Thyristor   사이리스터

(2020-03-24)
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, 
        . 도통 전류 크기가 작아지면 스스로 턴오프 됨

  ㅇ 특징 : 일반 트랜지스터와 비교하여,
     - 턴온 상태에서, 더 낮은 도통 손실, 더 높은 전력 취급 능력
     - 덜 빠른 스위칭 속도 및 다소 높은 스위칭 손실


2. 사이리스터의 구조

  ㅇ 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)

       


3. 사이리스터의 동작 형태

  ㅇ 동작 특징
     - 2개의 안정한 상태(쌍안정 : 온,오프)를 유지
     - 턴온 제어 능력이 있음

  ㅇ 2개(쌍안정) 상태
     - forward-blocking state (ON) : 큰 전압 유지, 극미량 전류가 흐르는 상태 (오프)
        . PN 접합 J1,J3순방향 바이어스되고,
        . J2역방향 바이어스되어 누설전류 만이 흐르는 상태
     - forward-conduction state (OFF) : 낮은 전압 강화, 대 전류가 흐르는 상태 (온)
        . 3개 PN 접합 모두에서 자유로운 전하캐리어 이동이 가능하고,
        . 순방향 큰 전류가 흐르게 됨

  ㅇ 턴온/턴오프되는 시점
     - 주로, `게이트 제어 전류의 인가` 및 `전원 주파수교류 전압 파형`으로 결정

  ㅇ 도통의 시점(턴온), 종점(턴오프)의 제어
     - 턴온 제어 능력 : 있음
        . 보통, 전기적인 게이트 전류이지만,
        . 때론, , , 고 전압 인가 등으로도 턴온 가능        
     - 턴오프 제어 능력 : 없음
        . 통상, 사이리스터 라고 하면, 턴오프 제어 능력이 없는 것이 일반적임
        . 도통되어있는 입력 전류 크기가 작아지면 스스로 턴오프 됨


4. 사이리스터의 전압 전류 특성

  

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

  ㅇ 주요 파라미터명
     - VFB 또는 VBO (Forward Breakover Voltage)
        . 양단 전압이 이에 도달하면, 큰 전류가 흘러 도통 상태가 되며 낮은 전압 강하를 유지함
        . 양단 전압이 이 이상을 넘어 유지되면, 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


5. 사이리스터의 종류

  ※ ☞ 사이리스터 종류 참조
     - SCR (Silicon Controlled Rectifier)
     - TRIAC (트라이악, triode for AC)
     - DIAC (다이악, diode for AC)
     - GTO (게이트 턴오프 사이리스터, Gate Turn-Off Thyristor)
     - IGCT (Insulated Gate Commutated Thyristor)


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