전기응용 및 공사재료›전기응용

전력용 반도체 응용 (공사)

Power Semiconductor Applications

전력 반도체 = 전력 변환의 핵심 스위치

🔍 왜 전력 반도체인가?

① 기계식 스위치 → 전자식 스위치로 전환 = 고속·고효율

② 정류·인버터·컨버터·초퍼 → 모든 전력 변환에 반도체 사용

③ 전기공사기사에서는 SCR 위상제어, 소자별 특징 비교 핵심

SCR 위상제어 파형

점호각 α30°

SCR 점호각에 따른 반파 정류 출력 파형

🔑 핵심 관찰

① α=0°: 전 도통 → 최대 출력 (일반 다이오드와 동일)

② α↑: 도통 구간 감소 → 평균 출력 전압↓

③ α=90°: 출력이 절반, α=180°: 출력 0

핵심 소자별 특성

SCR (사이리스터)

게이트 신호로 턴온, 전류 0에서 턴오프

대용량 정류·위상제어, 자기소호 불가 (전류형)

IGBT

게이트 전압으로 턴온/턴오프

중~대용량 인버터의 주력 소자 (전압형), 스위칭 주파수 1~20kHz

파워 MOSFET

게이트 전압 제어, 고속 스위칭

소용량·고주파(수백kHz), 도통손실 큼, SMPS·LED 드라이버용

GTO / IGCT

게이트 신호로 턴온+턴오프

대용량(수 MW급), 전류 소호 가능, 전동차·대형 인버터용

광전소자와 제어회로

💡 광전소자

① 포토다이오드: 빛 → 전류 (광센서, 통신)

② 포토커플러: 입출력 절연, 노이즈 차단

③ CdS셀: 빛 → 저항 변화 (조도 센서, 자동점멸기)

④ 태양전지: 빛 → 기전력 (p-n접합 광기전력 효과)

반파 정류 평균전압

V_avg = Vm(1+cosα) / 2π

전파: V_avg = 2Vm(1+cosα) / 2π

시험 포인트 총정리

반파 평균전압

Vm(1+cosα)/2π

SCR 위상제어

전파 평균전압

2Vm(1+cosα)/2π

브리지 정류

🎯 시험 포인트

① SCR: 턴온=게이트, 턴오프=전류0 (자연전류) → 자기소호 불가

② IGBT vs MOSFET: 중대용량=IGBT, 소용량고주파=MOSFET

③ 위상제어 평균전압 공식 (반파/전파) 계산 주요 출제 포인트

④ 포토커플러: 절연+노이즈 차단 용도로 출제

⑤ 태양전지: p-n접합 광기전력 효과 원리