NTC 및 PTC 서미스터 특성 알아보기

 

서미스터란 무엇일까요? 이름을 살펴보면 무엇인지, 어떤 일을 하는지 명확히 알 수 있습니다. 서미스터는 열 저항기라는 의미입니다. 저항값을 변경하여 온도(주변 온도 포함) 변화에 대응하는 소형 전자 장치입니다. PTC 서미스터는 온도가 올라가면서 Curie Point에 도달하면 저항값이 급격히 올라가는 전자부품으로 다양한 제품에서 사용되고 있습니다.

 

어떤 원리로 작동될까요? 서미스터에는 크게 NTC와 PTC의 두 가지 유형이 있습니다. 각 유형은 특정한 방식으로 온도에 반응하는 서로 다른 소재로 되어 있습니다.

 

NTC, 즉 반비례 온도 계수 서미스터의 경우 온도가 올라가면 저항값이 내려갑니다. 회로에 적합한 정격을 가진 서미스터를 선택하면 인라인 유입 전류 제한기로 사용하기에 적합할 수 있습니다. 처음에는 높은 저항으로 시작한 다음 유입 전류가 들어와 서미스터 온도가 급증하고 유입 전류가 급증하면 저항값이 더 낮은 전력 손실 수준으로 감소합니다. 그러면 서미스터는 정상적인 회로 전류가 흐르는 동안 낮은 전력 손실 수준을 유지하기에 충분한 온도 수준에서 유지되어 전력 손실이 더 낮아지지 않는 설정값 저항기보다 적합합니다. 회로 내 온도 감지 소자로도 흔히 사용됩니다.

 

PTC, 즉 정비례 온도 계수 서미스터의 경우 온도가 올라가면 저항값이 올라갑니다. 인라인 리셋 가능 퓨즈로 흔히 사용됩니다. 퀴리 온도 또는 스위칭 온도에 도달하면 저항이 빠르게 증가하기 때문에 고전류 시나리오에 대처하기 적합합니다. PTC 서미스터는 퀴리 또는 스위칭 온도에 도달하기 전에는 온도가 증가함에 따라 저항이 감소한다는 점에서 NTC 서미스터와 유사한 방식으로 작동한다는 점이 특이합니다.

 

서미스터를 선택하기 전에 반드시 알아야 할 것은 전체적인 정격 저항(보통 '실온'으로 간주되는 25°C에서 측정), 어떤 온도에서 어떤 저항을 증가시켜야 하는지, 어떤 온도에서 저항을 얼마나 올려야 하는지, 저항을 얼마나 많이, 얼마나 빠르게 올려야 하는지, 그리고 작동 온도, 저항 허용 오차 범위(정확도) 등의 다양한 기타 정보 등이 있습니다. 이러한 다양한 정보는 부품 사양 내 제조업체 규격서와 온도 계수를 보여주는 그래프에서 확인할 수 있습니다. 

 

특징

 

PTC 서미스터의 재료는 타이타늄산바륨(BaTiO3) 산화물을 소성한 세라믹입니다. 타이타늄산바륨(BaTiO3) 은 Curie 온도부근에서 결정 구조를 변화시키며 온도에 따라 전기 쌍극자와 산소 이온이 전자의 흐름을 조절하여 저항값이 바뀝니다.

 

 

세라믹 PTC의 SEM이미지

 

저항 온도 특성

 

PTC 서미스터의 저항값은 아래 그림과 같이 Curie Point에 도달하면 급격하게 상승합니다. Curie Point는 일반적으로 25℃에서의 저항값의 2배에 해당하는 온도를 뜻합니다. 온도가 높아지면 저항이 상승하는 원리를 사용해서 과전류보호 및 과열감지에 사용되고 있습니다.

 

 

 

적용 예시 및 작동원리

 

 

 

 

PTC는 과전류보호 및 과열감지에 사용되고 있으며 스마트폰, 노트북, 서보모터 등 급작스러운 열과 전류로부터 회로 및 기기를 보호하기 위해 사용되고 있습니다.

 

위의 그림은 과열감지 때 PTC의 작동원리입니다. IC 근처에 설치된 PTC가 이상 발열을 감지하여 저항값이 높아짐에 따라 게이트 쪽으로 전류가 흐를 수 없게 됩니다.

 

다음 그림은 과전류감지 때 PTC의 작동원리 입니다.

 

 

 

 

쇼트 및 과전류 발생 시 저항값이 상승하여 Output Terminal쪽으로 전류가 흐를 수 없도록 하고 있습니다. 회로가 정상상태가 되면 PTC의 저항값은 서서히 떨어져서 25℃의 저항값으로 돌아오게 됩니다. 이처럼 Murata의 PTC Thermistor는 reset table 한 특성이 있습니다.