diode(다이오드) TR (트랜지스터) FET (전계 효과 트랜지스터)

목차

* 다이오드

* TR (트랜지스터)

* FET (전계 효과 트랜지스터)

* IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)

* SCR (실리콘 제어정류기)

본문내용

스)을 가하면 부도통 상태로 되는 것을 말합니다.
⑸ Junction Transistor는 베이스가 2개 또는 그 이상의 접합 전극에 의해서 샌드위치 모양으로 사이에 끼워진 구조의 트랜지스터를 말한다
⑹ Bi-polar Transistor는 양 또는 음 2종류의 전하 운반체 (전자 또는 정공)을 사용하여 동작하는 트랜지스터를 말한다. 이에 대해 전자 또는 정공 어느 하나만으로 동작하는 트랜지스터를 Uni-polar Transistor라고 한다
***MOSFET와 Bipolar transistor의 장점만을 취할 수 있도록 되어 있는
IGBT의 해석에는 일반적으로 MOSFET + Diode model과 MOSFET + BJT model
두가지가 많이 사용됩니다.
어떤 모델을 사용하든 관계는 없지만 MOSFET + BJT model이 비교적
정확한 편입니다.
(그렇다고 크게 차이가 나지는 않습니다. 좀더 정확한 값을 얻을 수 있다는 겁니다.)
IGBT가 탄생된 이유는 실제로는 MOSFET를 대체하기 위해서라고 할 수 있습니다.
MOSFET의 경우 one-type carrier (electron or hole) 소자이기 때문에 항복전압을
높이거나 전류량을 높이는데 한계가 있었습니다.
때문에 IGBT는 MOSFET의 이러한 단점을 보완하고 높은 항복전압과 전류를
얻고자 하는 취지에서 개발되었습니다.
하지만 이런 IGBT에도 단점은 있습니다. 바로 속도가 MOSFET에 비해 느리다는 것입니다.
실제로 IGBT는 electron가 hole의 두가지 carrier를 모두 사용하게 되는데
이로인해 turn-off시간이 MOSFET에 비해 길다는 단점이 있습니다.
최근에는 고속 IGBT를 만들기 위해 많은 연구가 진행되고 있으나
아직까지 IGBT의 switching frequency는 100kHz 이하인 것이 대부분입니다.
현재 생산 판매중인 IGBT의 용량은 대부분 600V, 1200V 정도의 항복전압에
전류용량은 10A내외의 것이 많습니다. 주로 Inverter에 많이 사용되고 있으며 최근에는 자동차의 injection coil driver 나 PDP 구동 driver에 적용되고 있기도 합니다.
* SCR (실리콘 제어정류기)
SCR(Silicon Control Rectifier), 또는 TRIAC은 위상제어소자입니다.
둘다 GATE에 한번 ON이란 PULSE를 주면 전원이 차단되기 전까지 계속 ON상태를 유지합니다. 그러므로 교류신호의 경우 ON 타이밍을 조정하여 전력을 제어할 수 있죠.
SCR은 극성이 있기 때문에 교류에서 사용하면 한쪽 극만 제어되는데 반해, TRIAC은 SCR을 서로 반대로 병렬 연결한 것 같은 구조로서 교류+-모두 사용가능하죠.
주로 조광기, 모터의 속도조절(청소기,믹서기,드릴)등에 많이 이용 됩니다.
→ SCR 동작원리
SCR은 위의 그림과 같이 2개의 트랜지스터로 구성된 등가회로로 생각할 수 있습니다. 윗쪽 트랜지스터는 PNP트랜지스터의 역할을 하고 아랫쪽의 트랜지스터는 NPN트랜지스터의 역할을 합니다. 단, 두개의 트랜지스터가 맞붙는 중간층은 서로 공유됩니다.
1) SCR의 턴 온(Turn-on)과정
(1) 아래의 그림과 같이 게이트가 접지되면 Q1은 개방상태에 있게 됩니다. 이때 IB2는 너무 작아서 Q2를 턴 온 상태로 만들지 못합니다. 그러므로 모두가 개방상태에 있게 되고 SCR은 하나의 개방회로가 됩니다.
(2) 이 때 아래의 그림과 같이 게이트에 충분히 큰 벌스 전압 VG를 인가하면 Q1이 온 상태가 되고 Q2의 베이스 전류의 증가는 IB2를 더욱 증가되게 합니다. 결과적으로 A-K간 저항은 대단히 작아져서 아래의 그림과 같이 SCR은 하나의 단락회로가 되게 됩니다. 일반적은 SCR은 0.1us ~ 1us의 턴 온 시간을 갖습니다.
(3)위와 같은 게이트에 의한 트리거 뿐만 아니라 온도를 현저하게 증가시키거나 Breakover 전압 이상으로 전압을 증가시킴으로 SCR을 온 상태로 만들수도 있습니다.
(4) 일단 SCR이 온 상태가 되면 아래의 그림과 같이 게이트 신호를 제거하여도 오프 상태로 변화되지는 않습니다. 단지 위에서 소개한 GTO형의 SCR만이 게이트에 음의 펄스를 인가하여 오프상태로 만들 수 있습니다.
2) SCR의 턴 오프(Turn-off)방법
SCR을 오프 상태로 만들기 위한 방법은 양극전류 차단법과 강제전환법이 있습니다. 양극 전류 차단법은 아래의 그림(a)와 같이 직렬 스위치를 개방시키는 방법과 (b)의 그림과 같이 병렬 스위치를 단락시키는 방법이 있으며 두가지 모두 애노드 전류가 0이 되어 SCR이 오프상태로 됩니다.
강제전환법은 강제로 SCR내의 순방향 전류의 반대방향으로 전류가 흐르도록 하는 방법입니다. 가장 기본적인 회로는 아래의 그림과 같습니다.
위의 그림의 (a)에서와 같이 스위치가 개방되어 있으면 SCR은 도통상태에 있게 됩니다. 이 때 (b)와 같이 스위치를 닫아 순방향 전류와 반대방향으로 전류가 흐르게 되면 SCR은 오프 상태로 됩니다. 보통 SCR의 턴 오프 시간은 수us ~ 수십us 정도입니다.
① 구조 : pnpn의 4층 구조로서 3개의 pn접합과 애노드(anode), 캐소드(cathode), 게이트(gate) 등의 3개의 전극으로 구성된다. 이 소자를 실리콘 제어 정류기(silicon controlled rectifier, SCR)이라 한다.
② 동작 : 애노드 A에 양(+)전위, 캐소드K에 음전위를 주면 중앙의 pn 접합부는 역바이어스되므로 그림(a)와 같이 공핍층이 생겨 전류가 흐르지 않으므로 차단(OFF)상태로 된다. 전원 EA의 극성을 변화시켜도 다른 2개의 pn 접합부에 공핍층이 생겨 역시 차단 상태가 된다. 그림(a)에서 캐소드 전극에 가까운 게이트에 작은 게이트 전류 IG를 흘려 주면 반송자인 정공이 넓게 퍼져 게이트-캐소드 사이의 공핍층 두께가 그림(b)와 같이 얇아진다. IG를 증가시키거나 캐소드-애노드간 전압 VAK를 증가시키면 그림(c)와 같이 공핍층은 소멸되어 통전 상태로 되어 전류 I가 흐른다.
③ 용도 : 조광 자치, 모터 제어, 전차의 전력 제어

키워드

다이오드,   diode