전기기기›전력변환기

정류용 반도체 소자

Power Semiconductor Devices

전력 반도체, 전력의 교통 신호등

💡 왜 전력용 반도체가 필요할까?

교류를 직류로, 직류를 교류로 바꾸려면 전류의 흐름을 제어하는 '스위치'가 필요합니다

①일반 스위치는 초당 수만 번 ON/OFF가 불가능 → 반도체로 해결

②전력용 반도체 = 고전압·대전류를 다루는 초고속 전자 스위치

V-I 특성곡선

🔬 스위칭 특성을 눈으로 확인

다이오드는 순방향만 도통, SCR은 게이트 신호로 턴온 시점 제어

①IGBT/MOSFET은 게이트 전압으로 전류량 자체를 조절

②트라이액은 양방향 모두 도통 가능 → 교류 제어에 적합

소자별 제어 방식

다이오드

자기 정류 (제어 불가)

순방향 전압 인가 시 자동 도통, 역방향 시 차단

SCR (사이리스터)

게이트 턴온만 가능

게이트 펄스로 턴온 → 전류가 유지전류(I_H) 이하로 떨어져야 턴오프

GTO

게이트 턴온 + 턴오프

큰 역게이트 전류로 강제 턴오프 가능 → 자기소호형 소자

IGBT

V_GE로 턴온/턴오프

MOSFET의 고입력 임피던스 + BJT의 대전류 특성 결합

전력 반도체 소자 비교

소자	제어	스위칭	용도
다이오드	불가	-	정류
SCR	턴온만	느림	AC 위상제어
GTO	턴온/오프	보통	대용량 인버터
트라이액	양방향	느림	AC 전력제어
IGBT	턴온/오프	빠름	인버터/UPS
MOSFET	턴온/오프	매우빠름	고주파 DC-DC

⚡ 현대 전력변환의 핵심

IGBT = 중대용량(수백 kW~MW급)에서 가장 널리 사용

①MOSFET = 소용량 고주파(수십~수백 kHz)에 유리

②SCR = 대용량 위상제어(HVDC 등)에 여전히 사용

시험 포인트 총정리

SCR 구조

P-N-P-N 4층

게이트 턴온만 가능, 전류 제어로 턴오프

GTO

자기소호형

게이트 역전류로 턴오프 가능

IGBT

IGBT = MOSFET + BJT

고입력 임피던스 + 대전류

트라이액

양방향 SCR

교류 전력 제어 전용

🎯 시험 포인트

①SCR은 턴온만 가능하고, 턴오프는 전류가 유지전류 이하로 떨어져야 한다

②GTO는 게이트로 턴온·턴오프 모두 가능한 '자기소호형' 소자

③IGBT는 MOSFET의 고입력 임피던스와 BJT의 대전류 특성을 결합

④트라이액은 양방향 도통 가능 → AC 전력제어(조광기 등)에 사용

⑤스위칭 속도: MOSFET > IGBT > GTO > SCR 순서

📝 대표 기출문제

①[기출유형] SCR의 턴오프 조건은? (답: 애노드 전류가 유지전류 이하로 감소)

②[기출유형] 게이트 신호로 턴온과 턴오프 모두 가능한 소자는? (답: GTO)

③[기출유형] IGBT의 장점을 설명하시오. (답: MOSFET의 고입력 임피던스 + BJT의 대전류 용량)