x02) * 1.25 / 1000.0; // Bus Voltage Register
  float shuntVoltage = readRegister(0x01) * 2.5 / 1000.0; // Shunt Voltage
  float current = shuntVoltage / 0.1; // Rshunt = 0.1Ω

  Serial.print("Bus Voltage: "); Serial.print(busVoltage); Serial.println(" V");
  Serial.print("Current: "); Serial.print(current); Serial.println(" A");

  delay(1000);
}

 

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고해상도 전력 측정 설정

INA226은 측정 해상도와 평균값을 설정할 수 있는 기능을 갖추고 있습니다.
이 기능을 활용하면 측정 노이즈를 줄이고, 저전류 환경에서도 더 정밀한 데이터를 얻을 수 있습니다.

• Configuration Register: 측정 평균(1~1024회), 샘플 시간 설정 가능
• Calibration Register: 샌스 저항 및 Full Scale에 맞춰 보정값 계산 입력

정확한 전류 측정을 위해서는 Calibration 레지스터에 샌스 저항과 예상 최대 전류 기반 계산값을 설정하는 것이 중요합니다.

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Alert 기능과 과전류 보호

INA226의 Alert 핀은 임계값을 설정하면 자동으로 HIGH 또는 LOW로 전환되어
MCU가 외부 인터럽트 핀으로 받아 처리할 수 있습니다.

• ALERT Register: Alert Enable
• MASK/ENABLE Register: 경고 항목 설정 (OV, UV, OC 등)
• Limit Register: 경고 기준 설정 (예: 전류 > 1.5A)

이를 통해 시스템 과부하 감지, 전력 초과 알람, 배터리 이상 상태 감지를 구현할 수 있습니다.

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실무 적용 팁 – EMI & GND 루프 주의

고정밀 센서를 사용할수록 회로 설계의 디테일이 중요합니다.
INA226의 Vin+/Vin- 라인은 반드시 샌스 저항에 최대한 가까운 패턴으로 직결하고,
신호 라인은 디지털 노이즈나 스위칭 회로와 겹치지 않도록 분리해야 합니다.
또한 ADC 오류를 방지하려면 센싱 GND와 시스템 GND를 단일점 접지로 통합하는 것이 권장됩니다.

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INA226은 고급 전력 분석의 핵심 도구입니다

INA226은 단순한 전류 측정 센서를 넘어,
시스템의 전력 흐름을 정밀하게 감시하고, 이상 상태를 사전에 감지할 수 있는 고급 센서입니다.
특히 전력 소모가 중요한 배터리 기반 장치, 서버 전력 보드, 산업용 제어기기에서는
INA226 하나로 전압, 전류, 전력, 경고 시스템까지 모두 통합해 구현할 수 있습니다.
회로 설계만 잘 따라간다면, 고가의 전력 분석기 없이도 MCU + INA226으로 정확한 전력 측정 시스템을 구축할 수 있습니다.