전원 전압을 일정하게 유지하기 위해서 사용되는 소자는?
- 트라이액
- SCR
- 제너다이오드
- 터널다이오드
정답과 해설 보기
정답 ③ · 문제는 전원 전압을 일정하게 유지하기 위해 사용하는 소자를 묻고 있다. 제너 다이오드는 역방향 항복 구간에서 전압이 거의 일정하게 유지되는 특성을 이용해 전압 안정화(레귤레이션)에 사용된다.
제너다이오드는 역방향 항복 전압에서 전압이 거의 일정하게 유지되는 특성을 이용해 전압 안정화에 사용된다.
개념 한 쪽
승강기기사 교류 정류자기 — SCR·제너다이오드·PIV
교류를 직류로 변환하거나 전력을 제어하는 장치에서 사용되는 반도체 소자의 동작 원리와 특징을 중심으로 핵심 개념을 정리한다. SCR의 동작 극성, 전압 안정화용 다이오드의 역할, 정류회로에서 다이오드가 견뎌야 하는 최대 역전압 계산법을 이해한다.
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「교류 정류자기」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 전압 안정화 소자 선택 | 1 | 전원 전압을 일정하게 유지하는 소자 분별하기 |
| SCR 동작 조건 확인 | 1 | SCR의 애노드·캐소드·게이트 전압 극성 관계 판별하기 |
| 정류회로 PIV 계산 | 1 | 단상 반파 정류에서 다이오드에 필요한 최대 역전압 계산하기 |
뜻
SCR(실리콘 제어 정류기)은 PNPN의 4층 구조를 가지며 한 방향으로만 전류가 흐르는 단방향 소자이다. 전력 제어나 정류 회로에 널리 쓰이며 고전압·대전류 처리 능력이 뛰어난 특성을 가진다. SCR의 동작을 위해서는 애노드에 캐소드보다 높은 전위가 필요하고, 게이트에 양전압을 인가하면 턴온되어 애노드에서 캐소드로 전류가 흐르게 된다.
양방향으로 동작하는 소자는 SCR과 구별된다. TRIAC이나 BT(Bidirectional Thyristor)는 양방향성 소자로서 교류 계통에서 양방향 전류를 통과시킬 수 있는 특성을 가진다. 따라서 '쌍방향성' 설명이 붙으면 SCR이 아닌 소자를 의심해야 한다.
전원 전압을 일정하게 유지하는 다이오드는 제너다이오드이다. 제너다이오드는 역방향 항복 특성을 이용하여 특정 전압에서 전압 강하가 거의 일정하게 유지되도록 하며 전압 안정화(레귤레이션)에 사용된다. 다른 다이오드들은 터널, 바렉터 등 용도별 특성이 있으므로 전압 고정 목적과 혼동해서는 안 된다.
정류회로 출력에는 직류 성분과 리플 성분이 섞이며, 평활을 위해 저역필터가 사용된다. 또한 정류 시 다이오드에 걸리는 최대 역전압(피크 역전압, PIV)은 정류 방식에 따라 결정된다. 단상 반파 정류에서는 입력의 최대전압 Vm이 다이오드에 필요한 피크 역전압과 같다.
예제
문제: 단상 반파 정류로 직류 100V를 얻으려 한다면 다이오드의 PIV는 얼마 이상이어야 하는가를 구한다. 해법: 단상 반파 정류의 직류 평균전압 Vdc는 Vm/π 관계를 따르므로 Vm = Vdc × π이다. 따라서 Vm = 100 × π ≈ 314V이므로 다이오드의 PIV는 약 314V 이상이어야 한다는 결론을 얻는다.
설명 예시: SCR 관련 선택지에서 '쌍방향 동작'이라는 표현이 나오면 SCR을 바로 배제하고 TRIAC/BT 계열을 떠올려 오답으로 처리한다. 전압 안정화가 요구되는 보기에서는 제너다이오드를 선택하는 것이 적절하다.
대표 기출 3문항
SCR(Silicon Controlled Rectifier)의 전원 공급 방법으로 올바른 것은?
- 애도드:㊉전압, 캐소드:㊀전압, 게이트:㊀전압
- 애도드:㊀전압, 캐소드:㊉전압, 게이트:㊉전압
- 애도드:㊉전압, 캐소드:㊀전압, 게이트:㊉전압
- 애도드:㊀전압, 캐소드:㊉전압, 게이트:㊀전압
정답과 해설 보기
정답 ③ · 문항은 SCR의 전원 공급(바이어스) 조건을 묻고 있다. SCR이 정방향 도통하려면 애노드는 캐소드보다 높은 전위를 가져야 하고 게이트에도 양의 펄스가 인가되어야 한다.
SCR은 애노드 양전압, 캐소드 음전압, 게이트 양전압 인가 시 정방향 도통 상태가 된다.
단상반파정류로 직류전압 100V를 얻으려고 한다. 최대 역전압(Peak Inverse Voltage:PIV)이 약 몇 [V] 이상인 다이오드를 사용하여야 하는가?
- 100V
- 141V
- 222V
- 314V
정답과 해설 보기
정답 ④ · 단상반파정류회로에서 직류 평균전압 100V를 얻기 위해서는 교류 입력 전압의 실효치(RMS)가 약 222V(100 * π / √2)여야 합니다. 이때 다이오드에 걸리는 역전압(PIV)은 교류 입력 전압의 최대치(Peak)와 같아야 하므로, 입력 최대전압은 222V * 1.414(√2) = 약 314V입니다.
단상반파정류의 PIV는 입력 교류의 최대전압(Vm)과 같으므로, 직류전압(Vdc)을 역산하여 Vm을 구해야 한다.
자주 묻는 물음
- SCR을 도통시키려면 어떤 전압 배치가 필요한가?
- 애노드에 캐소드보다 높은 전위를 걸고 게이트에 애노드보다 높은 양전압을 인가하면 SCR이 턴온되어 애노드에서 캐소드로 전류가 흐른다.
- 전원 전압 안정화에 적합한 다이오드는 무엇인가?
- 역방향 항복 영역에서 전압을 거의 일정하게 유지하는 제너다이오드가 전압 안정화용으로 적합하다.
- 단상 반파 정류에서 다이오드가 견뎌야 할 최대 역전압은 어떻게 구하는가?
- 단상 반파의 PIV는 입력 교류의 최대값 Vm과 같으므로, 원하는 직류 평균전압 Vdc가 주어지면 Vm = Vdc × π로 계산하여 PIV를 결정한다.
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