SCR의 V-I 특성과 동작방식

1. SCR이란?

SCR(Silicon Control Rectifier)은 많은 양의 전력을 제어하기 위해 전력 전자 장치에 널리 사용됩니다. 

SCR은 사이리스터 제품군에 속하는 실리콘 제어 정류기입니다. SCR은 전류가 한 방향으로만 흐르도록 하는 단방향 반도체 장치입니다.

 

 

 

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SCR은 4계층, 3단자 장치입니다. SCR의 세 단자는 양극, 음극 및 게이트입니다. SCR은 게이트 단자에 트리거 펄스를 가하여 켤 수 있습니다. SCR의 vi 특성을 연구함으로써 SCR의 작동을 이해할 수 있습니다.

 

 

 

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2. SCR의 전압-암페어(V-I) 특성

SCR에는 세 가지 작동 모드가 있습니다.

1. 전방 차단 모드
2. 순방향 전도 모드
3. 역차단 모드

 

 

 

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1) SCR의 전방 차단 모드

전방 차단 모드에서 SCR은 전달 편향 상태를 유지하지만 SCR은 수행하지 않습니다. 양극 전압이 음극에 대해 양수이고 게이트 전류가 0이면 장치는 오프 상태로 유지됩니다.

 

 

 

전방 차단 모드에서,

• J1 및 J3 접합은 순방향 바이어스에 있습니다.
• J2 접합은 역 바이어스에 있습니다.
• 매우 낮은 누설 전류가 장치를 통해 흐릅니다.
• SCR은 매우 높은 저항을 제공합니다.
• SCR은 오프 상태로 유지됩니다.

 

그러나 게이트 전류가 0인 경우에도 양극과 음극 사이에 고전압을 가하여 SCR을 켤 수 있습니다. 게이트 전류가 0일 때 SCR이 켜지는 전압은 순방향 브레이크오버 전압입니다.

 

 

 

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2) SCR의 순방향 전도 모드

순방향 전도 모드에서는 작은 게이트 전압을 인가할 때 일시적으로 더 적은 양극-음극 전압에서 SCR을 켤 수 있습니다. 전압은 게이트 전류를 흐르게 합니다. 따라서 게이트 전류 펄스는 더 낮은 양극-음극 전압에서 SCR을 켜기에 충분합니다. SCR은 게이트 전류 펄스가 제거된 후에도 계속 켜져 있습니다. SCR의 순방향 전도 특성을 얻기 위한 회로도는 다음과 같습니다.

 

 

 

SCR은 게이트와 음극 사이에 양의 전압이 있을 때 역 바이어스 상태에 있습니다. 스위치 S1을 통해 게이트 전류를 인가하면 SCR의 J2 접합이 전도되기 시작하고 SCR은 포워딩 바이어스에 있습니다. 따라서 SCR의 세 정션(J1, J2 및 J3)은 모두 이제 포워딩 바이어스에 있습니다. 따라서 SCR이 실시를 시작합니다. SCR은 포워딩 전도 모드에서 매우 낮은 저항을 제공합니다.

 

 

 

 

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SCR이 전도를 시작하면 게이트 전류 펄스가 제거된 후에도 켜진 상태를 유지합니다.

이제 게이트 전류가 더 증가하면 훨씬 더 적은 순방향 양극 대 음극 전압에서도 장치를 켤 수 있습니다. 순방향 전도(forward conduction), 순방향 차단(forward blocking) 및 역방향 차단 영역(reverse blocking region)은 다음과 같습니다.

 

 

 

장치는 게이트 펄스를 제거한 후에도 켜짐 상태를 유지합니다. 장치는 양극 전류가 래칭 전류보다 큰 경우 온 상태로 유지됩니다. 양극 전류가 유지 전류 이하로 감소하면 장치가 꺼집니다. 유지 전류는 SCR의 턴오프 메커니즘과 관련이 있습니다. 래칭 전류는 항상 유지 전류보다 큽니다.

 

 

 

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3) SCR의 역 차단 모드

SCR을 역 바이어스로 연결할 때, 양극이 음극에 대해 음극일 때 접합 J1 및 J3은 역 바이어스에 있고 접합 J2는 순방향 바이어스이기 때문에 장치는 꺼진 상태로 유지됩니다. SCR은 직렬로 연결된 두 개의 다이오드로 작동하며 그 위에 역방향 바이어스가 적용됩니다. 이 장치는 매우 높은 저항을 제공합니다.

 

 

 

SCR은 양극에서 음극으로의 전압이 장치의 역 항복 전압보다 클 경우 켜질 수 있습니다.

 

 

SCR이 강하게 전도되기 시작하는 최대 역전압은 역 브레이크오버 전압으로 알려져 있습니다.

 

 

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4) SCR의 용어

SCR의 VI 특성을 연구하는 동안 다음 용어를 자주 사용합니다.

1. 순방향 브레코버 전압
2. 래칭 전류
3. 유지 전류
4. 순방향 양극 정격 전류
5. 피크 역전압
6. 회로 퓨즈 정격

 

1. 순방향 브레이크오버 전압

게이트 전류가 없을 때 SCR이 전도를 시작하는 최소 순방향 전압입니다. 이 최소 전압은 SCR의 순방향 브레이크오버 전압입니다.

예를 들어, 정격 전압 500V를 통한 포워딩 브레이크의 SCR은 전압이 500V 미만일 때 꺼진 상태로 유지되고 전압이 500V 이상일 때 전도를 시작합니다.

 

2. 래칭 전류

래칭 전류는 게이트 전류를 제거한 후 온 상태로 유지되는 SCR의 최소 양극 전류입니다. 양극 전류가 래칭 전류보다 작으면 SCR이 전도되지 않습니다.

 

3. 유지 전류

SCR이 온 상태에서 꺼지는 최대 양극 전류입니다. 유지 전류가 10mA인 경우 양극 전류가 10mA 미만이면 SCR이 꺼집니다.

 

4. 피크 역전압

피크 역전압은 SCR을 전도하지 않고 안전하게 적용할 수 있는 SCR(음극 포지티브 및 양극 네거티브)의 최대 역전압입니다.

이것은 매우 중요한 매개 변수입니다. SCR이 제어된 정류에 사용되는 경우 역전압은 음의 반주기 동안 적용되며 SCR은 오프 상태를 유지해야 합니다. SCR의 피크 역전압은 항상 AC 전압의 피크 음의 전압보다 커야 합니다.

 

5. 순방향 정격 전류

최대 양극 전류는 SCR을 손상시키지 않고 흐를 수 있습니다. SCR은 다양한 양극 전류 등급으로 제공됩니다. 50암페어 순방향 전류 등급 SCR은 50암페어 전류를 안전하게 운반할 수 있습니다.

전류가 SCR 애노드의 전류 정격을 초과하면 장치가 고장날 수 있습니다. 반도체 장치는 온도에 취약하기 때문에 필요한 전류 정격과 주변 온도에 따라 선택해야 합니다.

 

5. 회로 퓨징 정격

회로 퓨징 등급은 SCR의 최대 순방향 서지 전류 능력을 나타냅니다. 회로 퓨징 등급은 전류와 시간에 따라 달라집니다. SCR의 퓨징 등급은 I^2t입니다. SCR의 가열은 신뢰성 있는 SCR 작동을 위해 정격 퓨징 등급보다 낮아야 합니다.