목 차
표 목차... 3
1. Fuse의 개요... 4
2. Fuse의 종류... 4
3. Fuse 선정 시 고려해야 할 사항 ... 4
3.1. Fuse의 정격전류 ... 4
3.2. Fuse의 정격전압 ... 5
3.3. 기기 동작 시 주변 온도 ... 5
3.4. Surge current등 전류 transient ... 6
4. PTC ... 8
4.1. PTC 동작원리 ... 8
4.2. PTC 응용분야... 9
4.3. PTC와 Fuse의 차이점 ... 9
표 목차
<표 1> Fuse 종류 ... 4<표 2> PTC 응용분야 ... 9
<표 3> PTC와 Fuse 차이... 9
1. Fuse의 개요
Fuse는 전기 기기 내에서 부하전류를 안전하게 흐르게 하기위해 사용한다. 여러 이상 으로 인한 과전류가 발생했을 때 차단하여 전로나 기기를 보호하는 역할을 한다.
2. Fuse의 종류
<표 1> Fuse 종류 Fast-Acting
Quick-Acting Normal-Blow 일반형
(Non-Time delay형)
Fast-Blow
-. 기기의 단락 보호용으로 사용.
-. Surge전류에 대한 시간지연 특성이 없으므 로 Surge전류가 큰 기기에는 적합하지 않다.
-. 가용체가 단일형으로 되어있으며, 가용체 자체가 직접 용융됨.
Slow-Blow
Time-lag 지연형
(Time-delay형)
Surge-proof
<단일가용체형 : Mono element>
-. 가용체에 다른 금속 또는 물질이 가공되고 있으나, 가용체 자신이 직접 용융되는 형태.
<Dual element>
-. 선이 용융되지 않고 선에서 발생하는 열로 융점이 낮은 특수 solder를 녹여서 가용체가 이격되는 형태.
-. Time delay 특성이 매우 좋음.
3. Fuse 선정 시 고려해야 할 사항
3.1. Fuse의 정격전류
Fuse는 대개의 경우, 기기의 입력 단에 삽입이 된다. 따라서 Fuse의 정격전류 용량을 선정할 때에는 기기의 최대 입력 전류를 파악해야 한다. 일반적으로 기기에서 최대 부 하전류를 사용하면서 입력 전압이 최소일 때 기기의 최대 입력전류를 구한다.
Fuse에 표시되어 있는 정격전류의 75% 정도를 사용하여 선정하여야 한다. (Vendor 추천 사항임.) 왜냐하면, 계산 치와 실제로 field에서 사용될 때의 상황이 다를 수 있기 때문이며, 당 사에서 fuse를 선정할 때에는 실험 치로 나온 입력전류 값의 2배정도에 해당하는 fuse를 선정하여 사용하고 있다.
Fuse의 margin을 주기 위해 fuse 정격전류보다 턱없이 낮은 값을 쓴다면, surge current 등이 지속적으로 흐를 때 fuse가 아닌 다른 소자가 먼저 손상되는 결과를 초 래할 수도 있다.
3.2. Fuse의 정격전압
정상 상태에서 Fuse에 걸리는 전압은 거의 0에 가깝다. 하지만, fuse 용단 시에는 입 력전압이 fuse의 양단에 걸리게 된다. 만일, 이 때 fuse의 정격전압보다 기기의 입력전 압이 더 크다면 arc energy가 발생하게 되며, arc energy가 클 경우 다른 소자의 피해 뿐만 아니라 화재의 위험도 갖게 된다. 따라서 fuse의 정격전압은 기기의 인가전압과 같거나 큰 제품을 선정하여 사용해야 한다.
3.3. 기기 동작 시 주변 온도
Fuse의 정격전류는 Fuse 동작 시 fuse 주변 온도가 25°C일 때를 기준으로 제공하는 것이다. 따라서 기기가 동작할 때의 주변온도가 25°C가 아닐 때는 주변온도에 따라 fuse에 흐를 수 있는 정격전류도 변하게 될 것이므로 주변온도에 맞게 fuse를 선정해 주어야 한다. 예를 들어 설명하도록 한다.
위의 그림과 같이 주변온도에 따라서 전류를 흐르게 할 수 있는 percentage가 변화하 는 fuse A, B, C가 있다고 하자.
A Fuse를 주변온도 25°C에서 사용하며, 기기의 동작 전류는 2.25A로 가정을 한다면, 3.1.항에서 언급한 내용을 적용하여,
3A급 fuse를 선정하면 될 것이다. 하지만, 같은 A fuse라도 fuse가 동작되는 주변온 도가 70°C라면,
3.75A 급의 fuse를 선정해야 할 것이다.
3.4. Surge current등 전류 transient
Surge current나 Inrush current 등이 발생하면 fuse가 그 순간에 open이 되지 않는 다 하더라도 열화가 발생하거나 fuse 수명이 급격히 감소될 수 있다. 따라서 fuse를 선 정할 때는 surge current를 고려하여 선정하여야 한다. 이러한 전류 transient에 대해 서 Fuse maker가 제공하는 것은 I2t 값이다. 결론적으로 말하면, surge current등으로 발생하는 기기의 surge I2t 값이 (fuse의 I2t)×(기기의 surge I2t ÷ fuse의 I2t) 보다 작아 야 한다. 예를 들어 설명하도록 한다.
<그림 1> 기기 pulse 파형
<그림 2> Pulse의 모양 종류 <그림 3> (기기I2t)/(fuse I2t)에 따른 fuse 수명 그래프
<그림 1>은 동작할 때의 전류가 0.75A이고 surge current가 <그림 1> 과 같이 발생 하는 pulse를 나타낸다. (단, 주변 온도는 25°C라고 한다.)
Transient current는 여러 가지 모양으로 발생할 수 있는데 측정을 통해 구한 파형의 모양이 파형그림에서 어느 것과 가장 가까운지를 정해서 식에 대입하여 기기의 I2t를 구하게 된다.
<그림 1>의 pulse 모양은 <그림 2>의 pulse 모양의 종류에서 E와 비슷하므로 그에 맞는 식을 대입해서 구한다.
I2t = 1/5(iP)2t
= 1/5×82×0.004 = 0.0512A2Sec
위의 식에서 결과 값으로 발생한 0.0512A2Sec 가 기기의 I2t가 된다. 이제는 fuse 의 I2t 값과 기기의 I2t 값의 비율에 따라 어느 정도 수명을 갖는 fuse를 선정할 것인 가만 남았다.
<그림 3>의 그래프를 이용하여 fuse의 I2t 값을 구하게 되는데, 여기서 우리는 (기 기I2t)/(fuse I2t)를 22%로 하여 기기의 pulse가 100,000번 정도가 인가되어도 fuse수 명에 영향을 받지 않는 fuse를 선정한다고 가정한다.
(단, K=(기기I2t)/(fuse I2t)) 위의 식에서 fuse의 I2t 값을 구할 수 있다.
위의 결과에 따라 fuse의 I2t 값은 0.2327A2Sec보다 큰 fuse를 선정하면 된다.
참고로 fuse의 I2t 값은 vendor에서 제공하여 준다.
4. PTC
회로 내에서 Fuse와 비슷한 역할을 하지만, fuse와는 원리가 다른 PTC (Positive Temperature Coefficient) 에 대해서 간단히 설명하도록 한다.
일반적으로 Fuse는 과전류 등의 오동작 상태가 되면 open이 되어 기기 및 사고를 예 방하지만 한 번 open이 되면 재생이 불가능하여 새로운 fuse로 교체하여야 한다. 그와 반대로 PTC는 일정온도 이상이 되면 저항치가 급상승하여 기기를 보호하게 되며, 온도 가 정상 범위로 돌아왔을 때는 다시 정상동작을 할 수 있도록 한다.
4.1. PTC 동작원리
<저항-온도 특성 (R-T 특성)>
PTC의 주위 온도 변화에 따른 전기 저항을 측정하면 왼쪽의 그림과 같은 저항-온도 특성 그래프가 구해진 다. 이 그래프에서 보면 저항 값이 급격히 증가하는 온도 점이 있는데 이 온도를 급변 온도(Switching 온 도) 또는 큐리 온도라고 한다.
<전류-전압 특성 (C-V 특성)>
PTC에 전압을 인가한 후, 서서히 증가시키면 자체 발열에 의해 큐리 온도까지 도달하게 되고 큐리 온도가 지나면 전압의 증가에 따라 전류가 감소하는 현상이 나 타난다. 이것을 부성전류 특성이라고 하는데 왼쪽의 그 림은 부성전류 특성을 log로 그린 그래프이다. 그림에 서 보듯이 부성전류 영역은 정전력 특성을 나타내게 된 다. 단, 소자에 인가하는 전압을 어떤 point 이상으로 높인다면, 전류 값도 급격히 증가하여 break down에 이르게 된다. 이것을 파괴 전압(Break Down Voltage)라고 한다.
<전류 감쇄 특성>
PTC에 일정 이상의 전류가 지속적으로 흐르면 자체 발열에 의해 큐리 온도에 도달하게 되고, 그 때에 저 항이 급격히 증가하게 되어 전류를 제한하는 작용이 일어난다.
4.2. PTC 응용분야
<표 2> PTC 응용분야
구분 기능 응용분야 적용제품
온도감지
전기밥솥, 가정용 난방기, 헤어드라이어, 자판기, 자동 차, 화재 경보기, 계측기
온도보상 복사기, 전화기, 계측기, TV, VCR, Audio, Cassette 저항-온도 특성
센서기능 저항과 온도의 관계
과열보호 Tr, Transformer, IC, Motor
Heater
전기모기향, 전기밥솥, 자동차, 가정용 난방기, 전기 다 리미, 복사기, 식기 건조기, FAX
전류-전압 특성 정온발열 기능
과전류 보호 각종 전자회로 Motor 기동 냉장고, 에어컨, 제습기 전류 감쇄 특성 전류제한 기능
Delay 회로 Timer, 전기 Fan, 진공청소기
4.3. PTC와 Fuse의 차이점
<표 3> PTC와 Fuse 차이
구분 FUSE PTC
사용 가능 횟수 일회 Reset 가능
동작 후 누설전류 회로 완전 open 100mA 이상 (일반적) 단락 차단능력 수 백 [A] ~ 10,000 [A] 40 [A]
정격 전압 (유사조건 시) 600V 60V 이하
정격전류 20A Max 11A
사용가능 온도 125°C 85°C
용단 특성 Fast blow, Slow blow 모두 가능 Only Slow blow
