전력용 반도체 소자

정의

전력용 반도체 소자는 고전압·대전류 회로를 게이트 신호로 켜고 끄는 반도체 스위치다.

쉽게 말해 큰 전기를 흘려보내거나 막는 전자 밸브다.

인버터, 무정전전원장치, 전동기 속도제어의 핵심 부품이다.

제어 방식에 따른 분류

소자는 제어 방식으로 나눈다. 게이트로 켜기만 하는지, 끄기까지 하는지가 기준이다.

다이오드는 게이트가 없어 한 방향으로만 전류를 통과시킨다. 정류 회로에 쓴다.

SCR과 TRIAC은 게이트로 턴온만 제어하는 반제어 소자다.

GTO, IGCT, IGBT는 턴온과 턴오프를 모두 제어하는 완전제어형 소자다.

SCR의 턴온과 턴오프

SCR은 게이트에 양의 펄스를 주면 순방향 저지 상태에서 도통 상태로 바뀐다.

한번 켜지면 게이트 신호를 제거해도 도통이 유지된다. 이를 래칭이라 한다.

켜진 상태를 유지하는 최소 전류가 래칭 전류다.

턴오프는 전류를 유지 전류 아래로 떨어뜨려야 한다.

그래서 교류 영점 전류를 이용하거나 강제 소호 회로를 붙여야 끌 수 있다.

소자 비교

소자별 제어 방식과 용도를 한 표로 비교한다.

SCR은 턴온만 제어되므로 턴오프에 회로적 전류 차단이 필요하다.

GTO는 게이트로 턴오프가 가능하지만 구동 전류가 크다.

IGBT는 MOS 게이트 입력이라 구동 전력이 작다.

IGBT는 포화 전압이 낮아 중·대용량 인버터에 많이 쓰인다.

헷갈리는 점

가장 흔한 실수는 SCR과 GTO의 턴오프 방식을 혼동하는 것이다.

SCR은 유지 전류 이하로 떨어뜨리거나 양단을 단락해야 턴오프된다.

GTO는 게이트의 음의 신호로 턴오프한다.

SCR·GTO는 전류 제어형, IGBT는 전압 구동형으로 구분한다.

TRIAC은 양방향 대칭 동작을 빠뜨리지 않는다. 채점은 응용 예와 장단점까지 본다.

암기 정리

마지막으로 소자별 핵심을 암기 정리한다.

SCR은 래칭 전류 이상에서 켜지고 유지 전류 미만에서 꺼진다.

GTO와 IGCT는 게이트로 턴오프까지 제어하는 완전제어형 소자다.

IGBT는 전압 구동으로 중·대용량 인버터에 쓰인다.

TRIAC은 두 SCR을 역병렬로 연결한 양방향 소자로 교류 제어에 쓴다.