실리콘 제어 정류기(SCR) 마스터하기 - 완벽 가이드

산업 현장에선 제어 소자를 씁니다. 여기서 "제어 소자가 뭐지?"란 의문이 드실 겁니다.

제어(Control):

가장 단순한 제어 소자는 스위치(회로 개폐). 예: 선풍기 속도 조절용 디머(조광기)로 팬 속도 제어.

SCR이란?

SCR은 사이리스터(Thyristor) 계열. 사이리스터는 P-N-P-N 4층 교대 구조 반도체 소자로 3개 단자(전극) 보유.

SCR은 3단자 스위칭 소자. 애노드(Anode), 캐소드(Cathode), 게이트(Gate) 3단자. 단방향 소자(전류 한 방향만 통함).

3개 접합(J1, J2, J3) 보유. 애노드에 캐소드 기준 양전압 인가 시 J1, J3 순방향 바이어스, J2 역방향 바이어스(공핍 영역 확대). 역바이어스된 J2가 SCR을 OFF 시키고 SCR 양단 전압 최대(개방 스위치).

SCR을 ON 시키는 법: 브레이크오버(Breakover) 방식. 애노드-캐소드 전압을 브레이크오버 전압(Vbo)까지 올리면 J2에서 항복 발생(소수 캐리어 주입) → J3 전압 강하. 스위치 개방 시 최대 전압이 스위치 양단, 부하 양단 0V. 스위치 닫히면(ON) 스위치 양단 0V(이상적), 최대 전압이 부하 양단.

브레이크오버 = 항복 발생 시 스위치 양단 전압 감소, 전류 증가. 매번 브레이크오버로 ON 시키면 SCR 손상 우려 → 게이트 트리거링 방식 사용. 게이트에 캐소드 기준 트리거 펄스 인가 → J3 순방향 바이어스 → SCR 양단 전압 감소, 전류 증가(SCR 특성 곡선 참조). SCR에서 두 용어 등장:

1. 래칭 전류(Latching Current): SCR을 ON 시키는 데 필요한 최소 전류.
2. 홀딩 전류(Holding Current): 전류가 이 값 미만으로 떨어지면 SCR이 OFF 됨.

래칭 현상 이해 위해 2트랜지스터 아날로그 모델 활용. P-N-P-N 구조를 두 트랜지스터로 분해. 게이트 펄스 인가 → Ig 흐름 → Q2 도통 → Q2 이미터 전류 흐름 → 이미터 전류 = 컬렉터 전류이므로 Ic2 = Q1 베이스 전류 Ib1 → Ia 흐르고 Ic1 흐름. 게이트 펄스 제거(Ig=0)해도 전류 흐름으로 양 트랜지스터 계속 도통(SCR ON 유지). SCR OFF 시키려면 메인 전원 차단 필요.

S2는 상시 닫힘 스위치. S1 열리면 게이트 전류 안 흘러 SCR OFF, 최대 전압 SCR 양단, LED OFF. S1 닫히면 게이트 전류 흐름 → SCR ON → SCR 양단 전압 0V(실제 0.7V) → LED 점등.

다음 글에선 SCR 응용과 테스트 방법 다룰 예정.

IC 741(연산증폭기) 기초 | 회로 동작 | 특성

디지털 논리 게이트 튜토리얼 | 기본 종류 | 동작 원리