다음은 IGBT에 관한 설명이다. 잘못된 것은?
- Insulated Gate Bipolar Thyristor의 약자이다.
- 트랜지스터와 MOSFET를 조합한 것이다.
- 고속 스위칭이 가능하다.
- 전력용 반도체 소자이다.
정답과 해설 보기
정답 ① · 문제는 IGBT에 대한 잘못된 설명을 고르는 것이다. IGBT는 Insulated Gate Bipolar Transistor의 약자로, 'Thyristor'가 아니라 'Transistor'가 맞다.
개념 한 쪽
전기기사 전력용반도체 소자 — SCR·사이리스터·IGBT 성질과 턴온 시간
SCR은 양극·음극·게이트의 3단자를 가진 스위칭 소자로 작은 게이트 신호로 대전력을 제어하며 교류·직류 모두에 쓰인다. 게이트 전류를 주면 온 상태로 도통하고, 도통 완료까지의 턴온 시간이 길면 스위칭 손실이 커 소자가 파괴될 수 있다. IGBT는 절연 게이트 양접합 트랜지스터로 MOSFET과 BJT의 장점을 합친 전압제어 소자다.
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「전력용반도체 소자 등」의 공개 문제 7개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| SCR 기본 성질 옳지 않은 것 고르기 | 3 | 교직류 겸용·게이트 제어 판별 |
| 사이리스터 동작 용어·단자수 고르기 | 2 | 온·턴온·스위칭 손실 짝과 SCS 판별 |
| IGBT 성질 옳지 않은 것 고르기 | 2 | 명칭·입력 임피던스 방향 판별 |
가장 자주 묻는 것은 SCR 기본 성질 옳지 않은 것 고르기입니다.
뜻
SCR(실리콘 제어 정류기)은 사이리스터의 대표 종류로 3단자(양극·음극·게이트) 소자이며 스위칭 소자다. 적은 게이트 신호로 대전력을 제어할 수 있고 교류 회로의 위상 제어와 정류, 직류 회로의 스위치에 모두 쓰이므로 「직류 전압만을 제어한다」「교류 부하에서만 제어가 가능하다」는 보기는 모두 틀린 것이다. SCR을 턴온시키는 데 필요한 최소 순전류를 래칭 전류라 하고, 게이트 신호 인가부터 도통까지의 시간은 짧다. 사이리스터 군에서 SCR·GTO·TRIAC은 3단자 소자이고 SCS(silicon controlled switch)는 4단자라 3단자가 아닌 것으로 묻는 문항의 답이 된다.
사이리스터의 도통 과정은 이렇다. 순방향 저지상태에서 게이트 전류가 흐르면 온(On) 상태로 되며, 게이트 전류를 가하여 도통이 완료될 때까지의 시간을 턴온(Turn on) 시간이라 한다. 이 시간이 길면 스위칭 시의 전력손실이 많아 사이리스터 소자가 파괴되는 수가 있다. SCR은 기계 접점이 없어 아크가 생기지 않고 열 발생도 적다.
IGBT는 Insulated Gate Bipolar Transistor의 약자다. 트랜지스터(BJT)와 MOSFET를 조합한 전력용 반도체 소자로, MOSFET처럼 전압제어 소자이며 게이트-에미터 사이 입력 임피던스가 매우 높아 BJT보다 구동하기 쉽고 고속 스위칭이 가능하다. BJT처럼 on-drop이 낮고 거의 일정해 MOSFET보다 훨씬 큰 전류를 흘릴 수 있다. 이름에 Thyristor가 들어간다는 보기, 입력 임피던스가 낮다는 보기가 틀린 것이다로 나온다.
예제
판별의 축은 소자별 기본 사실이다. SCR → 3단자·소게이트 대전력·교직류 겸용·래칭 전류·짧은 도통시간. 사이리스터 도통 → 온 상태·턴온 시간·스위칭 손실로 이어지는 세 낱말 짝. IGBT → Transistor(Thyristor 아님)·전압제어·높은 입력 임피던스·고속 스위칭. 「~만을 제어한다」「~가 낮다」 방향 뒤집기 보기를 가려낸다.
대표 기출 3문항
SCR에 관한 설명이다. 적당하지 않은 것은?
- 3단자 소자이다.
- 적은 게이트 신호로 대전력을 제어한다.
- 직류 전압만을 제어한다.
- 스위칭 소자이다.
정답과 해설 보기
정답 ③ · SCR(실리콘제어정류기)은 게이트 단자를 가진 3단자 반도체 소자로서 작은 게이트 신호로 큰 전력을 제어할 수 있고 스위칭 소자이다(보기 1, 2, 4는 적절한 설명이다). 그러나 SCR은 교류와 직류 모두에서 전력 제어에 사용될 수 있으므로 ‘직류 전압만을 제어한다’는 설명은 틀리다.
사이리스터(Thyristor)에서는 게이트 전류가 흐르면 순방향의 저지상태에서 ( )상태로 된다. 게이트 전류를 가하여 도통완료까지의 시간을 ( )시간이라고 하나 이 시간이 길면 ( )시의 ( )이 많고 사이리스터 소자가 파괴되는 수가 있다. ( ) 안에 알맞은 내용을 순서대로 나열한 것은?
- 온(On), 턴온(Turn on), 스위칭, 전력손실
- 온(On), 턴온(Turn on), 전력손실, 스위칭
- 스위칭, 온(On), 턴온(Turn on), 전력손실
- 턴온(Turn on), 스위칭, 온(On), 전력손실
정답과 해설 보기
정답 ① · 문장은 게이트 전류를 주면 순방향 차단(저지) 상태에서 어떤 상태로 변하는지, 도통완료까지의 시간을 무엇이라 하는지, 이 시간이 길면 어떤 시의 무엇이 많아 소자가 파괴될 수 있는지를 순서대로 묻는다. 게이트가 인가되면 소자는 온(On) 상태가 되고, 도통완료까지의 시간을 턴온(Turn on) 시간이라 하며, 이 시간이 길면 턴온 시의 스위칭 손실(스위칭 동안의 전력손실)이 커져 소자가 파괴될 수 있다.
자주 묻는 물음
- SCR에 대한 설명 중 틀린 것은 어떤 유형인가요?
- 「직류 전압만을 제어한다」「교류 부하에서만 제어가 가능하다」 같은 한쪽으로 몰아붙인 보기입니다. SCR은 교류의 위상 제어·정류와 직류 스위치에 모두 쓰입니다.
- 턴온 시간이 길면 왜 소자가 파괴되나요?
- 도통이 완료되기까지 스위칭 시 전력손실이 그만큼 많아지기 때문입니다. 게이트 전류 인가부터 도통 완료까지의 시간이 턴온 시간입니다.
- 3단자 사이리스터가 아닌 것은 무엇인가요?
- SCS입니다. SCR·GTO·TRIAC은 3단자 소자인데 SCS는 4단자 구조를 가집니다.
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