산업기술
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생물체가 온도 상승을 느끼듯, 전자 회로도 온도 센서로 열을 감지합니다. 오늘날 컴퓨터, 가전, 자동차, 보안 시스템 등 어디서나 온도 감지 회로가 쓰입니다. 과열로 인한 고가 부품 손상 방지, 화재 경보, 열 관리 등 용도가 무궁무진합니다. 전자 입문자를 위해 열 감지 센서 회로(Heat Sensor Circuit)의 원리, 종류, 기본 회로 제작법을 알기 쉽게 정리했습니다.
온도 센서 회로가 내장돼 온도 상승이 설정 임계값을 넘으면 LED 점멸, 부저 음 등으로 경고하는 회로입니다. 연기 감지기, 과열 보호 회로, 냉각 팬 제어 등이 대표적 예입니다. 저항 온도 검출기(RTD)나 열전대(Thermocouple)는 전기 신호로 정밀 온도값을 출력하지만, 여기서는 간단한 임계치 검출 회로를 다룹니다.
기본 원리는 다이오드/트랜지스터의 PN 접합 순방향 전압(Vf)이 온도에 따라 변하는 특성을 이용합니다. 실리콘 PN 접합의 Vf는 온도 상승 시 약 -2.5mV/°C 비율로 감소합니다. 이 전압 변화를 비교기나 트랜지스터 베이스 바이어스로 이용해 스위칭 동작을 만듭니다.
가변 저항으로 임계 온도(스레시홀드) 조절 가능. 아래는 NTC 서미스터 기반 기본 회로도입니다.
트랜지스터 베이스는 배터리→서미스터→가변저항 분압 회로로 바이어스됨. 온도 상승→서미스터 저항↓→베이스 전압↑→트랜지스터 온→부저 울림. 스위치로 회로 온/오프.
동작 방식에 따라 두 가지로 나뉩니다.
두 개의 열전대 사용: 하나는 대류/복사열 감지, 하나는 환경 온도 기준. 시동 온도와 무관하게 분당 12~15°F(약 6.7~8.3°C) 상승 시 동작. 저온 화재 조건에서도 임계값 알면 동작 가능.
천천히 시작되는 화재(낮은 열방출률)엔 미반응. 고정 온도 엘리먼트(임계값 136.4°F/58°C) 내장해 서서히 진행되는 화재도 감지.
센서 접촉 방식별 분류:
쉽게 구할 수 있는 부품으로 실용적인 회로 제작 가능.
T = 절대 온도(K)
T₀ = 기준 온도
VG₀ = 0K에서의 밴드갭 전압
VBE₀ = 기준 온도 T₀, 전류 IC₀에서의 접합 전압
k = 볼츠만 상수
q = 전자 전하
n = 소자 의존 상수
베이스-이미터 전압 VBE는 약 -2.5mV/°C 기울기로 감소. 베이스-컬렉터 쇼트 시 NPN이 다이오드처럼 동작(베이스+컬렉터=양극, 이미터=음극). 일정 전류 강제 시 전압이 온도 함수가 됨.
BC547 동작 온도 최대 150°C로 고온 환경에서도 센서 동작 가능 → 화재 경보기 등에 적합.
간단한 부품으로 열 감지 회로를 만드는 법을 익혔습니다. 필요에 따라 부품 변경·추가(릴레이 구동, MCU 인터페이스, 무선 전송 등)로 확장 가능합니다. 궁금한 점이나 개선 아이디어가 있으면 언제든 연락 주세요.
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