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 회전변류기 — 정류·다이오드·SCR 핵심 특성
정류기와 관련된 반도체 소자들은 구조와 동작 특성이 문제 풀이의 핵심이 된다. SCR의 단방향성, 제너다이오드의 전압 안정화 특성, 정류 회로의 PIV 계산과 평활회로의 필터 특성은 실무형 문제에서 자주 묻는 핵심 지식이다.
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「회전변류기」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 전압 안정화 소자 판단 | 1 | 전원 전압을 일정하게 유지하는 다이오드 종류를 가르기 |
| SCR의 바이어스 조건 | 1 | 애노드·캐소드·게이트의 전압 극성으로 SCR 도통 조건을 판정하기 |
| 정류회로 PIV 계산 | 1 | 단상반파 주어진 Vdc로부터 다이오드가 견뎌야 할 PIV 계산하기 |
뜻
SCR은 실리콘 제어 정류기로서 PNPN의 4층 구조를 가지며 한 방향으로만 전류가 흐르는 단방향 소자다. 전력 제어나 정류 회로에서 고전압·대전류를 처리하는 목적으로 널리 사용된다는 설명이 재료에 제시되어 있다. SCR을 도통시키려면 애노드에 캐소드보다 높은 전압을 걸고 게이트에 양전압을 인가하여 턴온을 유도해야 한다.
쌍방향 동작 소자는 SCR과 구별된다. TRIAC이나 BT(Bidirectional Thyristor)처럼 양방향으로 동작하는 소자는 SCR의 정의와 맞지 않으므로 혼동을 피해야 한다.
전원 전압을 일정하게 유지하는 소자로는 제너다이오드가 사용된다는 점이 반복해서 제시되어 있다. 제너다이오드는 역방향 항복 특성에서 전압을 거의 일정하게 유지하므로 전압 안정화용으로 적합하다.
정류회로 관련 개념으로는 PIV와 평활회로의 필터 특성이 중요하다. 단상 반파정류에서 다이오드가 견뎌야 하는 최대 역전압(피크 역방향 전압)은 입력 교류의 최대값(Vm)과 같다는 점이 제시되어 있다. 평활회로는 리플 성분을 제거하기 위해 저역필터를 사용하여 저주파 성분은 통과시키고 고주파 리플은 차단한다는 원리가 명시되어 있다.
예제
단상 반파정류로 직류평균전압 Vdc=100V를 얻을 때 PIV를 구하는 대표 계산을 제시한다. 단상반파에서는 Vdc = Vm/π 관계가 사용된다. 따라서 Vm = Vdc × π = 100 × π ≈ 314V이므로, 다이오는 약 314V 이상의 역전압을 견딜 수 있어야 한다. 이 계산 순서는 Vm을 중간 변수로 연결해 PIV를 결정하는 방법을 보여준다.
또한 SCR 관련 선다형 문제는 '단방향인지 양방향인지', '애노드·캐소드·게이트의 전압 극성'을 빠르게 확인하면 오답을 소거할 수 있다는 전략을 제시한다.
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
- SCR과 TRIAC의 차이는 무엇인가?
- SCR은 PNPN 구조의 단방향 소자이고, TRIAC나 BT는 양방향으로 동작하는 소자여서 SCR의 설명에 '쌍방향성'을 포함하면 틀린 설명이 된다.
- 전원 전압을 안정시키는 다이오드는 어떤 원리로 동작하나?
- 제너다이오드는 역방향 항복 영역에서 전압이 거의 일정하게 유지되는 특성을 이용하여 전압 안정화 역할을 한다.
- 단상 반파정류에서 다이오드의 PIV는 어떻게 결정하나?
- 단상반파에서는 PIV가 입력 교류의 최대전압 Vm과 같으므로, 주어진 직류평균전압 Vdc가 100V일 때 Vm = Vdc × π를 사용해 약 314V로 계산하여 그 이상의 PIV를 요구한다.
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