[다이오드,MOFET등...] 전력전자

소개글

[다이오드,MOFET등...] 전력전자에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 다 이 오 드
2. SCR 사이리스터
3. GTO 사이리스터
4. 바이폴라 트랜지스터
5. MOSFET
6. IGBT
7. MCT

본문내용

전류특성을 가지므로 그 이상적인 특성은 그림 2-33 (c)와
같다.
그림 2-33 (b)에서, VGs=0이면 vDS가 증가하여도 iD의 값은 거의 변함없이 영(zero)으로 유지되므로 MOSFET는 오프 상태가 된다. BVDSS는 MOSFET가 견딜 수 있는 vDs의 최 대값이다.
그러나, VGs를 VGs(On)만큼 인가하면, 전류 iD는 외부회로의 조건에 따라 OA에서최대 Id,max 사이의 값으로 정해지며 MOSFET는 온 상태가 된다. 온 상태의 MOSFET는 Vds전압의 변화에 따라 전류 Id가 거의 선형적으로 변하므로 이를 온저항(On-resistance) rDs(on)로 나타낼 수 있다. 즉 MOSFET의 온드롭은 BJT처럼 거의 일정하지 않고 스위치 전류 iD의 크기에 따라 정해진다. 이러한 온저항은 최대 차단전압 BVdss가 큰 MOSFET일수록 증가하는데
r ,Ds( On) ⇔ BVDSS 2.5~2.7
과 같은 관계가 있다. 그러므로 전압정격이 큰 MOSFET은 rDs(oN)이 커서 손실이 증가하므로 전류용량을 낮추고, 전류용량이 큰 MOSFET를 만들기 위해서는 전압정격을 낮출 수밖에 없다.
이와 같이 MOSFET는 게이트-소스간 전압으로 드레인 전류를 제어하는 전압제어 스
위 치 (voltage-coltrolled switch)이다. 또 이 러 한 제어 전압은 온이나 오프 상태를 유지하기 위하여 지속적으로 인가해 주어야 한다. 그러나 BJT와는 달리 게이트와 소스 사이입력 임피던스가 매우 커서 게이트에 유출입하는 전류가 매우 작고 따라서 BJT와 비교할 때 MOSFET의 구동전력은 매우 작다
한편, 그림 2-34에 보인 바와 같이 실제의 전력용 MOSFET는 소스와 드레인 사이에는 pn 접합이 존재하여 역방향 다이오드가 구조적으로 내장되어 있다. 이러한 다이오드
를 MOSFET의 내부 다이오드(internal diode) 또는 역방향 다이오드(reverse diode)라고 하며, 보통 역회복시간(reverse recovery time)이 수백 nsec~수 rsec에 이르는 비교적 느린 동작특성을 갖는다.
일반적으로, MOSFET의 스위칭 속도는 극히 빨라서 수십 nsec에서 수백 nsec 정도이며, 스위칭 주파수도 수백 kHz에서 수 MHzz에 이른다. 반면에 전력용량은 그다지 큰편은 아니며, 전압용량은 최대 1000v내외, 전류용량은 최대 100A내외가 된다. 따라서MOSFET는 정밀 서보 드라이브나 컴퓨터나 정보기기에 장착되는 SMPS(SwitchedMode Power Supply) 등과 같이 소형의 전력을 다루고 고주파 스위칭을 요구하는 응용분야에 주로 사용된다.
그림 - MOSFET(N 체널형)
그림 - 전력용 MOSFET
6. IGBT
그림 2-35의 (a)와 (b)는 N채널 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)의 회로기호와 둥가회로를 각각 나타낸다. 그림 2-35 (a)에서 G, C, E는 각각 게이트(gate), 컬렉터(collector), 에미터(emitter) 단자를 나타내며, 게이트와 에미터 사이의 전압 vcE의크기로 컬렉터 전류 iC의 흐름을 단속한다.
그림 2-35 (b)의 둥가회로에서 보듯이 IGBT는 앞서 다룬 MOSFET, BJT, GTO사이 리스터의 장점을 결합한 일종의 하이브리드(hybrid) 소자이다. 즉 IGBT는, (1) MOSFET처럼 전압 제어소자이며 게이트와 에미터간 입력 임피던스가 매우 높아 BJT보다 구동하기가 쉽고,
(2) BJT처럼 온드롭(on-drop)이 전류에 관계없이 낮고 거의 일정하여 MOSFET보다 훨씬 큰 전류를 흘릴 수 있고(3) GT0 사이리스터처럼 역방향 전압저지 특성을 갖는다. 그림 2-36의 (a)는 IGBT의 전압-전류특성을, (b)는 이상적인 특성을 나타낸다. 그림2-36에서 보듯이 IGBT는 양방향 전압저지 특성과 단방향 전류특성을 갖고, 온 ·오프제꺼방법은 MOSFET와 같다.IGBT는 최대 3300v-1200A의 전압-전류용량을 갖는 것까지 상용화되었으며 1996년 현재 45OOV-1200A의 제품이 개발완료, 상용화 단계에 있다
그림 - IGBT(N 채널형)
그림 - IGBT(N 채널형)
그림 - IGBT
7. MCT
MCT(MOS-Controlled Thyristor)는 가장 최근에 상용화된 전력반도체 소자로서GTO 사이리스터의 전류 제어방식의 드라이브 특성을 개선한 전압제어 스위치이며,GTO 사이리스터와 비교가 안될 정도로 매우 높은 턴오프 전류이득을 갖는다.
그림 2-37의 (a)와 (b)는 P형 MCT의 회로기호와 내부에 SCR사이리스터를 포함하 는 등가회로를 각각 나타낸다. 그림 2-37(a)에서 G, A, K는 각각 게이트(gate), 애노드(anode), 캐소드(cathode) 단자를 나타내며, GTO 사이리스터가 게이트에 전류펄스를인가하여 트리거 온 ·오프하는 것과는 달리, 게이트와 애노드 사이에 작은 전압펄스를인가해 줌으로써 트리거 온, 트리거 오프할 수 있다.
그림 2-37 (c)에서 보듯이, MCT는 게이트에 애노드에 대하여 응(netgative)의 펄스를인가하면 턴온되고, 양(positive)의 전압펄스를 인가하면 턴오프된다. 그리고 일단 턴온,턴오프되면 게이트와 애노드 사이의 전압이 제거되어도 온 ·오프의 상태를 유지한다. 그림 2-린의 (a)는 MCT의 전압-전류특성을, (b)는 이상적인 특성을 나타낸다. MCT는 둥가회로에서 보듯이 IGBT, MOSFET 둥과 같은 전압제어 소자이떠 따라서구동이 쉽고 구동전력이 적게 소모된다. 또 GTO 사이리스터와 같은 온드롭을 갖지만GTO 사이리스터처럼 턴오프시 매우 큰 전류괼스는 필요없다. 스위칭 속도는 수 usec정도 되어 GTO 사이리스터보다는 훨씬 빠르고 IGBT와 비슷하다. MCT는 현재 600v/1200v, 30A/60A군의 제품이 상용화되어 있다. 또 MCT는 현재기술개발의 초기단계이지만 구조적으로 대용량의 전력처리능력을 갖고 구동이 쉽다는등의 장점때문에 차세대 전력반도체 스위치로 주목받고 있는 소자이다.
그림 - MCT(P 형)
그림 - MCT(P 형)

키워드

다이오드,   SCR,   사이리스터,   GTO,   바이폴라,   트랜지스터,   MOSFET,   IGBT