사이리스터란?
사이리스터는 정류 작용을 하는 반도체 소자로, SCR(Silicon Controlled Rectifier) 또는 실리콘 제어 정류자라고도 합니다. 정류 작용이란 교류 전류를 직류 전류로 변환하는 것을 말합니다. 정류 작용을 하는 대표적인 전자부품은 다이오드입니다.
다이오드와 사이리스터가 다른 점은 게이트 단자입니다. 사이리스터는 게이트라는 단자를 가지고 있으며, 게이트 단자에 전류를 흘릴 때만 정류 작용을 합니다.
사이리스터의 사용 용도
사이리스터는 산업용으로 소다 산업, 전기 도금 등에 사용됩니다. 소다 산업은 바닷물을 전기분해하여 가성소다와 수소를 생성하는 산업입니다. 가성소다는 비누와 세제의 원료로 사용됩니다. 소금물을 전기분해하기 위한 직류 대전류를 사이리스터로 생성합니다.
일상생활에서는 LED 조명의 조광용 등으로 사용되는데, LED에 흐르는 전류를 사이리스터로 제어하여 조명을 조광하며, LED 조명을 제어하는 장치를 LED 드라이버라고 하는데, 반드시 사이리스터가 탑재되어 있습니다.
사이리스터의 원리
사이리스터는 p형 반도체와 n형 반도체로 구성된 PNPN의 4중 구조로 되어 있습니다. 중간 n형 또는 p형 반도체에서 게이트 단자를 뽑아낸 구조로 되어 있으며, 각각 N게이트, P게이트라고 부릅니다.
4중 구조를 가지고 있기 때문에 3개의 접합부를 가지게 됩니다. 양극(애노드)쪽에서 음극(캐소드)쪽에 걸쳐 접합부를 보면, 첫 번째와 세 번째 접합부가 순방향 바이어스가 되어 있습니다. 반면 두 번째 접합부에서는 역방향 바이어스가 되어 있습니다. 이 상태에서 애노드 쪽에서 캐소드 쪽으로 전류를 흐르게 하려고 해도 거의 흐르지 않습니다.
하지만 사이리스터에 순방향 전압을 걸어 게이트 단자에 전류를 흐르게 하면 아발란스 브레이크다운이라는 현상이 발생하여 양극-음극 사이가 전도됩니다. 이를 사이리스터의 점호 또는 턴온이라고 합니다.
사이리스터가 켜진 후 양극에 흐르는 전류가 0이 되면 도통이 끊어집니다. 이를 턴오프 또는 소호라고 합니다. 교류에는 주기적으로 전압이 0이 되는 순간이 있기 때문에 사이리스터의 턴오프는 자연스럽게 발생합니다.
사이리스터에 대한 추가 정보
사이리스터의 응용 사례
사이리스터를 사용하면 큰 전력을 제어할 수 있습니다. 사이리스터는 큰 전력을 제어하는 기기의 전력부에 사용됩니다. 구체적인 예는 다음과 같습니다.
1. 정류기
정류는 교류를 직류로 변환하는 것을 말합니다. 정류 회로의 핵심 부품인 정류기에는 다이오드와 사이리스터가 사용됩니다. 사이리스터를 이용한 정류기는 다이오드 정류기보다 작고 가볍지만, 고주파에 의해 전원 시스템에 노이즈가 발생합니다. 최근에는 고조파를 억제할 수 있는 트랜지스터에 의한 정류기가 개발되고 있습니다.
2. 교류 모터 제어
교류 모터의 회전 속도를 제어하는 장치를 VVVF 장치라고 하는데, VVVF 장치 내부에는 컨버터부와 인버터부가 있습니다. 컨버터부는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 부분입니다. 컨버터 부분에는 주로 다이오드가 사용됩니다.
인버터부는 정류의 역작용으로 직류전원을 교류전원으로 변환하는 장치입니다. 인버터 내부에서는 일단 교류 전원을 직류 전원으로 변환합니다. 직류 전원을 사이리스터 등으로 고속 전환하여 교류 전류를 발생시킵니다.