PTC, NTC에 관하여

PTC와 NTC란? 온도에 따라 저항이 변하는 써미스터 이해하기

전자회로에서 온도를 감지하거나, 과전류를 제한하거나, 장비를 과열로부터 보호해야 하는 경우가 많다. 이때 자주 사용되는 부품이 써미스터(Thermistor) 이다.

써미스터는 Thermal Resistor, 즉 온도에 따라 저항값이 변하는 저항 소자를 의미한다. 일반 저항도 온도에 따라 저항값이 조금 변하지만, 써미스터는 온도 변화에 대한 저항 변화가 매우 크도록 만들어진 부품이다. 그래서 온도 센서, 회로 보호 소자, 돌입전류 제한기, 온도 보상 회로 등에 널리 사용된다.

써미스터는 온도가 올라갈 때 저항값이 어떻게 변하는지에 따라 크게 두 가지로 나뉜다.

PTC: Positive Temperature Coefficient
온도가 올라가면 저항값이 증가하는 소자

NTC: Negative Temperature Coefficient
온도가 올라가면 저항값이 감소하는 소자

즉, PTC와 NTC의 가장 큰 차이는 온도 상승에 따른 저항 변화 방향이다.

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1. NTC란?

NTC는 Negative Temperature Coefficient Thermistor의 약자이다. 말 그대로 음의 온도 계수를 가지는 써미스터이다.

NTC는 온도가 낮을 때 저항값이 크고, 온도가 올라가면 저항값이 작아진다.

예를 들어 25°C에서 10kΩ인 NTC 써미스터가 있다고 하면, 온도가 50°C, 80°C로 올라갈수록 저항값은 점점 낮아진다. 이 특성을 이용하면 온도 변화를 전압 변화로 바꿔 MCU나 ADC에서 읽을 수 있다.

가장 흔한 방식은 NTC와 고정 저항을 이용해 전압 분배 회로를 만드는 것이다. 온도가 변하면 NTC의 저항값이 변하고, 그에 따라 분압 전압도 변한다. MCU는 이 전압을 읽어서 현재 온도를 계산한다.

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2. NTC의 특징

NTC의 가장 큰 특징은 온도가 올라가면 저항이 감소한다는 것이다.

또한 온도 변화에 대한 저항 변화가 크기 때문에 작은 온도 변화도 비교적 쉽게 감지할 수 있다. 이 때문에 NTC는 온도 센서 용도로 매우 많이 사용된다.

NTC의 주요 특징은 다음과 같다.

첫째, 온도 감도가 높다.
작은 온도 변화에도 저항값이 크게 변하므로 온도 측정에 적합하다.

둘째, 구조가 단순하고 가격이 비교적 저렴하다.
소형 부품으로 제작하기 쉽고, 대량 생산이 가능해 가전제품, 배터리, 전원회로 등 다양한 제품에 사용된다.

셋째, 온도 측정 회로 구성이 간단하다.
고정 저항과 함께 분압 회로를 구성하면 MCU의 ADC 입력으로 온도를 측정할 수 있다.

넷째, 저항-온도 특성이 비선형이다.
NTC는 온도에 따라 저항이 직선적으로 변하지 않는다. 따라서 정확한 온도를 계산하려면 데이터시트의 R-T 테이블, B-constant, 보정식 또는 LUT를 사용하는 것이 좋다.

다섯째, 자기 발열에 주의해야 한다.
NTC에 전류가 너무 많이 흐르면 소자 자체가 발열하여 실제 주변 온도보다 높게 측정될 수 있다. 따라서 온도 센서로 사용할 때는 측정 전류를 너무 크게 잡지 않는 것이 중요하다.

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3. NTC는 어디에 사용될까?

NTC는 주로 온도 측정과 온도 보상, 그리고 돌입전류 제한에 사용된다.

대표적인 사용처는 다음과 같다.

1) 배터리 온도 감지

스마트폰, 노트북, 무선기기, 배터리 팩에는 배터리 온도를 감지하기 위한 NTC가 사용되는 경우가 많다. 충전 IC나 PMIC는 NTC를 통해 배터리 온도를 확인하고, 온도가 너무 낮거나 높으면 충전을 제한하거나 중지한다.

2) 전원회로의 돌입전류 제한

전원 장치에 처음 전원을 인가하면 커패시터가 순간적으로 충전되면서 큰 돌입전류가 흐를 수 있다. 이때 NTC를 직렬로 넣으면 처음에는 높은 저항으로 전류를 제한하고, 이후 전류가 흐르면서 NTC가 따뜻해지면 저항이 낮아져 정상 동작 시 손실을 줄일 수 있다.

3) 가전제품 온도 센서

냉장고, 에어컨, 전기밥솥, 세탁기, 보일러, 커피머신 등 온도 제어가 필요한 제품에 NTC가 많이 사용된다.

4) 전자회로 온도 보상

일부 회로는 온도에 따라 특성이 변한다. NTC를 사용하면 온도 변화에 따른 회로 특성을 보정할 수 있다. 예를 들어 증폭 회로, 발진 회로, 충전 회로, 센서 회로에서 온도 보상용으로 사용될 수 있다.

5) 자동차 및 산업 장비

자동차의 냉각수 온도, 흡기 온도, 배터리 온도, 모터 온도 등을 감지하는 데 NTC가 사용된다. 산업 장비에서도 모터, 전원부, 히터, 제어반 등의 온도 감지에 사용된다.

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4. PTC란?

PTC는 Positive Temperature Coefficient Thermistor의 약자이다. 양의 온도 계수를 가지는 써미스터로, 온도가 올라가면 저항값이 증가한다.

PTC는 NTC와 반대로 동작한다. NTC는 온도가 올라갈수록 저항이 낮아지지만, PTC는 온도가 올라갈수록 저항이 높아진다.

특히 세라믹 PTC는 특정 온도, 즉 스위칭 온도 또는 큐리 온도 부근에서 저항값이 급격히 증가하는 특성을 가진다. 이 특성 때문에 PTC는 단순 온도 측정보다는 과전류 보호, 과열 보호, 자기 제어형 히터, 리셋 가능한 퓨즈 용도로 많이 사용된다.

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5. PTC의 특징

PTC의 가장 큰 특징은 온도가 올라가면 저항이 증가한다는 것이다.

PTC는 일정 온도 이상에서 저항이 크게 증가하므로 전류를 스스로 제한하는 동작을 할 수 있다. 예를 들어 회로에 과전류가 흐르면 PTC가 발열하고, 온도가 올라가면서 저항이 커진다. 그러면 회로에 흐르는 전류가 줄어들어 회로를 보호할 수 있다.

PTC의 주요 특징은 다음과 같다.

첫째, 과전류 보호에 적합하다.
전류가 많이 흐르면 자체 발열로 인해 저항이 증가하고, 그 결과 전류를 제한할 수 있다.

둘째, 리셋 가능한 보호 소자로 사용할 수 있다.
일반 퓨즈는 한 번 끊어지면 교체해야 하지만, PTC 타입 보호 소자는 온도가 내려가면 다시 저항이 낮아져 재사용 가능한 구조로 동작할 수 있다. 단, 실제 회로에서는 부품의 정격과 동작 조건을 반드시 확인해야 한다.

셋째, 자기 제어 특성이 있다.
PTC 히터의 경우 온도가 올라가면 저항이 증가하여 전류가 줄어들고, 온도가 내려가면 다시 전류가 증가한다. 이 때문에 별도의 복잡한 제어 없이 일정 온도 범위를 유지하는 히터로 사용할 수 있다.

넷째, 온도 센서보다는 보호 소자 성격이 강하다.
일부 PTC는 온도 감지에도 사용할 수 있지만, 일반적인 정밀 온도 측정에는 NTC가 더 많이 사용된다. PTC는 온도 상승 시 저항이 급격히 증가하는 특성을 이용해 과열 또는 과전류 조건을 감지하고 제한하는 용도에 적합하다.

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6. PTC는 어디에 사용될까?

PTC는 주로 보호 회로, 히터, 모터 기동, 과열 감지에 사용된다.

대표적인 사용처는 다음과 같다.

1) 과전류 보호 회로

PTC는 전원 입력단, 통신 라인, 모터 회로, 배터리 회로 등에서 과전류 보호용으로 사용된다. 과전류가 흐르면 PTC의 온도가 상승하고 저항이 커져 전류를 제한한다.

2) 리셋 가능한 퓨즈

PPTC, 즉 폴리머 PTC는 리셋 가능한 퓨즈로 많이 사용된다. USB 포트, 배터리 팩, 어댑터 출력단, 전자기기 보호 회로 등에 사용되며, 이상 상태가 사라지고 소자가 식으면 다시 낮은 저항 상태로 돌아온다.

3) PTC 히터

PTC 히터는 자체 온도 제어 특성을 이용하는 히터이다. 온도가 낮을 때는 저항이 낮아 전류가 많이 흐르고 빠르게 가열된다. 온도가 올라가면 저항이 증가하면서 전류가 줄어들어 과열을 억제한다. 차량용 히터, 제습기, 온풍기, 헤어드라이어, 소형 난방 장치 등에 사용될 수 있다.

4) 모터 기동 회로

일부 단상 모터나 냉장고 컴프레서 기동 회로에서는 PTC가 사용된다. 처음 전원을 넣었을 때는 낮은 저항으로 기동 전류를 흐르게 하고, 시간이 지나 소자가 가열되면 저항이 커져 보조 권선 전류를 줄이는 방식이다.

5) 변압기, 전원장치, 산업 장비 보호

PTC는 변압기, SMPS, 산업용 전원장치, 용접기, 모터 드라이버 등에서 과열 또는 과전류 보호용으로 사용할 수 있다.

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7. PTC와 NTC 비교

PTC와 NTC는 모두 온도에 따라 저항값이 변하는 써미스터이지만, 동작 방향과 사용 목적이 다르다.

간단히 정리하면, 온도를 측정하려면 NTC, 전류나 온도로부터 회로를 보호하려면 PTC를 먼저 검토하는 경우가 많다.

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8. 설계할 때 확인해야 할 항목

PTC와 NTC를 회로에 적용할 때는 단순히 저항값만 보면 안 된다. 데이터시트에서 반드시 확인해야 할 항목이 있다.

특히 PTC 보호 소자는 주변 온도에 따라 트립 전류와 홀드 전류가 달라질 수 있다. 따라서 실제 제품의 사용 온도 조건에서 정상 동작 중 오동작하지 않는지, 이상 상태에서는 충분히 빠르게 보호되는지 확인해야 한다.

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9. 정리

PTC와 NTC는 모두 온도에 따라 저항값이 변하는 써미스터이다. 하지만 동작 방향과 사용 목적은 명확히 다르다.

NTC는 온도가 올라가면 저항이 감소한다.
그래서 온도 센서, 배터리 온도 감지, 가전제품 온도 제어, 전원 돌입전류 제한 등에 많이 사용된다.

PTC는 온도가 올라가면 저항이 증가한다.
그래서 과전류 보호, 과열 보호, 리셋 가능한 퓨즈, PTC 히터, 모터 기동 회로 등에 많이 사용된다.

따라서 회로 설계에서 PTC와 NTC를 선택할 때는 단순히 “온도에 반응하는 저항”으로만 보면 안 된다. 온도를 측정하려는 것인지, 전류를 제한하려는 것인지, 과열을 막으려는 것인지 목적을 먼저 정해야 한다.

목적이 온도 측정이면 NTC가 적합한 경우가 많고, 목적이 보호나 전류 제한이면 PTC가 적합한 경우가 많다. 최종적으로는 데이터시트의 저항-온도 특성, 정격 전류, 동작 온도 범위, 패키지, 실제 장착 조건을 함께 검토해야 한다.