개념 한 쪽
전력용 반도체소자는 구조와 단자 수, 제어 가능성에 따라 동작 원리와 쓰임새가 달라진다한다. 시험에서는 각 소자의 방향성(단방향/양방향), 단자 수(2단자/3단자), 게이트 유무와 자기소호 가능성 같은 핵심 특징으로 정답을 가리게 한다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
출제기준 단원 「전력용 반도체소자 종류별특징」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| SCR 게이트 영향 판단 | 1 | 도통 후 게이트 신호 변화가 애노드 전류에 미치는 영향을 설명하도록 묻는다 |
| 쌍방향성 판단 | 1 | 소자의 단자 수와 방향성을 대조하여 쌍방향성 여부를 가리도록 묻는다 |
| 다이액 특징 오류 선택 | 1 | 다이액의 단자 수·구조·용도에 대한 옳지 않은 설명을 고르도록 묻는다 |
SCR(사이리스터)은 게이트 신호로 턴온(도통)을 시작하지만, 일단 도통하면 게이트가 애노드 전류를 제어하지 못하는 소자이다. 따라서 도통 후에 애노드 전류 크기는 게이트가 아니라 부하회로가 결정한다는 점이 핵심이다. SCR은 단방향 소자로 교류의 한쪽 반파만 제어하는 특징을 가진다한다.
TRIAC과 DIAC은 양방향 동작을 특징으로 하는 소자이다. DIAC은 게이트가 없는 2단자 소자로 TRIAC의 트리거로 주로 사용되고, TRIAC은 게이트를 가진 3단자 양방향 스위치로 교류 전원의 양쪽 반파를 제어할 수 있다. 단자 수와 게이트 유무를 결합해 소자를 구분하는 방식이 시험 빈출 포인트이다.
자기소호(self turn-off) 능력은 게이트 신호로 도통 중인 소자를 스스로 차단할 수 있는지의 여부로 구분한다. GTO, 전력 MOSFET, IGBT는 게이트를 통해 턴오프가 가능한 자기소호 소자이고, 다이오드와 같이 게이트가 없는 소자는 외부 신호로 도통을 직접 차단할 수 없어 자기소호 기능이 없다는 점이 중요하다한다.
전력변환 장치는 입력과 출력 전원의 종류로 명칭이 정해진다한다. 인버터는 직류(DC)를 교류(AC)로 바꾸는 장치이고, 컨버터 혹은 정류기는 교류를 직류로 바꾸는 장치이며, 초퍼는 직류-직류 변환기로 평균 전압을 바꿔 전기자 전압 제어에 쓰이는 장치라는 구분을 기억해야 한다.
다이오드 계열 소자의 특성 용도도 구분해서 외운다한다. 터널 다이오드는 음성저항 특성으로 초고속 스위칭에 유리하고, 제너 다이오드는 정전압 유지용으로 주로 쓰이며, 일반 다이오드는 정류나 검파 등 기본 용도로 널리 쓰이는 점을 짚어야 한다.
문제 유형: SCR이 이미 도통 중일 때 게이트전류를 절반으로 줄였더니 애노드 전류가 어떻게 되는지 묻는 문제는 게이트가 도통 후에는 제어력을 잃는다는 원리를 적용하면 바로 해결한다. 풀이: SCR은 턴온은 게이트가 담당하나 턴오프는 애노드 전류를 유지전류 이하로 떨어뜨려야 하므로, 게이트전류를 반으로 줄여도 애노드 전류는 부하회로가 결정한 값인 20A 그대로 유지된다고 결론낸다.
문제 유형: 쌍방향성 다이리스터가 아닌 것을 고르는 문제는 단자 수와 방향성을 동시에 확인하면 정답을 도출할 수 있다. 풀이: DIAC, TRIAC, SSS는 양방향 동작을 하는 소자이며 DIAC은 2단자, TRIAC는 게이트를 가진 3단자라는 점에서 '쌍방향이 아닌 것'으로 SCR(단방향)을 선택한다.
자기소호 기능을 갖지 않는 반도체 소자는?
정답 ① · 문제는 자기소호(self turn-off) 기능이 없는 반도체 소자를 묻고 있다. 자기소호 능력은 게이트로 도통을 제어하고 차단할 수 있는 소자에 해당하므로 GTO·전력 MOSFET·IGBT는 자기소호 기능을 가진다.
자기소호(게이트 신호로 스스로 차단)는 GTO·전력MOSFET·IGBT에 가능하며, 게이트가 없는 다이오드는 불가하다.
반도체 소자 SCR에 대한 설명 중 잘못된 것은?
정답 ② · 문항은 SCR의 전기적 특성에서 잘못된 설명을 찾는 문제이다. SCR은 PNPN 구조의 반도체 소자로서 차단(OFF) 상태에서는 매우 큰 저항을 보이며 도통(ON) 상태에서는 낮은 저항을 가진다.
SCR은 OFF(차단) 상태에서 매우 높은 저항, ON(도통) 상태에서 낮은 저항 — 'OFF가 낮다'는 설명이 틀렸다.
반도체 소자 중 게이트에 부(-)의 신호를 줄 때 소호되는 소자는?
정답 ② · 문제는 게이트에 부(−)의 신호를 주었을 때 소호되는 반도체 소자를 묻고 있다. GTO는 게이트에 음(-)의 큰 전류 펄스를 인가하면 도통 중인 상태에서도 강제로 소호(turn-off)시킬 수 있도록 설계된 사이리스터 계열 소자이다.
GTO는 게이트에 부(−)의 전류 신호를 주면 도통 중에도 강제로 소호(turn-off)되는 사이리스터다.
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