PTC 서미스터란?
PTC 서미스터는 일정 온도 이상에서 저항값이 급상승하는 전자부품입니다.
PTC는 Positive Temperature Coefficient (Positive Temperature Coefficient)의 머리글자를 딴 것으로, 온도와 저항이 양의 상관관계가 있다는 뜻이다. 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 말한다. 저항체에는 금속 산화물 반도체를 사용하는 것이 특징입니다.
또한 PTC 서미스터를 사용한 과전류 보호 장치를 리셋 가능 퓨즈라고 합니다. 관형 퓨즈나 블레이드 퓨즈는 한번 끊어지면 교체해야 하는 합금 소자를 사용하기 때문에 일반 퓨즈와는 원리가 다릅니다.
리셋 가능 퓨즈는 회로에 과전류가 흐르면 PTC 서미스터가 고온이 되어 저항값이 높아져 전류값이 제한됩니다. 과전류 발생 원인이 제거되면 PTC 서미스터의 온도가 낮아져 저항값이 낮아집니다. 따라서 복귀 가능한 퓨즈로 활용됩니다.
PTC 서미스터의 사용 용도
PTC 서미스터는 전자 기판 등에 사용되며, 가전제품부터 산업용까지 폭넓게 사용됩니다. 다음은 PTC 서미스터의 사용 용도의 일례입니다.
- 스마트폰 등의 과전류 및 과부하 보호
- 소형 모터의 과부하 보호
- 전기 카펫 및 전기 히터
- 모터 및 전력 반도체의 과부하 보호 기능
PTC 서미스터는 온도가 낮을 때는 저항값이 낮지만, 과전류로 인해 과열되면 저항값이 급상승합니다. 이 메커니즘을 통해 전기 회로의 과전류 보호에 사용됩니다. 내장되는 회로는 히터 회로, 전자통신기기 등입니다.
또한, 전력 반도체나 모터 등을 사용할 때는 과열 보호를 고려해야 합니다. 이때 PTC 서미스터가 사용됩니다. 과열로부터 보호하기 위해 배열용 방열판이나 모터 권선 등과 PTC 서미스터를 물리적으로 열결합하여 사용합니다.
PTC 서미스터의 특성에서 저항값이 증가하는 것을 이용하여 과열을 감지하여 동작을 정지시키거나 전원을 차단하는 형태로 회로를 구성합니다.
PTC 서미스터의 원리
PTC 서미스터는 크게 3가지 특성을 가지고 있습니다.
1. 저항 온도 특성
저항값이 실온에서 퀴리점(실온의 2배 정도의 저항값을 나타내는 온도)까지는 거의 일정하며, 퀴리점을 넘어가면 저항값이 급격히 상승합니다. 이러한 특성으로 인해 전자회로의 과열을 빠르게 감지하여 회로 전류를 제한함으로써 전자부품의 고장을 방지할 수 있습니다.
2. 정적 특성 (전압 전류 특성)
퀴리점을 넘기 전까지는 전압의 상승에 비례하여 전류도 상승합니다. 퀴리점을 넘으면 서미스터 자체의 저항값이 상승하기 때문에 전류값은 감소합니다. 즉 일정한 전력을 유지합니다. 전압전류 특성은 산 모양으로 그래프가 형성되는 것이 특징입니다.
3. 동적 특성 (전류 시간 특성)
PTC 서미스터의 전류 시간 특성은 시간이 지남에 따라 전류 값이 감소하는 것이 특징입니다. 통전 직후에 큰 전류를 흘릴 수 있는 특성을 이용하여 모터 기동 등에 사용됩니다.
PTC 서미스터의 종류
PTC 서미스터는 크게 폴리머계와 세라믹계의 두 가지로 나뉩니다.
1. 폴리머계
폴리머계는 폴리에틸렌 등의 고분자 재료에 전도성 입자를 혼합하여 제조되는 PTC 서미스터입니다. 전도성 입자에는 카본블랙이나 니켈 등이 사용됩니다.
머리글자를 따서 PPTC라고도 한다. 리셋 가능 퓨즈는 폴리스위치 등으로도 불리는데, 이 명칭은 폴리머에서 유래한 것이다. 과전류 보호 용도로만 사용되는 PTC 서미스터입니다.
2. 세라믹계
바륨 티타네이트에 미량의 희토류 원소를 첨가한 세라믹을 재료로 하는 PTC 서미스터입니다. 첨가제의
양과 종류를 조절하여 퀴리 온도를 조절합니다. 과전류 보호뿐만 아니라 소자 회로 및 자기 제어형 발열체에도 사용됩니다.