사이리스터의 전기용어

개요

사이리스터 Thyristor는 pnpn접합의 4층 구조 반도체 소자의 총칭이라고 할 수 있습니다. 간략한 설명으로 이러한 종류에서는 역서지 사이리스터, 역도통사이리스터, 트라이액 다이액 등의 명칭이 있습니다. 일반적으로는 SCR.Silicon Controlled Thyrirtor의 약어 명칭으로 SCR이라고 불리는 역저지 3 단자 사이리스터를 가리키며, 실리콘 제어 정류소자를 말합니다. 사이리스터의 P-N접합으로 한 개의 반도체 기판 내에 전류가 흐르지 않는 OFF상태와 전류가 흐르는 ON상태의 2개의 안정된 상태가 있습니다. 그리고 OFF상태에서 ON 상태로 또는 ON 상태에서 OFF 상태로의 실행이 가능한 반도체 소자라고 할 수 있습니다. 사이리스터에서는 각 방향별로 단방향과 쌍방향타입등이 있으며 트라이액이 3극 쌍방향 사이리스터 라면 SCR의 경우에서는 3극 단방향 사이리스터라고 할 수 있습니다. 다액의 경우에는 2극 쌍방향 사이리스터입니다.

용어

사이리스터 인버터 영어식 표기는 Thyristor Inverter입니다. 사이리스터 인바타의 경우사이리스터는 수명이 반영구적인 반도체 부품으로 신뢰성이 높은 소자입니다. 비교적 써지 전압에 또는 전류에도 강한 편이며 고전압 대전류의 제어 환경에서 사용할 수 있는 소자입니다. 이 밖에 다양한 장점등으로 산업용 인바타등의 기기나 OA.FA응용기기 가전제품등 다양한 용도로 사용하고 있습니다. 특히 인바타에서는 사이리스터를 사용하여 직류에서 교류로 전력을 변환하는 인버터 역변환 장치라고 할 수 있습니다. 사이리스터 모터의 표기는 Thyristor Motor이며 사이리스터를 위상 제어함으로써 직류전동기의 정류자 작용을 시켜 직류전원으로 동기 전동기를 운전하여 변속이나 역전제어를 하도록 한 전동기를 사이리스터 모터라고 합니다.상호유도의 표기는 Mutual Induction 입니다.상호유도는 2개의 전기회로가 접근하여 존재할 때 한쪽의 전류를 변화시키면 그에 따라서 만들어지는 자속이 변화하고 이 자속의 변화가 동시에 다른 쪽 회로에도 영향을 주어 거기에도 기전력이 유도됨. 이 현상을 상호유도라 하고, 기전력은 자속의 변화를 방해하는 방향으로 발생합니다.상호 인덕턴스 의 표기는Mutual Inductance이고 상호 유도 작용에서 1차 측 전류의 시간 변동분과 2차 측에 유도되는 전압의 비례계수. 단위는 H(헨리)를 사용합니다. 상호 임피던스는 Mutual Impedance이며 다단자 회로망의 한 쌍의 단자 간 개방 전압과 다른 한 쌍의 단자에 흐르는 전류와의 비입니다.

역사

사이리스터의 시작은 미국에서부터 시작되었습니다. 미국의 GE회사 연구원들에 의하여 1958년경에 SCR 사이리스터를 개발한 것이 시작입니다. 기존의  TR소자에서는 TURN ON과 TURN OFF 같은 동작을 할 수 없지만 사이리스터는 이러한 동작을 안정적으로 수행할 수 있는 소자입니다. 다만 아날로그 증폭기와 같이 비례적인 장치에서는 TR을 사용하고 사이리스터는 이러한 비례적인 구조에서는 적합하지 않습니다. 이렇게 사이리스터의 턴온과 턴오프의 안정적인 동작은 높은 전압에서도 안정적으로 동작하는 P-N구조를 가진 소자로 PNPN 사이리스의 구조는 4층의 반도체 구조형태를 가지고 있습니다. 산업용 인바터등에서 요구되는 초고속 스위칭 역할을 수행할 수 있으며 적용분야는 OA기기에서 FA기기 전반까지 AC전압 조절장비뿐 아니라 비접촉식 스위치등 전자회로에서 많이 사용되는 부품입니다. 시이리스터의 경우에서의 출력 특징은 사이리스터가 트리거 상태가 되면 사이리스터의 출력 전류는 사이리스터의 제어 출력과 무관하게 동작합니다. 다만 사이리스터의 경우 외부의 회로전압과 그 부하 특성에 영향을 받게 됩니다. 즉 사이리스터가 트리거 상태가 되면 전류는 정격 값 이하로 강하되거나 OFF 될 때까지 그 전도 상태를 유지하게 됩니다.

IGBT.IGBT모듈

반면에 IGBT모듈의 경우에서는 제어 신호에 따라 선형관계를 갖게 되는 안정적인 출력특성을 가지고 있습니다. IGBT의 특성과 유지 보수에 관련된 내용은 첨부한 링크 자료에서 검토합니다. 이러한 안정적인 출력 특성은 전압과 전류 제어가 가능한 소자가 되는 것입니다. IGBT의 용어는 Insulated Gate Bipolar Transistor에서 IGBT라고 하며 1980년대 들어서 개발된 소자입니다. 구동 특성은 ON.OFF 특성을 가지고 있습니다. 반면 SCR의 경우에서는 1950년대에 개발된 소자 이면서 ON은 가능하나 OFF는 불가한 동작으로 전류펄스 구동 방식의 소자입니다. 응답 속도 면에서 보면 IGBT소자는 사이리스터 보다 응답시간이 빠른 편이라 산업용 AC 드라이버에서 더 높은 주파수에서 작동할 수 있는 것이 IGBT모듈입니다. 따라서 사이리스터의 경우 출력 전류는 높은 편이더라도 전력 손실이  IGBT보다 높아 SCR에 많은 열이 발생할 수 있고 이러한 특성으로 효율이 떨어지는 경우가 있습니다. 반면 IGBT의 경우에는 SCR보다 상대적으로 전력 손실이 낮습니다. IGBT의 경우 가역성이 있으며 고전력의 조건에서 작동이 가능하고 발열 역시 SCR보다 낮아 효율성이 좋습니다.