전력용 반도체 응용 (공사)

Power Semiconductor Applications

전력용 반도체 응용은 SCR·IGBT·MOSFET으로 전력을 고속 스위칭·변환하는 기술이에요. 위상제어 파형에서 점호각이 평균 출력을 바꾸고, 소자마다 전압·전류·스위칭 영역이 갈려요. 기계식 개폐 대비 효율과 제어성이 핵심 이점이에요. 점호각 슬라이더로 파형과 출력이 어떻게 변하는지 확인해 봐요.

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°

🔑 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