전통적인 퓨즈와 리셋 가능한 퓨즈의 차이점

퓨즈가 퓨즈가 아닌 경우는 언제일까요?

오늘날의 소비자 전자 제품에 사용되는 전자 인터페이스는 이전보다 더 높은 성능을 제공하며 더 높은 전류를 공급할 수 있습니다. 그러나 이러한 높은 전류는 퓨즈가 끊어지는 원인이 될 수 있으며, 끊어진 퓨즈는 교체하기 어렵거나 불가능할 수도 있습니다. 퓨즈나 전체 회로를 교체할 필요를 피하기 위해 리셋 가능한 PTC 퓨즈를 사용할 수 있습니다. PTC 퓨즈는 스스로 리셋되어 교체 없이 회로를 계속 보호할 수 있어 가동 중단 시간을 줄이고 응용 제품의 수명을 연장할 수 있습니다.

전통적인 퓨즈란 무엇인가요?

전통적인 퓨즈는 특정 전류를 견딜 수 있도록 설계된 한 조각의 와이어 또는 기타 전도성 연결 부품으로 구성되며, 이는 전기 회로에 직렬로 배치됩니다. 퓨즈는 단순히 안전 장치로써 설계된 역할을 하며, 과부하 또는 단락 전류로 인해 회로가 손상되는 것을 방지하여 고장 상태가 발생할 경우 과열이나 화재를 예방합니다. 퓨즈는 전류 흐름을 영구적으로 차단하기 위해 녹아 작동합니다.

보호되는 회로에 따라, 퓨즈는 소형 소비자 전자 제품에서 몇 밀리암페어에서 산업 응용 제품에 이르기까지 수백 암페어까지 정격화될 수 있습니다. 퓨즈를 특정 응용 프로그램에 맞게 지정하기 위해서는 전류 정격만으로는 충분하지 않으며, 퓨즈는 전압, AC 및/또는 DC에 대한 정격도 제공됩니다. 전압 정격은 최대치이며 초과할 수 없습니다. 퓨즈가 작동하면, 퓨즈를 통해 아크가 발생할 가능성은 없습니다. 부하가 저항성(load이 저항적)인지 또는 반응성(load이 반응적)인지에 따라, 과전류 상태에서 빠르게 작동하도록 설계된 퓨즈 또는 작동 전에 정의된 짧은 시간 동안 순간적인 과부하를 허용하며 '지연 시간' 또는 '슬로우' 퓨즈라고 불리는 퓨즈가 제공됩니다.

회로 파라미터가 퓨즈 선택에 어떤 영향을 미치나요?

퓨즈는 회로 매개변수에 따라 선택해야 합니다. 특정 반도체 회로는 잠재적인 심각하거나 비용이 많이 드는 구성 요소 손상을 방지하기 위해 매우 빠르게 작동하는 퓨즈가 필요합니다. 반면, 전원 공급 장치와 같은 높은 유도성 또는 용량성 회로는 회로 전류가 매우 짧은 시간 동안 퓨즈의 정격을 훨씬 초과하는 “전원 켜짐” 시 순간 유입 전류를 생성할 수 있습니다. 이러한 회로는 이러한 짧지만 정상적인 서지를 견딜 수 있도록 “시간 지연(Time Lag)” 또는 “느린 작동(Slow Blow)” 유형의 퓨즈를 필요로 하며, 이를 통해 소위 말하는 “불필요한 차단(nuisance clearing)”을 방지할 수 있습니다. 이는 모터 및 변압기의 유입 전류에도 해당됩니다.

모든 퓨즈가 공통적으로 가지는 한 가지 특징은 그것들이 "일회성" 장치라는 점입니다. 일반적인 퓨즈가 어떤 이유로든 작동을 멈추게 되면 기본적인 결함을 수리한 후 동일한 퓨즈를 설치하는 것이 보호된 회로에 다시 전력을 공급할 수 있는 유일한 방법입니다. 그러나 전자 시스템이 지속적으로 소형화되고 발전함에 따라 퓨즈의 일회용 특성은 점점 더 많은 압박을 받고 있습니다.

퓨즈가 끊어지면 교체해야 하나요?

소형화와 마이크로 회로의 발전 이전에는, 장비 퓨즈가 홀더나 클립으로 기계적으로 고정되었습니다. 수리는 어떤 퓨즈가 끊어졌는지 확인하고, 끊어진 퓨즈를 찾아내며 접근한 후, 근본적인 문제를 진단하고 적절한 등급과 단선 특성을 가진 대체 퓨즈를 찾는 과정으로 이루어졌습니다. 현재 대부분의 전자제품과 소형 가전제품은 구형 튜브형 퓨즈를 수용할 공간이 없을 정도로 밀도가 높은 디자인을 채택하며, 현재는 SMT 유형이 납땜으로 고정되어 있어 사용자가 직접 수리할 수 없습니다. 이제 단순히 퓨즈를 교체하는 작업은 회로 카드를 교체하거나 장치/가전제품을 공장으로 보내 재작업하는 행동으로 바뀌었습니다. 대부분의 소비자용 전자제품은 내부에서 교체 가능한 퓨즈에 접근할 수 있도록 설계되지 않았으며, 제품 디자이너들은 내부 접근을 차단하기 위해 제품 라벨에 “사용자가 서비스할 수 있는 부품 없음(No User Serviceable Parts Inside)”이라는 경고를 표기합니다.

오늘날 소비자 전자 제품 간의 전자 인터페이스는 더 높은 성능을 제공하며, 최신 USB 인터페이스 버전과 같이 이전보다 더 높은 전류를 공급할 수 있습니다. 인터페이스 케이블과 커넥터는 점점 더 작아지고 있으며, 사용자가 부주의하게 연결하거나 사용하는 경우 쉽게 손상될 수 있습니다. 호스트 제품에 불량 또는 호환되지 않는 주변 장치가 연결되어 제품에 손상을 입히는 위험은 우려될 만한 문제입니다. 제조업체는 특히 보증 기간 내에 제품 반품을 원하지 않으며, 퓨즈와 같은 일부 유형의 보호 부품이 여전히 필요하지만, 전통적인 퓨즈가 아닐 수도 있습니다. 이러한 흐름을 고려할 때, 문제가 해결되면 자동으로 리셋되는 보호 “퓨즈”가 있다면 얼마나 좋을까요? Bel의 PTC 장치는 바로 그 역할을 합니다!

PTC 퓨즈란 무엇인가요?

Bel PTC 퓨즈는 양의 온도계수(PTC) 서미스터와 유사하게 작동합니다. 즉, 온도에 따라 저항이 증가하는 온도 의존성 저항입니다. 그러나 Bel PTC 자기 복원 보호기는 서미스터와 달리 단순한 수동 측정 요소가 아니라 회로 전류를 운반하도록 설계되어 활성 핵심부(탄소 입자가 주입된 고분자 물질)의 저항에 의해 스스로 발열하게 되는 특징이 있습니다. PTC 퓨즈는 과전류, 단락 또는 초과 온도 상황에 응답하여 저항을 급격히 증가시켜 전류 흐름을 제한합니다. PTC 퓨즈는 퓨즈 이벤트로 인해 영구적으로 손상되지 않으며 회로의 전원이 제거되고, 고장이 해결되고, 다시 전력을 공급하면 복원됩니다. 이러한 복원 기능 덕분에 전자 제품은 PTC로 보호되며 기존 퓨즈처럼 서비스 인원이 물리적으로 교체할 필요가 없습니다.

건축에서 Bel PTC는 두 개의 전도성 판 사이에 접착된 전도성 충전재를 포함한 폴리머 소재 블록으로 구성됩니다. 전류는 물리적으로 접촉한 서로 인접한 탄소 입자로 형성된 수천 개의 무작위 탄소 사슬 경로를 통해 이를 통과합니다. PTC 퓨즈를 통한 전류가 IHOLD 등급 이하이고 온도가 100°C 이하일 때, 장치 내부의 전도성 경로는 R1 MAX 등급 이하의 낮은 저항으로 전류를 전달합니다. PTC 퓨즈의 온도가 130°C에 근접하면, 주변 온도의 상승이나 전류가 ITRIP 등급을 초과하는 것에 의해, 충전된 폴리머 블록의 부피 팽창이 대부분의 전도성 경로를 파괴하여 PTC 퓨즈의 저항이 수백 배로 급격히 증가하게 됩니다.

PTC 퓨즈를 어떻게 리셋합니까?

트립 상태에서는 새로운 훨씬 높은 저항에 의해 전류 흐름이 제한되지만, PTC 퓨즈를 트립 상태로 유지하기에 충분한 누설 전류가 여전히 흐르게 됩니다. 이러한 누설 전류는 내부 자체 가열을 지속시켜 PTC 퓨즈가 트립 상태를 유지하도록 합니다. 전원이 완전히 제거되면, PTC의 코어는 냉각되고 수축하여 전도성 체인이 재구성되고 장치를 저항이 낮은 상태로 복귀시킬 수 있게 됩니다.

트립 이벤트를 시작하기 위해 필요한 온도 상승은 내부 발열(즉, 과전류)이나 인접한 외부 열원(즉, 과열된 모터 하우징)에서 비롯될 수 있습니다. PTC는 이러한 두 가지 조건에 모두 효과적으로 반응하며, 다용도로 사용할 수 있는 보호 기능을 제공합니다. 또한 자동 복구 기능도 제공합니다.

Bel PTC 데이터 시트는 23°C 정지 공기 중에서 트립 상태에 있는 PTC를 유지하기 위해 필요한 일반적인 전력, Pd를 명시합니다. 전력(P)이 전류(I) * 전압(V)와 같으며, 옴의 법칙에 의해 전압(V) = 전류(I) * 저항(R)이므로, P = V^2/R이고 따라서 트립된 PTC의 대략적인 저항은 R = V^2/Pd입니다. 여기서 Pd는 트립된 소산 전력을 의미합니다. PTC는 일정한 내부 온도를 유지하려는 특성을 가지므로, 적용된 전압에 따라 트립된 저항 값이 변화할 수 있습니다.

예시 1: 60V 전원에서 1W PTC. R_tripped = 60^2/1 = 3600 옴.

예제 2: 동일한 1W PTC를 12V 공급 장치에서 사용. R_tripped = 12^2/1 = 144 옴.

전형적인 전력이라고 제시된 값은 단지 "전형적인" 값일 뿐입니다. 그 이유는 냉각과 같은 열 손실에 영향을 미치는 물리적 요인이 PTC가 내부 온도를 유지하기 위해 요구되는 전력 소모량을 변경시킬 수 있기 때문입니다. 간단히 말해, PTC는 일정하고 계량 가능한 전환된 저항을 나타내지 않습니다.

전통적인 퓨즈와 PTC 퓨즈의 차이점에서 중요한 점은, 결함 발생 시 부하 회로가 완전히 단절되지 않으며 여전히 높은 저항의 누설 경로가 존재한다는 것입니다. PTC의 일반적인 응용 분야는 UL의 UL1434 및 TUV의 EN 60738-1-1에서 다루는 것처럼 과전류 보호를 제공하기 위한 제한 장치로 안전 회로에 사용되는 것입니다. 각 장치의 안전 인증 관련 정보는 장치 데이터 시트를 참조하시기 바랍니다.

USB 인터페이스 외에도 PTC 보호의 이점을 얻는 기타 애플리케이션에는 다음이 포함됩니다:

리셋 가능한 PTC 퓨즈

Bel의 리셋 가능한 PTC는 -40°C에서 +85°C까지의 온도 범위에서 사용되도록 설계되었으며, 전통적인 래디얼 리드 패키지와 0603에서 2920 크기까지 다양한 표면 실장(SMD) 칩 패키지로 제공됩니다.

0603 SMD 장치인 0ZCM 시리즈는 가장 높은 밀도의 인쇄 회로 기판(PCB) 애플리케이션에 적합한 매우 작은 크기를 제공합니다. 이 장치의 전형적인 소비 전력 Pd는 0.5 W입니다. 50 mA에서 200 mA까지의 작동(유지) 전류와 각각 150 mA에서 450 mA의 트립 전류가 지정된 개별 장치가 제공됩니다. 선택한 장치와 작동 조건에 따라 이 시리즈는 500 mA에서 2 A 범위의 전류에 대해 매우 빠른 1초 이내(최대 0.1초)의 트립 시간을 제공하며, 최대 작동 전압은 9 V에서 15 V 범위입니다.

비교하자면, 더 큰 0ZCF 시리즈인 2920 SMD 장치는 고전력 PCB 응용에 적합합니다. 이러한 장치의 일반적인 전력 소모 Pd는 1.5 W입니다. 300 mA에서 3 A까지의 작동(홀드) 전류와 각각 600 mA에서 5.2 A까지의 트립 전류가 지정된 개별 장치가 제공됩니다. 선택된 장치와 작동 조건에 따라 이 시리즈는 최대 6V에서 60V까지의 작동 전압을 제공합니다. 라디얼 리드형 PTC는 5.1 mm와 10.2 mm의 리드 간격을 가진 여러 시리즈로 제공되며 훨씬 높은 작동 전압과 전류를 지원할 수 있습니다. 이러한 장치는 라인 전압 전원 공급 장치, 변압기 및 가전제품 응용에 적합합니다.

0ZRM 시리즈는 최대 120 VAC/VDC의 작동 전압을 지원하며, 최대 135 VAC/VDC까지 가능합니다. 작동(유지) 전류가 100 mA에서 3.75 A까지 범위로 지정되고, 이에 해당하는 차단 전류가 각각 200 mA에서 7.5 A인 개별 장치들이 제공됩니다.

0ZRE 시리즈는 최대 작동 전압 240 VAC/VDC 및 최대 전압 265 VAC/VDC를 지원합니다. 각각 작동(유지) 전류가 50 mA에서 2 A로 지정되고 이에 따라 트립(trip) 전류가 각각 120 mA에서 4 A로 지정된 개별 장치들이 제공됩니다.

0ZRA 시리즈는 작동(홀드) 전류가 최대 14A까지 지원되며, 이에 상응하는 트립 전류는 최대 23.8A까지 지원합니다.

PTC 퓨즈의 한계

폴리머 PTC 장치는 가끔 발생하는 과전류/과온도 고장 조건으로부터 보호하기 위한 용도로만 설계되었으며, 반복적이고/또는 장기간의 고장 조건이 예상되는 경우에는 적합하지 않을 수 있습니다.

PTC 장치는 PTC 트립이 PTC 정격 전압보다 큰 큰 전압 스파이크를 생성할 수 있으므로 큰 인덕턴스를 가진 회로에서는 적합하지 않을 수 있습니다.