퓨즈의 기능
퓨즈는 회로에 과도한 전류가 흘렀을 경우 회로를 보호하는 장치이다. 퓨즈는 퓨즈 내부의 금속이 녹아 끊어져 개방 회로가 생성 되면서 회로를 보호할 수 있게 설계 되었다. 아래의 설명에 나올 ‘리셋 가능한 퓨즈’를 제외하고 모든 퓨즈는 기본적으로 한번 금속이 끊어지면 교체해야 하는것이 특징이다. 흔히들 높은 전류가 퓨즈의 금속 부픔을 녹이는 경우를 ‘퓨즈가 나갔다’ 또는 ‘퓨즈가 끊어졌다’ 라고 한다.
퓨즈는 AC 와 DC 전압에서 모두 사용되며 거의 모든 전류에 적용될 수 있도록 설계된다. 가정용과 상업용 건물에서는 일반적으로 차단기 (Circuit Breaker) 가 사용되며, 외부 전원선에 벼락이 칠때는 과전류를 막기 위해 대형 카트리지 퓨즈(Cartridge fuse) 가 사용되기도 한다.
작동원리
퓨즈의 내부 금속은 일반적으로 도선이나 가는 금속으로 이루어져 있다. 카트리지 퓨즈는 내부 엘리먼트와 양쪽 끝 단자가 유리나 세라믹 재질 처럼 전기가 통하지 않는 물질로 둘러 싸여 있다. 옛날에 나온 구형 퓨즈 모델을 보면 크기가 큰 고암페어용 경우에는 종이나 판지 케이스를 이용하는 것을 종종 볼 수 있다. 외부가 유리로 된 퓨즈는 내부의 끊어진 상태를 눈으로 확인 할 수 있어서 관리하기에 편하다.
퓨즈는 오직 전류에만 반응하며 전압의 차이에는 반응하지 않도록 제작되었다. 안정적인 전류를 위한 퓨즈를 선택하기 위해선 부품이 정상적으로 작동할 때 최대 전류를 계산 한 후에 50% 더하는 것이 안전하다. 모든 퓨즈는 흐르는 전류에 대해 저항을 가지고 있으며, 저항이 발생하면서 열이 발생하게 된다. 열이 높아지면 퓨즈가 끊어지게 되는 것이 기본 작동 원리 이다. 퓨즈의 내부 저항으로 인해 회로내에서 발생되는 전압강하에 대하여는 해당 제조업체의 데이터 시트를 참고하는 것이 통상적이다.
퓨즈의 다양한 유형
주거용 건물에서 사용했던 초기 퓨즈는 도자기 케이스 안에 니크롬선을 넣어 만든 것이었다. 1890년대에 에디슨이 개발한 플러그 퓨즈는 도자기 케이스 안에 나사로 연결된 선을 넣은 것이었다. 백열전구의 기본 개념과 유사하다고 볼 수 있다. 아래에 어떤 퓨즈의 종류가 있는지 알아보도록 하자.
가전제품용 소형 카트리지 퓨즈는 아래와 같이 다양한 크기로 출시되어 있다. 아래의 표는 보편적으로 사용되는 퓨즈를 정리해 놓은 것이다.
| 퓨즈 형태 | 반경(inch) | 반경(mm) | 길이(inch) | 길이(mm) |
| 1AG | 1/4″ | 6mm | 5/8″ | 16mm |
| 2AG | 0.177″ | 4.5mm | 0.588″ | 15mm |
| 3AG | 1/4″ | 6mm | 1-1/4″ | 32mm |
| 4AG | 9/32″ | 7mm | 1-1/4″ | 32mm |
| 5AG | 13/32″ | 10mm | 1-1/2″ | 38mm |
| 6AG | 1/4″ | 6mm | 7/8″ | 22mm |
| 7AG | 1/4″ | 6mm | 1″ | 25mm |
퓨즈에는 속단형, 중간형, 지연형이라고 분류하는 방식이 있다. 지연형은 다른 말로 타임 딜레이 퓨즈라고 부르기도 한다. 지연형이라고 불리우는 퓨즈는 표준화된 명칭은 없다. 리틀퓨즈사의 고유 상호로서 Slo-Blo 라고 불리우지만 이는 정식 명칭은 아니다.
일부 퓨즈는 유리관이 아닌 세라믹 으로 외부가 되어 있다. 만일 회로에 우연히 과다 전류가 발생할 가능성이 있다면 세라믹 카트리지가 유리를 사용하는 것보다는 안전면에서 더 좋다. 세라믹에 아크 형성을 방지하는 충전제가 들어 있어 우선 내구성도 좋지만, 강한 힘에 의해 파편이 튈 경우에도 유리보다는 세라믹이 비교적 더 안전하기 때문이다.
자동차용 퓨즈는 소켓에 꽂을 수 있는 플러그가 부착 되어 있다. 특히 강한 진동이나 온도 변화에도 헐렁해지지 않고 접촉이 견고하다. 자동차용 퓨즈는 사용자가 많고 안전을 위해 색깔로 구별되어 있어서 쉽게 분류할 수 있는 특징이 있다 차량용 고압전류 퓨즈는 ‘스트립 퓨즈’ 라는 형식으로 제작된다. 이는 양쪽 단자에 나사를 조여 연결을 하도록 되어 있다. 특히 점퍼중에도 이렇게 비슷하게 생긴 것이 있기 때문에 헷갈리지 않아야 한다
단자가 달린 소형 퓨즈인 스루홀 퓨즈는 PCB 의 구멍에 삽입하는 부품과 비슷한 형태로 제공된다. 초소형 퓨즈라고 분류되며 흔히 우리가 사용되는 가전제품에 많이 사용된다. 우리가 PCB에서 가장 많이 볼 수 있는 친숙한 형태의 소자이다.
리셋 가능 퓨즈는 폴리스위치 (PTC 또는 PPTC-polymeric positive temperature coefficient- 퓨즈)라고 불린다. 캡슐에 싸인 고체 소자로서 과전류가 발생하면 저항이 큰 폭으로 증가하지만 전류의 흐름이 끊어지면 다시 원래 상태로 복구 된다. 퓨즈에 최대 허용치 이상의 전류가 흐르면, 내부 저항은 수 Ω에서 수십만 Ω까지 급격히 증가한다.
이 퓨즈는 전도성을 가진 흑연 입자로 구성된 결정 구조가 전류가 퓨즈를 통과하여 흐르면서 열이 발생되면 폴리머가 무정형 상태로 전이되며 흑연 입자들이 분리된다. 흑연 입자들이 분리되면 전원이 끊어진다. 하지만 흑연 입자들의 무정형 상태가 형성되는 과정에 약간의 전류가 여전히 부품을 통해 흐른다. 그리하여 이 퓨즈를 지연형 퓨즈라고 부른다.
리셋가능 퓨즈가 냉각되면, 퓨즈는 서서히 재결정화 되면서 재사용이 가능한 상태로 전이 된다. 리셋가능 퓨즈의 제품명은 폴리스위치, 옵티리셋, 에버퓨즈, 폴리퓨즈, 멀티퓨즈 등이 있다. 리셋가능퓨즈는 표면 실장형 패키지 또는 스루홀 부품의 형태로 출시되어 있으며, 카트리지 형태로는 나와 있지 않다. 표면 실장형 퓨즈는 기판에 납땜을 하여 설치하기 때문에 리셋이 가능한 상태로 제작된다. 기판에 납땜을 하기 때문에 재설치가 쉽지 않기 때문이다.
퓨즈의 올바른 사용법
모든 제품에서 스위치를 켤 때 초기 서지전류(Surge current)가 퓨즈의 정격전류 이상으로 오를 가능성이 있어 지연형 퓨즈를 사용해야 한다. 지연형 퓨즈는 서지전류를 2,3초 정도 잡을 수 있지만 다른 퓨즈는 그렇지 않기 때문이다.
반대로 속단형 퓨즈는 전자제품에서 사용되며, 반응속도가 빨라야 한다. 그래야 집적회로에 손상이 가는 것을 막을 수 있다. 에너지가 큰 배터리 전원을 이용하는 장치에서도 퓨즈를 사용해야 한다. 그 이유는 제품이 단락되었을 때 배터리가 오동작 하여 문제를 일으킬 수 있기 때문이다. 패널 장착형 퓨즈는 기판 장착형 퓨즈 케이스, 퓨즈 블록, 퓨즈 클립, 인라인 퓨즈 홀더, 스루홀 퓨즈 홀더등을 사용하여 설치할 수 있다.
