SCR의 턴온·턴오프와 유지전류

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1 출제 포인트 — 이렇게 나옵니다

38회 시험 중에서 6번 나왔습니다

2010~2022년 기출 38회 시험 기준

출제 회차 2010년 2차 · 2012년 2차 · 2017년 1차 · 2018년 1차 · 2019년 3차 · 2020년 1차

2 쉬운 설명

SCR(실리콘 제어 정류기)은 양극(애노드)·음극(캐소드)·게이트 세 단자를 가진 PNPN 4층 구조의 반도체 스위치 소자이며, 게이트에 신호를 주면 켜지는 사이리스터의 한 종류이다.

5문단 · 상세한 내용보기접어서 간단히 보기

SCR 을 켜는 것은 게이트의 일이다. 게이트에 (+) 펄스를 주면 양극에서 음극으로 전류가 흐르기 시작한다(도통, on). 게이트 신호가 없으면 순방향 전압이 걸려 있어도 전류를 막고 있는데, 이 상태가 순방향 저지 상태이고 순방향 저지전압은 이 상태에서 도통이 시작되는 한계 전압이다. 게이트 전류를 크게 하면 순방향 저지전압이 낮아져 더 작은 전압에서도 켜진다. 역방향으로 막는 능력은 게이트 전류와 따로 정해진다.

SCR 은 한 번 도통하면 게이트 신호를 줄이거나 없애도 켜진 상태를 스스로 유지한다. 이것이 자기유지 특성이다. 도통 중인 부하전류의 크기는 전원전압과 부하저항 같은 주회로 조건으로 정해지고 게이트 전류는 관여하지 않는다. 그래서 20 A 가 흐르는 도통 중인 SCR 의 게이트 전류를 $\frac{1}{2}$ 로 줄여도 부하전류는 20 A 그대로이다. 0 A 가 되려면 SCR 이 꺼져야 하고, 10 A 가 되려면 게이트가 전류 크기를 실시간으로 조절해야 하며, 40 A 로 늘어날 근거도 없으므로 나머지 보기는 모두 맞지 않다.

게이트는 SCR 을 켜는 일만 하고 끄지는 못한다. 도통한 SCR 은 전원전압의 극성이 반대가 되어 양극 전류가 0 이 되면 차단된다. 양극 전류가 아주 작은 값인 유지전류 아래로 내려가도 꺼지며, 교류 전원에서는 전압 극성이 주기적으로 바뀌어 전류가 0 이 될 때 저절로 꺼진다. 게이트 펄스전압을 가하는 것은 켜는 방법이고, 게이트 전류를 늘려도 이미 켜진 SCR 은 계속 켜져 있으며, 게이트 전압을 부(−)로 해도 일반 SCR 은 꺼지지 않는다.

게이트 전류를 가한 뒤 도통이 완료될 때까지 걸리는 시간이 턴온 시간이다. 이 시간이 길면 스위칭할 때 전압과 전류가 겹치는 구간이 길어져 전력손실이 많아지고, 열이 나서 소자가 파괴되는 수가 있다. 사이리스터의 턴온을 설명한 글의 빈칸을 채우는 문항(2012-05-20 시행 60번)에서 빈칸에는 차례로 ON, TURN ON, 스위칭, 전력손실이 들어간다.

SCR 은 고속으로 스위치 작용을 할 수 있어 직류를 교류로 바꾸는 인버터 회로에도 쓰인다. 도통했을 때 양극과 음극 사이의 전압강하가 작아 손실이 적고, 게이트 신호를 주고 나서 도통할 때까지의 시간이 짧다. 반면 과전압에 약하고, 크기가 작아 열용량이 적으므로 고온에 약하다.

3 이 개념이 나온 기출문제

해설·법령 근거까지 가입 없이 보실 수 있습니다. 최신 5개년 문항은 여기 나오지 않습니다.

4 체크리스트 + 암기팁

암기팁 SCR 은 게이트로 「켜기」만 하고, 켜진 뒤 전류 크기는 게이트와 무관 — 끄려면 전류를 거의 0 으로 줄이거나 역전압을 걸어야 한다.

암기팁 게이트 전류 ↑ → 순방향 저지전압 ↓ → 쉽게 켜진다.

함정 주의 게이트 신호는 켜는 순간에만 필요하고 이후에는 있어도 없어도 같다. 도통 중인 일반 SCR 은 게이트 전류를 줄이거나 늘려도, 게이트 전압을 부(−)로 해도 꺼지지 않는다.

도통 중인 SCR 의 게이트 전류를 줄여도 부하전류는 그대로이다(20 A 가 $\frac{1}{2}$ 인 10 A 로 줄지도, 0 A 가 되지도 않는다). 도통 중 부하전류의 크기는 게이트가 아니라 주회로 조건이 정한다.
도통(on) 상태의 SCR 을 차단(off)하려면 전원전압의 극성이 반대가 되도록 해서 양극 전류가 0 이 되게 한다. 게이트 펄스전압을 가하거나, 게이트 전류를 증가시키거나, 게이트 전압을 부(−)로 하는 것은 오답이다(2020-06-06 시행 55번).
SCR 은 게이트에 (+) 펄스를 가해 켜며, 「게이트에 (+)와 (-)의 특성을 갖는 펄스를 인가하여 제어한다」는 설명이 틀리다. PNPN 구조, 인버터 회로에 이용, 고속도의 스위치 작용은 맞는 설명이다(2018-03-04 시행 49번).

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사이리스터의 게이트 전류가 증가하면 순방향 저지전압은 감소한다. 순방향 저지전압이 증가한다는 보기는 틀리고, 역방향으로 막는 능력은 게이트 전류와 따로 정해진다(2017-03-05 시행 54번).
게이트 전류를 가한 뒤 도통이 완료될 때까지의 시간이 턴온 시간이며, 이 시간이 길면 스위칭 때의 전력손실이 많아진다. 빈칸 순서는 ON, TURN ON, 스위칭, 전력손실이다(2012-05-20 시행 60번).
SCR 의 특징으로 틀린 것은 「전류가 흐르고 있을 때의 양극 전압강하가 크다」이다(전압강하는 작다). 과전압에 약하다, 열용량이 적어 고온에 약하다, 게이트 신호를 인가할 때부터 도통할 때까지의 시간이 짧다는 맞는 설명이다(2019-08-04 시행 42번).