다이오드 모듈이란?
다이오드 모듈은 다이오드를 여러 개 나란히 배치하여 전기의 통전 및 차단을 제어하는 반도체 정류 소자입니다.
다이오드 모듈은 전기 회로의 한 방향으로만 전류가 흐르도록 제어할 수 있는 특성이 있어 일반적으로 회로 설계 시 릴레이 부품으로 많이 사용됩니다.
거동이 비슷한 소자로는 사이리스터나 트라이액 등이 있습니다. 구현하고자 하는 처리에 따라 이들 모듈을 구분하여 사용합니다.
다이오드 모듈의 사용 용도
다이오드 모듈은 산업용 제품에서 광범위하게 사용되는 부품입니다. 다음은 다이오드 모듈의 사용 용도의 일례입니다.
- 직류 모터용 전원
- 인버터용 전원
- 배터리 충방전용 제어장치
- 파워 서플라이 내부
다이오드를 사용하면 교류전원의 전류를 한 방향으로만 추출할 수 있기 때문에 직류전원 내부에 널리 사용됩니다. 평활 커패시터 등과 함께 사용하면 교류 전류를 직류 전류로 변환할 수 있습니다.
다이오드 모듈의 원리
그림 1. 다이오드 내부 구조
다이오드 모듈의 원리를 이해하기 위해서는 다이오드의 구조를 이해해야 합니다. 다이오드의 내부 구조는 n형 반도체와 p형 반도체가 교대로 층층이 연결되어 있으며, 양극 측에서 음극 측으로 전압이 가해지면 전도됩니다. 반면, 반대 방향으로 전압이 가해지면 내부의 n형 반도체와 p형 반도체가 서로 멀어지는 방향으로 전하가 이동하게 되어 전류가 흐르지 않습니다.
이 특성을 이용하여 한 방향으로만 전기가 흐르는 정립 소자로 사용할 수 있습니다.
다이오드 모듈의 종류
다이오드는 그 특성에 따라 다양한 종류가 있습니다.
1. 정류용 다이오드
교류 전류를 유입시켜 정류하는 다이오드입니다. 실리콘 다이오드라고도 합니다. 전기를 한 방향으로만 흐르게 하는 성질을 이용하여 전원 회로나 보호 회로에 사용됩니다.
정류용 다이오드 4개를 조합한 다이오드 브리지가 유명합니다.
2. 검파용 다이오드
전류가 작은 영역(0.1mA 정도)에서 순방향 전압 강하가 낮은 특성을 이용하여 전파에서 음성 신호를 추출하는 다이오드입니다. 라디오 등의 음성 통신에 사용됩니다.
과거에는 게르마늄 다이오드가 많이 사용되었습니다. 하지만 가격이 매우 비싸기 때문에 현재는 쇼트키 배리어 다이오드로 대체되고 있습니다.
3. 정전압 다이오드
전류가 변해도 전압이 항상 일정하게 유지되는 다이오드입니다. 제너 다이오드라고도 합니다. 역방향으로 전압을 가하면 일정한 전압으로 전기가 흐르는 제너 현상을 이용하여 과전압 보호 회로에 사용됩니다.
4. 포토다이오드
PN 접합부에서 빛을 받으면 전류와 전압이 발생하는 성질을 이용한 다이오드입니다. 광전 센서, 광통신 등에 사용되고 있습니다.
태양전지나 DVD의 요철면을 반사한 레이저 광의 판독 장치, TV 리모컨의 수신부에 사용되기도 합니다.
5. 정전류 다이오드
전압이 일정 범위 내에 있을 때 일정한 전류를 흘리는 다이오드입니다. 소정의 전압 이상을 인가하면 파손될 위험이 있습니다. 배터리의 충방전 회로나 누전차단기 등에 사용됩니다.
다이오드 모듈의 기타 정보
1. 사이리스터의 내부 구조
그림 2. 사이리스터의 내부 구조
사이리스터는 다이오드에 게이트 전극을 더한 반도체 부품으로, p형 반도체 부분에 게이트 단자가 추가되어 회로 내에 양극에서 음극으로 양의 바이어스가 걸린 상태에서 게이트 전류가 흐르면 통전하는 모듈입니다.
일단 게이트 전류가 흐르면 도통 상태를 유지하며, 이후 양극에서 음극으로 바이어스가 마이너스가 되거나 게이트 전류가 0이 될 때까지 도통 상태를 유지합니다.
또한, 사이리스터는 단방향 바이어스에서만 전도합니다. 양방향 바이어스에 대해 동작하게 하려면 사이리스터를 양방향으로 설치한 구조의 트라이액(Triac)을 사용합니다.
2. 다이오드 모듈과 파워 모듈의 차이점
다이오드와 마찬가지로 전원 회로에 사용되는 소자로 파워 모듈이 있습니다. 파워모듈도 스위치와 정류를 수행하지만, 고전압 고전력이 필요한 제품에 사용되는 것이 특징입니다.
대표적인 예로는 철도 등의 모터 회전수를 제어하는 인버터가 있습니다. 에너지 절약에 대한 대응으로 고전압 고출력을 다루는 파워 디바이스의 효율 개선은 전 세계가 주목하고 있습니다.