PTC 서미스터의 가장 실용적이고 보람 있는 응용 분야 중 하나는 재설정 가능한 과전류 보호 회로를 만드는 것입니다. 새로운 프로젝트를 보호하는 취미 활동가든 설계에 안전을 추가하는 엔지니어든, PTC를 "폴리퓨즈"로 사용하는 것은 간단하고 매우 효과적입니다. 이 가이드는 전자 제품을 보호하는 간단한 회로의 설계 및 구현 과정을 안내합니다.
목표: 과전류로부터 부하 보호
우리의 목표는 결함이나 단락으로 인해 너무 많은 전류가 흐르려고 할 때 귀중한 부하(예: 모터, 센서 또는 마이크로컨트롤러 보드)가 손상되지 않도록 보호하는 것입니다.
왜 PTC인가요? 일회용 퓨즈와 달리 PTC 서미스터는 고장이 해결되고 식으면 자동으로 재설정되므로 계속해서 교체할 필요가 없습니다.
1단계: 올바른 PTC 서미스터 선택
올바른 부품을 선택하는 것이 설계 작업의 90%를 차지합니다. 제조업체의 데이터시트(TDK, Murata, Bourns 등)를 참고하여 다음과 같은 주요 매개변수를 확인해야 합니다.
유지 전류(I <sub> hold </sub> ): 회로가 정상적으로 작동하는 최대 전류입니다. PTC는 이 전류가 트립되지 않고 무한정 흐를 수 있도록 허용해야 합니다. 회로의 정상 작동 전류보다 약간 높은 유지 전류 정격을 가진 PTC를 선택하십시오.
예: 부하가 일반적으로 500mA를 소모하는 경우 I <sub> 홀드 </sub> 가 550mA 또는 600mA인 PTC를 선택하세요.
트립 전류(I <sub> 트립 </strong> ): PTC가 고저항 상태로 트립되는 최소 전류입니다. 이는 일반적으로 특정 온도에서 발생하며, 20°C 또는 25°C로 지정되는 경우가 많습니다.
참고: 트립 전류는 항상 유지 전류보다 상당히 높습니다(종종 2배).
최대 전압(V <sub> max </sub> ): PTC가 트립 상태에서 아크 발생이나 절연 파괴 없이 견딜 수 있는 최대 전압입니다. 이 전압이 전원 공급 장치 전압보다 높은지 확인하십시오.
최대 전류(I <sub> max </sub> ): PTC가 파괴되지 않고 견딜 수 있는 절대 최대 고장 전류입니다.
저항(R <sub> min </sub> /R <sub> max </sub> ): 20°C에서의 초기 저항입니다. 저항이 낮을수록 정상 작동 중 전력 손실과 전압 강하가 적습니다.
2단계: 회로 설계
회로 자체는 놀라울 정도로 간단합니다. PTC 서미스터는 양의 전원 레일 의 부하와 직렬로 연결됩니다.
작동 원리:
정상 동작: 전류는 V <sub> CC </sub> 에서 PTC(저저항)를 거쳐 부하로 흐른 후 다시 GND로 돌아옵니다. PTC 양단의 전압 강하는 최소입니다(V <sub> 전압 강하 </sub> = I * R <sub> PTC </sub> ).
고장 상태(과전류/단락): 과도한 전류가 흐르면서 PTC가 가열됩니다. PTC는 퀴리점에 빠르게 도달하여 "트립"되어 저항이 1000배 이상 증가합니다. 이렇게 높은 저항은 회로의 전류를 매우 작고 안전한 전류(I <sub> 누설 </sub> )로 제한하여 부하를 보호합니다.
재설정: 고장이 해결되고(예: 단락 회로가 수리됨) 전원이 다시 공급되면 PTC가 냉각됩니다. 저항은 낮은 값으로 떨어지고 회로는 자동으로 정상 작동을 재개합니다.
3단계: 실제 고려 사항 및 레이아웃
배치: PTC를 전원 입력 커넥터에 최대한 가깝게 배치하세요. 이렇게 하면 하류의 모든 부품이 보호됩니다.
환경: 트립 시간은 주변 온도의 영향을 받습니다. 온도가 높은 환경에서는 PTC가 낮은 전류에서 트립될 수 있습니다.
전력 소모: PTC가 트립된 상태에서는 상당한 전압 강하(전원 공급 전압에 가까운 수준)가 발생합니다. 이는 PTC가 열을 방출한다는 것을 의미합니다(P = V * I). 이러한 가열과 그에 따른 냉각을 위해 PTC 주변에 충분한 공간을 확보하여 설계하십시오.
정밀성 부족: 이 제품은 정밀 전류 제한 회로가 아닌 견고하고 고장에 강한 보호 시스템입니다. PTC가 재설정될 때까지 부하에 전원이 공급되지 않습니다.
예시 시나리오
일반적으로 0.5A를 소모하는 12V DC 팬 모터를 보호해 보겠습니다.
선택: Bourns MF-R600 PTC를 선택했습니다.
유지 전류(I <sub> hold </sub> ): 600mA(500mA 부하에 적합)
트립 전류(I <sub> 트립 </sub> ): 1.2A
최대 전압: 30V(당사의 12V 공급보다 훨씬 높음)
최대 전류: 40A
초기 저항: ~0.1Ω
회로: PTC를 모터로 가는 12V 라인에 직렬로 배치합니다.
작업:
정상: 전압 강하 = 0.5A * 0.1Ω = 0.05V. 무시할 수 있음!
오류: 모터가 멈춰서 2A를 소모하면 PTC가 가열되어 몇 초 이내에 트립되어 전류가 ~10mA로 차단됩니다.
재설정: 방해물이 제거되고 전원이 다시 켜지면 팬이 다시 작동합니다.
결론
과전류 보호를 위해 PTC 서미스터를 통합하는 것은 간단하고 비용 효율적이며 신뢰성이 높은 전략입니다. 회로의 정상 작동 전류 및 전압을 기반으로 부품을 신중하게 선택하면 자가 복구 안전 계층을 추가하여 값비싼 손상과 불편한 가동 중단을 방지할 수 있습니다. 이는 전자 설계를 더욱 견고하고 전문적으로 만드는 가장 쉬운 방법 중 하나입니다.
