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전력용 반도체

현대전력전가공학 2장

전력용 반도체

전력용 반도체 스위치 · Uncontrolled · Semi-Controlled · Fully-Controlled · SCR · GTO · IGCT · BJT · MOSFET · IGBT

1. 전력용 반도체 스위치

NeoStudio에서는 전력용 반도체를 스위치 관점에서 정리한다.

이상적인 스위치는 Turn-On과 Turn-Off가 즉각적으로 이루어지는 것으로 기록되어 있다.

Ideal Switch → Turn-On / Turn-Off 즉각 반응

2. 반도체 스위치의 제어 구분

반도체 스위치는 제어 정도에 따라 다음 세 가지로 구분하여 기록한다.

  1. Uncontrolled
  2. Semi-Controlled
  3. Fully-Controlled

3. Uncontrolled Switch

Uncontrolled Switch는 제어가 되지 않는 형태로 기록되어 있다.

외부에서 Turn-On과 Turn-Off를 직접 제어하지 않는 스위치로 구분한다.

4. Semi-Controlled Switch

Semi-Controlled Switch는 반제어 방식으로 기록되어 있다.

Turn-On은 제어할 수 있으나, Turn-Off는 외부 회로 또는 조건에 의해 이루어지는 방향으로 정리되어 있다.

Turn-On → Gate 제어 가능
Turn-Off → 별도 조건 필요

5. Fully-Controlled Switch

Fully-Controlled Switch는 Turn-On과 Turn-Off를 모두 제어하는 방식으로 기록한다.

Fully-Controlled → Turn-On 제어 + Turn-Off 제어

6. 스위칭 속도와 손실

NeoStudio에서는 Turn-On과 Turn-Off에 시간이 필요하다고 기록한다.

Turn-Off 시간이 길어지면 Power Loss가 증가하는 방향으로 메모되어 있다.

Switching Time ↑ → Power Loss ↑

따라서 Turn-On과 Turn-Off 시간이 짧을수록 유리한 방향으로 정리되어 있다.

7. 고정용 Diode

전력용 반도체 중 고정용 Diode는 Uncontrolled 소자로 기록되어 있다.

전압을 인가하면 도통하고, 전류가 흐르는 방향에 따라 동작하는 것으로 정리되어 있다.

NeoStudio에는 Overshoot 발생 가능성도 함께 기록되어 있다.

이 부분은 손글씨가 일부 불명확하여 원본에서 명확하게 확인되는 Diode = Uncontrolled 소자와 Overshoot 관련 메모만 반영하였다.

8. SCR

SCR은 반제어 스위치의 대표 소자로 기록되어 있다.

Gate에 전류를 인가하면 Turn-On되는 구조로 정리한다.

Gate Current → SCR Turn-On

Gate 전류는 Gate 단자에 Pulse 형태 또는 DC 형태로 인가하는 메모가 있다.

9. SCR의 Turn-Off

SCR은 Gate로 Turn-Off를 직접 제어하지 못하고, Turn-Off를 위해 별도의 조건이 필요한 것으로 기록되어 있다.

NeoStudio에는 Turn-Off를 위해 역방향 전압을 가하는 방법이 기록되어 있다.

SCR Turn-Off → 역방향 전압 인가

이 때문에 별도의 회로나 보조 동작이 필요한 방향으로 정리되어 있다.

10. SCR과 사이리스터

NeoStudio에서는 SCR을 Thyristor 계열로 기록한다.

SCR 외에도 다른 형태의 Thyristor 계열 소자가 있음을 메모하고 있다.

11. Fully-Controlled 소자

완전제어 스위치는 Gate 입력 등을 이용하여 Turn-On과 Turn-Off를 모두 제어할 수 있는 소자로 정리되어 있다.

NeoStudio에서는 다음 소자를 기록한다.

  • GTO
  • IGCT
  • BJT
  • MOSFET
  • IGBT

12. GTO

GTO는 Gate Turn-Off Thyristor로 기록되어 있다.

SCR과 비슷한 구조를 가지지만 Gate 전류를 이용하여 Turn-Off가 가능한 소자로 정리되어 있다.

GTO = Gate Turn-Off Thyristor
Gate → Turn-On / Turn-Off

13. GTO의 특징

Turn-On과 Turn-Off가 모두 가능하여 Fully-Controlled 스위치로 구분한다.

NeoStudio에는 Switching Loss와 속도 관련 메모도 함께 기록되어 있다.

Switching 동작 → Loss / Speed 고려

14. IGCT

IGCT는 다음 명칭으로 기록되어 있다.

IGCT = Integrated Gate Commutated Thyristor

Gate 구동을 이용하여 Turn-On과 Turn-Off를 제어하는 소자로 정리한다.

15. IGCT와 GTO 관계

NeoStudio에서는 IGCT가 GTO와 유사한 계열의 스위칭 소자로 기록되어 있다.

Gate Drive를 집적하여 사용하는 방향과 GTO보다 스위칭 속도를 개선하는 내용을 메모한다.

Gate Drive 집적 → IGCT
GTO 대비 → Switching Speed 개선

16. BJT

NeoStudio에서는 전력용 BJT를 Fully-Controlled 소자 중 하나로 기록한다.

Power BJT → Turn-On / Turn-Off 제어

17. MOSFET

전력용 MOSFET도 Fully-Controlled 스위치로 기록되어 있다.

Power MOSFET → Gate 제어 → Turn-On / Turn-Off

18. IGBT

IGBT는 다음 명칭으로 기록되어 있다.

IGBT = Insulated Gate Bipolar Transistor

NeoStudio에서는 MOSFET과 BJT의 장점을 결합한 소자로 정리한다.

IGBT → MOSFET + BJT 장점 결합

19. 전력용 반도체의 제어 수준

구분 Turn-On Turn-Off NeoStudio 예
Uncontrolled 외부 Gate 제어 없음 외부 Gate 제어 없음 Diode
Semi-Controlled Gate 제어 가능 별도 조건 필요 SCR
Fully-Controlled 제어 가능 제어 가능 GTO, IGCT, BJT, MOSFET, IGBT

20. 스위치 분류 흐름

              Power Semiconductor Switch
                         │
            ┌────────────┼────────────┐
            ▼            ▼            ▼
       Uncontrolled  Semi-Controlled  Fully-Controlled
            │            │            │
            ▼            ▼            ▼
          Diode         SCR      GTO / IGCT
                                  BJT / MOSFET
                                      IGBT
    

21. SCR과 GTO 비교

구분 SCR GTO
제어 구분 Semi-Controlled Fully-Controlled
Turn-On Gate 전류 사용 Gate 사용
Turn-Off Gate만으로 직접 제어하지 못함 Gate로 제어 가능
계열 Thyristor Gate Turn-Off Thyristor

22. 전력용 반도체의 핵심 관계

제어 수준 → Turn-On / Turn-Off 가능 여부
Switching Time → Power Loss
Gate Drive → Switching Control
NeoStudio에서는 전력용 반도체를 Turn-On과 Turn-Off를 얼마나 제어할 수 있는지를 기준으로 Uncontrolled, Semi-Controlled, Fully-Controlled로 구분한다.

23. NeoStudio 핵심 정리

항목 NeoStudio 내용
Ideal Switch Turn-On / Turn-Off 즉각 반응
Uncontrolled 외부 제어가 없는 스위치
Semi-Controlled Turn-On 제어 가능, Turn-Off는 별도 조건 필요
Fully-Controlled Turn-On과 Turn-Off 모두 제어
Diode Uncontrolled
SCR Semi-Controlled, Gate로 Turn-On
GTO Gate Turn-Off Thyristor
IGCT Integrated Gate Commutated Thyristor
BJT 전력용 Fully-Controlled 소자
MOSFET Gate 제어 전력용 스위치
IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor, MOSFET+BJT 장점 결합
Switching Time 길어질수록 Power Loss 증가 방향
이 HTML은 페이지 본문 설명이나 외부 자료를 사용하지 않고, 해당 페이지에 연결된 NeoStudio PDF 1개, 총 2페이지만 직접 시각 판독하여 작성하였다. 별도의 일반 이미지나 다른 PDF는 해당 페이지에서 확인되지 않았다. NeoStudio 손글씨에서 불명확한 일부 표현은 전력전자 일반 이론으로 임의 보완하지 않고, 명확하게 판독되는 제어 구분, SCR·GTO·IGCT·BJT·MOSFET·IGBT 관련 내용만 반영하였다.
Power Semiconductor, Power Switch, Uncontrolled, Semi-Controlled, Fully-Controlled, Diode, Thyristor, SCR, GTO, Gate Turn-Off Thyristor, IGCT, Integrated Gate Commutated Thyristor, BJT, MOSFET, IGBT, Insulated Gate Bipolar Transistor, Gate Drive, Turn-On, Turn-Off, Switching Time, Power Loss

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