정전류 다이오드란
정전류 다이오드란 전압이 일정한 범위 내에 있을 때 일정한 전류를 흘릴 수 있는 전자 부품입니다. 영어 이름인 “Current Regulative Diode”의 머리글자를 따서 “CRD”라고 부르기도 합니다. 전자기기 중에는 LED와 같이 구동 중인 전류 값을 일정하게 유지하고자 하는 기기가 많습니다. 이러한 전자기기에 CRD가 사용됩니다.
정전류 다이오드는 일반적으로 1mA에서 15mA와 같이 비교적 작은 전류를 흘릴 때 사용되지만, 500mA와 같이 큰 전류를 흘릴 수 있는 정전류 다이오드도 있습니다. 단, 구동 중 발열과 그에 따른 부품 파손에 주의해야 합니다.
정전류 다이오드의 사용 용도
다이오드는 다양한 전자기기에 사용되는 기본적인 전자 부품입니다. 일부 전자기기 중에는 구동 중에 일정한 전류를 계속 흐르게 하고자 하는 것들이 있습니다. 예를 들어, LED는 흐르는 전류량에 따라 밝기가 변하기 때문에 발광을 안정적으로 유지하려면 회로에 흐르는 전류량을 일정하게 유지해야 합니다. 이러한 전류 구동형 전자부품, 전자기기에서 정전류 다이오드가 사용됩니다. 이외에도 배터리의 충방전 회로나 누전차단기(누전차단기) 등에도 정전류 다이오드가 사용됩니다.
정전류 다이오드의 원리
정전류 다이오드의 전류 특성을 위의 그림과 같이 0에서 일정 전압까지는 정전류 다이오드도 전압이 증가함에 따라 전류가 증가합니다. 하지만 전압이 일정한 영역에 들어가면 전류의 값이 일정해집니다. 이때의 전류 값을 ‘핀치오프 전류’라고 하며, 정전류 다이오드의 특성을 나타내는 값 중 하나입니다.
또한, 핀치오프 전류의 80%의 전류 값을 줄 때의 전압을 ‘숄더 전압’이라고 하며, 정전류를 유지하려면 숄더 전압보다 더 큰 전압을 인가해야 합니다. 참고로 위의 그림에서 보듯이 정전류 다이오드도 큰 전압을 인가하면 정전류가 아니라 다시 전압의 증가와 함께 전류가 증가합니다.
이렇게 정전류의 영역을 넘어서는 전압을 가하면 파손될 수 있으므로 실제 사용 시에는 전압의 크기에 주의해야 합니다.
정전류 다이오드의 종류
정전류 다이오드는 1V 이하의 저전압부터 100V의 고전압까지 동작이 가능하다. 핀치오프 전류의 크기가 다른 것, 핀치오프 전류값의 변동이 억제된 것 등 다양한 저전류 다이오드가 판매되고 있습니다. 일반적으로 정전류 값은 1mA에서 15mA의 제품이 많다. 한편, 대전류용 정전류 다이오드도 판매되고 있으며, 350mA, 500mA의 정전류를 흘릴 수 있습니다.
정전류 다이오드를 사용할 때는 구동 중 발열에 주의해야 합니다. 전압과 전류의 곱의 크기에 따라 발열이 발생하며, 경우에 따라서는 정전류 다이오드 파손의 원인이 되기도 합니다. 또한, 핀치오프 전류값이 다른 여러 개의 정전류 다이오드를 연결하여 사용하는 경우, 회로를 적절히 구성하지 않으면 예상한 동작을 하지 못하거나 장치가 파손될 수 있으므로 사용 시에는 충분한 주의가 필요합니다.
정전류 다이오드의 기타 정보
다이오드의 종류
한 마디로 다이오드라고 해도 많은 종류가 있습니다. 여기서는 정전류 다이오드 이외의 대표적인 다이오드에 대해 개략적으로 설명합니다.
정류 다이오드
보통 가정에서는 각 가정에 AC전원이 공급되고, 그 전력을 이용하여 전기기기, 전자기기가 작동합니다. 백열등, 건조기 등 직접 교류로 작동하는 기기를 제외하고 교류 전원을 직류로 변환할 때 사용되는 다이오드가 이에 해당합니다. 정류용 다이오드는 비교적 높은 전압으로 사용하는 경우가 많아 순방향 전압 VF가 크고 많은 전류를 처리할 수 있는 것도 있지만, 대전류용은 그만큼 커져 방열이 필요하게 됩니다 정류용 다이오드는 전파 정류, 브리지 정류 등 모듈로 사용되는 경우가 많으며, 전파용, 브리지용 모듈로도 준비되어 있습니다.
스위칭 다이오드
주로 스위칭 회로에 사용되는 소형 다이오드로, 외관은 유리로 봉입된 리드형입니다. 스위칭 동작이 목적이므로 역회복 시간 trr이 정류 다이오드보다 짧습니다.
정전압 다이오드
일반적으로 다이오드는 순방향으로 전압을 걸어서 사용하지만, 정전류 다이오드는 역방향으로 전압을 걸어서 사용합니다. 정전압 다이오드에 역전압을 걸면 특정 전압에서 전류가 급격히 흐르게 됩니다. 이 전압이 제너 전압(항복 전압)으로 안정된 전압이 되어 기준 전압 등에 사용됩니다.
발광 다이오드(LED)
여러분도 잘 알고 있는 발광 다이오드, 2014년 일본인이 청색 발광 다이오드 발명으로 노벨 물리학상을 수상한 것을 기억할 것입니다. 이로써 기존 적색 LED, 녹색 LED와 함께 빛의 3원색이 완성되어 풀 컬러 LED와 백색 LED를 구현할 수 있게 되었고, LED의 사용 용도가 크게 확대되었습니다. 이는 최근의 LED의 움직임이지만, LED 자체는 오래전부터 실용화되어 다양한 기기에서 전원 표시, 작동 상태 표시 등에 상식적으로 사용되어 왔습니다. 전원 ON을 알리는 인디케이터나 신호 레벨을 알려주는 바 형태의 LED 등은 지나치게 밝을 필요 없이 육안으로 인식할 수 있으면 되기 때문에 10mA만 흘려도 충분히 실용화할 수 있습니다. 이런 사용법은 소형 전구(콩알 전구/밀알 전구) 등에서는 불가능했습니다.
그 외에도 레이저 다이오드, 포토다이오드 등의 다이오드가 있습니다.