직류전원 전압을 안정하게 유지하기 위하여 사용되는 다이오드는?
- 보우드형 다이오드
- 터널 다이오드
- 제너 다이오드
- 바렉터 다이오드
정답과 해설 보기
정답 ③ · 문항은 직류 전원 전압을 안정화하는 데 쓰이는 다이오드 종류를 묻고 있다. 역방향 항복 영역에서 양단 전압을 일정하게 유지하는 소자는 제너 다이오드로, 정전압·참조전압 회로에 널리 쓰인다.
제너 다이오드는 역방향 항복 영역에서 전압이 일정히 유지되어 직류 전원의 안정화에 쓰인다.
개념 한 쪽
전기공사산업기사 전력용반도체 소자 응용 제어회로 — 게이트 제어·열저항 계산·소자 용도
전력용 반도체 소자는 게이트 신호로 도통과 차단 동작을 제어하며 각 소자의 구조에 따라 턴온·턴오프 방식과 용도가 달라진다. 열관리 측면에서는 접합온도와 주위온도의 차이를 손실로 나눈 열저항이 설계의 핵심 지표가 된다. 이 개념 카드는 소자별 제어 특성, 등가 구조, 그리고 열저항 계산법을 정리한다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「전력용반도체 소자 응용 제어회로」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 부(−) 신호로 소호되는 소자 판별 | 1 | 게이트에 부(−) 신호를 주어 소호되는 반도체 소자를 고르기 |
| SCR 역병렬 등가 소자 판별 | 1 | SCR 2개를 역병렬로 한 등가 소자를 식별하기 |
| 접합온도·주위온도 기반 열저항 계산 | 1 | 접합온도와 주위온도·손실로 열저항을 계산하기 |
뜻
사이리스터 계열의 SCR(사이리스터)은 게이트로 켜는(턴온) 동작만 가능하고, 한 번 도통하면 게이트 신호로는 끌 수 없고 양극 전류를 차단해야 소호된다는 특징을 가진다. 이 제한을 보완한 소자가 GTO로, 게이트에 큰 부(−)의 전류 펄스를 주면 도통 중에도 강제로 소호되는 특성을 가진다.
교류 전력 제어용으로 설계된 소자는 SCR 두 개를 역병렬로 접속하여 양방향 전류를 제어하는 구성을 만들 수 있고, 이 구조를 하나의 소자로 구현하고 게이트를 공유한 것이 TRIAC이다. TRIAC는 교류의 양 반파를 모두 제어하므로 교류용 스위치로 쓰인다.
SCS는 양극 게이트와 음극 게이트, 즉 게이트가 두 개인 4단자 역저지형 사이리스터로 어느 쪽 게이트에서든 제어 신호를 인가할 수 있다는 점이 특징이다. 이와 달리 GTO는 게이트로 소호 가능하지만 게이트는 한 개이며, DIAC는 게이트가 없는 양방향 트리거 소자이다.
열저항은 접합온도 Tj와 주위온도 Ta의 차이를 손실 Pc로 나눈 값으로 정의한다. 식으로는 θ=(Tj−Ta)/Pc이며 단위는 ℃/W이다. 전력용 트랜지스터와 같은 소자의 방열 설계는 이 식을 사용해 허용 손실과 필요 방열 성능을 판단한다.
제너 다이오드는 역방향 항복 영역에서 일정 전압을 유지하는 특성으로 정전압원이나 기준전압용으로 사용한다. 배리스터는 전압이 상승하면 저항이 급격히 낮아져 과도전압을 흘려보내 회로를 보호하는 과도전압 보호 소자이며, 서미스터(일반적으로 NTC)는 온도가 증가하면 저항이 감소하는 음의 온도계수 소자이다.
예제
열저항 계산 대표 예시는 다음과 같다. 접합온도 최대 정격 Tj=75℃, 주위온도 Ta=35℃, 허용 컬렉터 손실 Pc=10W일 때 열저항 θ는 θ=(Tj−Ta)/Pc=(75−35)/10=40/10=4[℃/W]이다. 이 식을 기억하면 접합온도 허용치를 기준으로 허용 손실을 역으로 구하거나 필요한 방열 성능을 산정할 수 있다.
소자 선택 예시는 특성 문구에 따라 정리한다. 문제에서 '게이트에 부(−)의 신호로 소호된다'는 표현이 보이면 GTO를 선택한다는 실전적 단서를 바로 적용한다. 또한 'SCR 두 개를 역병렬로 접속한 등가 소자'와 같은 구조 설명이 나오면 TRIAC가 정답이 된다.
대표 기출 3문항
단상 정류로 직류 전압 100V를 얻으려면 반파 및 전파 정류인 경우 각각 권선 상전압 Es 는 약 얼마로 하여야 하는가?
- 311V, 222V
- 222V, 111V
- 166V, 222V
- 166V, 314V
정답과 해설 보기
정답 ② · 파센의 법칙(Paschen's law)은 기체 중에서 방전이 시작되기 위한 최소 전압, 즉 방전 개시 전압과 기체의 압력 및 전극 간 거리 사이의 관계를 나타내는 법칙입니다. 이 법칙에 따르면 압력과 간격의 곱(p*d)이 일정 값일 때 방전 전압은 최소가 됩니다.
평균값 기준: 반파 Ed=Em/π, 전파 Ed=2Em/π → Es=222V, 111V가 필요하다.
SCR의 애노드 전류가 20A로 흐르고 있을 때 게이트전류를 반으로 줄이면 애노드 전류는 몇 A가 되는가?
- 0
- 10
- 20
- 40
정답과 해설 보기
정답 ③ · 문항은 SCR가 이미 도통 중일 때 게이트전류를 반으로 줄이면 애노드 전류가 어떻게 되는지를 묻는다. SCR는 한 번 턴온하면 게이트전류에 의한 제어력을 상실하고 도체 상태는 회로 조건에 의해 유지되므로 게이트 전류를 줄여도 애노드 전류는 그대로 남는다.
SCR는 한번 도통하면 게이트 제어력을 잃으므로 게이트전류를 줄여도 애노드 전류는 20A 그대로이다.
자주 묻는 물음
- GTO와 SCR의 차이는 무엇인가?
- SCR은 게이트로 켜는 동작만 가능하고 게이트 신호로 소호할 수 없으나, GTO는 게이트에 큰 부(−) 전류를 인가하면 도통 중에도 강제로 소호되는 소자다.
- TRIAC와 SCR의 구조적 관계는 어떠한가?
- TRIAC는 SCR 두 개를 역병렬로 접속하고 게이트를 공유한 등가 소자이므로 교류의 양 반파를 모두 제어할 수 있다.
- 열저항은 어떻게 구하고 어떤 의미가 있는가?
- 열저항 θ는 접합온도와 주위온도의 차이를 소자의 손실로 나눈 값으로 θ=(Tj−Ta)/Pc이며, 단위는 ℃/W로 방열 설계 시 온도 상승을 손실로 환산하는 지표 역할을 한다.
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