전기공사산업기사 MOSFET 등 — 전압제어형 다수 캐리어 소자

MOSFET은 게이트-소스 전압으로 드레인 전류를 제어하는 전압제어형 다수 캐리어 소자다. BJT가 베이스 전류로 제어하는 전류제어 소자인 것과 달리 MOSFET은 게이트에 전압을 걸어 동작을 정한다. 게이트는 산화막으로 절연되어 전류가 거의 흐르지 않으므로 입력 임피던스가 매우 크다. 다수 캐리어만으로 동작해 소수 캐리어의 소멸 시간이 없으므로 BJT보다 스위칭이 빠르다. ON 상태에서는 닫힌 스위치처럼 낮은 저항으로 동작한다.

GTO는 게이트 턴 오프 사이리스터로 불리며 플러스 게이트 전류로 턴온하고 큰 마이너스 게이트 전류로 턴오프한다. 전압-전류 특성은 SCR과 거의 같다. SCR은 한번 켜지면 게이트가 아니라 별도의 전환회로로 전류를 강제로 끊어야 끄지만, GTO는 게이트 신호로 스스로 끌 수 있어 그런 전환회로가 반드시 필요하지 않다. SCR은 게이트 전류가 증가할수록 더 낮은 양극 전압에서 턴온되므로 순방향 차단 전압이 감소한다.

IGBT는 게이트 전압으로 스위칭하는 소자다. 소자의 정상상태 온도상승은 손실과 열저항으로 구한다. 손실은 전압강하와 전류를 곱해 구하고, 여기에 열저항을 곱해 온도상승을 낸다. 열용량은 스위칭 직후 같은 과도 상태의 온도 변화를 다룰 때 쓰는 값이라 정상상태 온도상승 계산에는 쓰지 않는다.

전력변환 장치는 입력과 출력의 형태로 구분한다. 초퍼는 직류를 다른 크기의 직류로 바꾸고, 인버터는 직류를 교류로 바꾼다. 정류기는 교류를 직류로 바꾸고, 사이클로컨버터는 교류를 다른 교류로 바꾼다. 다이오드는 양극과 음극의 두 단자만 있어 순방향이면 저절로 도통하고 역방향이면 차단하므로 전압이나 전류를 제어할 수 없다.

정류회로의 맥동률은 상수와 펄스 수가 많을수록 작아진다. 단상 반파가 가장 크고 삼상 전파가 가장 작다. 반파정류의 평균 출력 전압은 전원 실효값의 약 45%이고, 전파정류는 약 90%가 된다. 다이오드를 병렬로 연결하면 전류가 분담되어 허용전류가 증가하고, 직렬로 연결하면 전압이 분담되어 인가전압이 증가한다.