Thyristor   사이리스터

(2018-08-19)

SCR, Silicon Controlled Rectifier

1. 사이리스터 (Thyristor)

  ㅇ Thyristor = Thyratron + Transistor전력용 반도체 소자의 일종

  ㅇ 용도 : 반 제어 전력 스위칭 소자
     - 교류 입력 전압의 극성 변화에 관계없이 턴온/턴오프 됨
        . 적절한 게이트 신호에 의해서 만 턴온 되지만, 
        . 도통되고있는 전류 크기가 작아지면 스스로 턴오프 됨


2. 사이리스터 구조 및 특징

  ㅇ 구조
     - PNP 와 NPN 트랜지스터 2개를 직병렬로 결합한 형태
        . PNPN 4개의 층 및 3개의 PN 접합 구조를 갖는 3 단자 소자
           .. 도통 제어 단자 : G (Gate)
           .. 부하와 직렬 연결 단자 : A (Anode), K (Cathode)

       

  ㅇ 2개의 안정한 상태(쌍안정 : 온,오프)를 유지하며, 턴온 제어 능력이 있음
     - 상태 구분
        . forward-blocking state    : 큰 전압 유지, 극미량 전류가 흐르는 상태 (오프)
           .. PN 접합 J1,J3는 순방향 바이어스되고,
              J2는 역방향 바이어스되어 누설전류 만이 흐르는 상태
        . forward-conduction state  : 낮은 전압 강화, 대 전류가 흐르는 상태 (온)
           .. 3개 PN 접합 모두에서 자유로운 전하캐리어 이동이 가능하고,
              순방향 대 전류가 흐르게 됨
     - 일반적으로,
        . 사이리스터 라고하면 보통 턴오프 제어 능력이 없는 것이 일반적임
     - 도통 시점(턴온),종점(턴오프)의 제어는,
        . `게이트 제어 입력` 및 `전원주파수 교류 전압 파형`으로 결정
     - 턴온 제어 신호
        . 보통, 전기적인 신호(게이트 전류)이지만, 광 신호로도 제어 가능

  ㅇ 일반 트랜지스터와 비교하여,
     - 더 낮은 턴온 상태 도통 손실
     - 더 높은 전력 취급 능력


3. 사이리스터 전압 전류 특성

  

  ㅇ 동작 설명
     - 소자 양단 전압이 음이면 역 바이어스되어 오프 상태에 있게 됨
     - 애노드 전류를 증가시키면 턴온 됨
        . 게이트 전압 펄스을 인가하면 게이트 전류 펄스가 유발되어 사이리스터가 턴온 됨
     - 온 상태에서 애노드 전류를 유지 전류 IH 이하로 감소시키면 턴오프 됨

  ㅇ 주요 파라미터명
     - VFB 또는 VBO (Forward Breakover Voltage)
        . 순방향 전압 VAK가 이 이상이면 사이리스터가 파괴됨
     - IL (Latching Current,래칭 전류)
        . 턴온되고 게이트 전류를 제거한 후에 온 상태를 유지하는데 필요한 최소 애노드 전류 
        . 접합면을 통해 이동 전하캐리어의 량을 유지시키기 위한 최소 전류
     - IH (Holding Current,유지 전류)
        . 순방향 애노드 전류 IA가 이 이하로 감소되면, 결국 턴오프 됨


4. 사이리스터 종류

  ㅇ SCR (Silicon Controlled Rectifier)
     - 4층 3 전극 반도체 소자
        . 제어 전극인 게이트에 낮은 전력의 전기적 신호를 가함으로써 턴온 됨
           .. 일단 턴온되면 일반 다이오드와 유사하게 동작
     - 일반적으로 사이리스터를 지칭
        . 1958년 제너럴일렉트릭社 개발하여, `SCR`라는 명칭으로 발표

  ㅇ TRIAC (트라이악)
     - SCR 2개를 역 병렬로 연결한 전기적 등가구조

  ㅇ GTO 사이리스터 (게이트 턴오프 사이리스터,Gate Turn-Off Thyristor)
     - 통상의 사이리스터는 게이트 제어 턴오프 능력이 없으나, 
     - 게이트에 의해 제어 가능한 턴온 및 턴오프 능력을 갖도록 특별히 설계된 소자

  ㅇ IGCT 사이리스터 (Insulated Gate Commutated Thyristor)
     - 사이리스터의 특수한 형태로써, GTO와 유사하며, 게이트 신호에 의해 턴온,턴오프 제어


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