전기이론›전류의 작용·반도체·계측

사이리스터와 제어정류기

Thyristor & Controlled Rectifier

사이리스터(SCR)란

다이오드는 전원이 들어오면 바로 켜지지만, SCR(Silicon Controlled Rectifier)은 게이트(Gate)에 신호를 줘야만 켜집니다. 즉 "켜지는 시점"을 조절할 수 있어서, 출력 전압을 원하는 만큼 제어할 수 있습니다.

💡 SCR = 제어 가능한 다이오드

①다이오드: 스위치가 항상 ON (자동문)

②SCR: 게이트 신호가 와야 ON (초인종 문)

③한번 켜지면 전류가 0이 될 때까지 유지

④3개의 단자: 애노드(A), 캐소드(K), 게이트(G)

점호각과 출력 전압

SCR 점호각(α)에 따른 출력 파형 — 녹색 점: 게이트 트리거

점호각 α30°

SCR 반파정류 평균전압

V_avg = V_m2π(1 + cosα)

α = 0°이면 일반 다이오드와 동일, α↑ → 출력↓

📐 점호각에 따른 출력

①α = 0°: 출력 최대 (일반 다이오드와 같음)

②α = 60°: 출력 약 75%

③α = 90°: 출력 약 50%

④α = 120°: 출력 약 25%

⑤α = 180°: 출력 0 (완전 차단)

주요 전력 반도체 소자

전력 반도체 비교

📊주요 전력 반도체 소자 비교

소자	특징	제어	용도
SCR	단방향, 대전류	ON만 가능	위상 제어, 정류
TRIAC	양방향 (교류용)	ON만 가능	조광기, 온도 조절
GTO	게이트 OFF 가능	ON/OFF 모두	대용량 인버터
IGBT	고속 스위칭	ON/OFF 모두	인버터, 전기차

⚡ 핵심 차이점

①SCR: ON만 제어 가능, OFF는 전류 0일 때 자동

②TRIAC: 교류 양방향 → 가정용 조광기에 사용

③GTO: 게이트로 ON/OFF 모두 가능

④IGBT: 현대 전력전자의 핵심 — 고속 + 대전류

전력 변환 장치

전력 반도체를 이용하면 전기의 형태를 자유자재로 바꿀 수 있습니다. 이를 전력 변환이라 합니다.

전력 변환

📊전력 변환 장치 분류

장치	변환	예시
정류기	AC → DC	충전기, 전원장치
인버터	DC → AC	에어컨, 전기차 모터
컨버터	AC → DC → AC	주파수 변환 (VFD)
초퍼	DC → DC	전압 변환 (승압/강압)

🔄 인버터가 중요한 이유

①에어컨: 인버터로 압축기 속도 조절 → 에너지 절약

②전기차: 배터리(DC) → 인버터 → 모터(AC)

③태양광: 태양전지(DC) → 인버터 → 가정용(AC)

④IGBT가 인버터의 핵심 스위칭 소자

총정리

SCR 평균전압

V_avg = V_m2π(1 + cosα)

점호각 α로 출력 전압 제어

🎯 시험 포인트

①SCR = 게이트 신호로 ON 시점 제어

②점호각 α 증가 → 출력 전압 감소

③TRIAC = 교류 양방향 제어 (조광기)

④IGBT = 고속 + 대전류 → 인버터 핵심 소자

⑤정류(AC→DC) vs 인버터(DC→AC) 구분 필수