NTC 서미스터란?
NTC 서미스터는 온도가 올라가면 저항값이 낮아지는 성질을 가진 전자부품입니다.
NTC는 Negative Temperature Coefficient(음의 온도 계수)의 머리글자를 딴 것으로 온도와 저항이 음의 상관관계가 있다는 뜻입니다. 서미스터(영문: Thermistor)는 Thermal Sensitive Resistor ‘열에 민감하게 반응하는 저항체’에서 파생된 단어입니다. 저항체를 피측정체에 접촉시켜 전기 저항의 차이로 온도를 측정할 수 있는 부품을 말합니다. 저항체에는 금속 산화물 반도체를 사용하는 것이 특징입니다.
NTC 서미스터는 재료가 저렴하고 가공이 용이해 서미스터 중에서도 가장 범용성이 높습니다. 미세한 온도 변화에도 저항값이 변하기 때문에 정밀도가 높은 서미스터입니다. 우리 주변의 가전제품이나 산업기기 등에 널리 활용되고 있습니다.
저항값의 차이를 감지하여 온도 센서로 활용되고 있습니다. 리드형, 칩형, 디스크형, 박막형 등이 있습니다.
NTC 서미스터의 사용 용도
NTC 서미스터는 저렴한 특성으로 인해 산업용부터 가전제품까지 폭넓게 사용됩니다. 주로 온도 센서로 활용되고 있으며, 그 예는 다음과 같습니다.
- 스마트폰의 내부 온도 감지
- 전자 기판의 돌입 전류 저감
- 전자체온계의 온도 측정
- 진공청소기 모터 온도 모니터링
- 냉장고의 온도 감지
1. 스마트폰에 적용
스마트폰은 열에 약한 부품이나 열에 의해 정확도가 떨어지는 부품이 사용되기 때문에 열이 쌓이지 않도록 하는 것이 중요합니다. 그래서 내부 온도 변화를 NTC 서미스터가 감지하여 IC에 정보를 전달합니다. 실온을 측정하는 것뿐만 아니라 회로의 안정화 및 고장을 방지하기 위해 과열로부터 회로를 보호하는 온도 보호 소자로도 활용됩니다.
2. 돌입 전류 감소
전기-전자기기에서 전원을 켤 때 일시적으로 정상 전류값을 넘어 큰 전류가 흐르는 경우가 있습니다. 이 전류를 돌입전류라고 합니다. 돌입전류의 발생 원인으로는 대용량 커패시터의 초기 충전 등을 들 수 있습니다.
NTC 서미스터의 저온 시 고저항 값을 이용하여 전원 인가 시 돌입전류 억제에 사용되는 경우가 있습니다. 전류 부하에 의해 서미스터의 온도가 상승하면 저항값이 감소하여 전력도 마찬가지로 감소합니다.
통전에 의한 온도 상승으로 저항값이 낮아지기 때문에 고정 저항을 사용하는 것보다 전력 손실을 줄일 수 있습니다. 따라서 NTC 서미스터는 돌입전류를 간편하고 효과적으로 제한하는 ICL(Inrush Current Limiter: 돌입전류 제한기)로서 전자기기의 회로 보호에 사용됩니다.
3. 온도 측정 회로
NTC 서미스터는 온도 측정 회로로 널리 사용되는 부품입니다. 온도 변화를 저항값 변화로 감지하는 부품이기 때문에 다른 저항기와 함께 사용하는 경우가 많습니다. 가장 많이 사용되는 회로 구성은 정전압 소스에 풀업 저항 또는 풀다운 저항을 통해 서미스터를 연결하여 사용하는 방법입니다.
NTC 서미스터의 원리
NTC 서미스터의 주성분은 세라믹이며, NTC 서미스터는 망간, 니켈, 코발트 등의 산화물을 혼합 및 소결한 반도체 세라믹에 전극을 부착한 것입니다. 도핑 물질에 따라 N형 반도체와 P형 반도체가 있습니다.
일반적으로 온도가 상승하면 자유전자와 정공의 이동 속도는 작아집니다. 그러나 NTC 서미스터는 원자가대 전자가 열에너지를 받아 전도체로 이동하고, 전도체 내 자유전자와 정공이 증가하는 비율이 더 커서 저항이 작아집니다. 온도가 올라가면 저항값이 기하급수적으로 낮아지는 특성을 가지고 있으며, 저항온도계수는 1℃당 3~5% 정도 낮아지는데, NTC 서미스터는 저항값이 완만하게 낮아지는 것이 특징입니다.
NTC 서미스터를 만들기 위해서는 원료인 산화물을 균일하게 혼합하여 800℃~1,000℃에서 가성소성합니다. 이를 분쇄한 후 입자의 크기를 성형에 적합한 크기로 키워 최종 모양으로 성형하고 1,300~1,500℃에서 소성합니다. 마지막으로 전극을 형성하고 에폭시 수지로 외장하여 완성합니다.
NTC 서미스터 선택 방법
NTC 서미스터는 용도, 치수, B상수, 저항값 등에 따라 선택합니다. 용도는 NTC 서미스터를 사용하는 용도입니다. 차량용, 전자기판 실장용 등이 있습니다. 치수와 함께 실장하는 장면에 따라 선정합니다.
B상수는 온도 변화에 대한 저항값의 기울기로, NTC 서미스터의 재료 배분에 따라 달라지며, B상수가 클수록 온도에 따른 저항 변화가 커집니다. 따라서 B 상수가 큰 제품은 고감도, 작은 제품은 저감도를 나타냅니다.
저항값은 실온(25℃)에서의 정상 저항값입니다. 일반적으로 저온 환경에서는 저항값이 작은 제품을 선택하고, 고온 환경에서는 저항값이 큰 제품을 선택합니다.