전력전자 로봇 자동화공학부 www.dongyang.ac.kr
전기회로기초 - 학습내용 교류전압전류의표현방법 전력및역률 계측기사용법 전력용반도체소자및동작원리
전기회로기초 - 계측기사용법 함수발생기 함수발생기 (function generator) 또는신호발생기 (signal generator) 는디지털회로또는아날로그전자회로에정현파, 구형파, 삼각파등의신호를공급하는실험장비 출력되는신호원의전압크기및주파수를조정
전기회로기초 오실로스코프 오실로스코프 (oscilloscope) 는디지털회로또는아날로그전자회로의전압을측정하기위한실험장비 멀티미터를사용하여아날로그회로의전압을측정하면평균값또는실효값이숫자로만표시되므로, 교류회로에서실효값은같지만, 파형이다른경우는구별불가 반면에오실로스코프는시간에따라서주기적으로변화하는전압파형, 크기, 주파수등을측정할수있어구별이가능
전기회로기초 오실로스코프
전기회로기초 오실로스코프
전기회로기초 오실로스코프로파형측정 오실로스코프와함수발생기에전원을공급한다. 함수발생기의출력을오실로스코프입력 CH1에연결한다. 함수발생기에서전압파형, 전압크기, 주파수를선택한다. 오실로스코프화면에파형이나타나면수직및수평눈금을조정한다.
전기회로기초 직류전원장치 SMPS 선형전원장치
전기회로기초 직류전원장치파형측정 오실로스코프와직류전원장치에전원을공급한다. 직류전원장치의출력을오실로스코프입력 CH1에연결한다. 직류전원장치에서직류전압의크기를선택한다. 오실로스코프화면에파형이나타나면수직및수평눈금을조정한다.
전기회로기초 디지털멀티미터 디지털멀티미터 (digital multi-meter) 는디지털회로또는아날로그전자회로에저항, 전류, 전압등을측정할수있는기초적인실험장비
전기회로기초 디지털멀티미터
전기회로기초 디지털멀티미터 전압및전류측정결선법
전기회로기초 디지털멀티미터로직류전압측정 디지털멀티미터와직류전원장치에전원을공급한다. 전원장치의출력을디지털멀티미터의전압입력단자에연결한다. 디지털멀티미터에서전압측정을선택한다.
전기회로기초 디지털멀티미터로저항측정 디지털멀티미터에전원을공급한다. 저항을직류전원장치의출력단자에연결한다. 디지털멀티미터에서저항측정을선택한다.
트랜지스터 Bipolar Junction Transistor : 세개의반도체를연속접합 단자의명칭 : 이미터 (emitter), 컬렉터 (collector), 베이스 (base) NPN 형트랜지스터 C( 컬렉터 ) C B ( 베이스 ) N P N B E( 이미터 ) E
트랜지스터 PNP 형트랜지스터 C( 컬렉터 ) C P B N ( 베이스 ) P B E( 이미터 ) E
트랜지스터 BJT 구조 : PN 접합의 3 차원적층구조 C 금속 (Al) E B PN 접합부 ( 결핍층 ) B 이미터 산화막 (SiO 2 ) 베이스 컬렉터 E C 기판 N ++ 영역 P 영역 N + 영역
트랜지스터 BJT 증폭 : 작은베이스전류로큰컬렉터전류를제어 C I C I C = I E B N P I B =(1- )I E I B N I E E I E 도르래 도르래 판 베이스 판 베이스 수문 수문 컬렉터 컬렉터 이미터 이미터
트랜지스터 BJT 스위치 : On/Off 스위치로사용
트랜지스터스위치응용
FET( 전계효과트랜지스터 ) 하나의 PN접합으로구성된단극성트랜지스터 Gate Drain Source 의 3 개의전극으로구성 C( 컬렉터 ) 드레인 (Drain) 드레인 (Drain) D D B ( 베이스 ) P N P E( 이미터 ) 게이트 (Gate) 게이트 N N G P P G P 채널 소스 (Source) Depletion형 (N채널 FET) S (Gate) N 채널 S 소스 (Source) Enhancement형 (P채널 FET) GD S IRF520
FET( 전계효과트랜지스터 ) FET 증폭 바이어스전압 V GG 가커지면결핍층이늘어소스와드레인사이의폭이줄 GG 어서전류가적게흐른다. 게이트 (V GS ) R R D 전도채널결핍층 D I D 소스 (I D ) D R D V GG - + R G I G =0 G P S P 전자 전자의흐름 + - V DD 드레인 (I D ) 도르래 V GG I G=0 R - + R G G + V GS - I D + V DS - S + - V DD 판 베이스 수문 컬렉터 이미터
FET( 전계효과트랜지스터 ) FET 증폭 바이어스전압 V GG 가커지면결핍층이늘어소스와드레인사이의폭이줄 GG 어서전류가적게흐른다. I D (C) I DSS I D (D) I DSS V GS =0V V GS =1V =-1V V GS =-2V V GS =-3V 핀치오프전압 (A) V GS(off) (B) 0 V GS V GS =-4V GS 0 V GS =V GS(off) V DS
FET 특성곡선
트랜지스터증폭회로
트랜지스터증폭회로
트랜지스터증폭회로 등가변환
트랜지스터증폭회로
트랜지스터증폭회로
트랜지스터증폭회로
트랜지스터증폭회로
트랜지스터증폭회로
SCR(Sillicon Controlled Rectifiers) 애노드 (Anode) A 게이트 (Gate) 캐소오드 (Cathode) G P N P N K J 1 J 2 J Vs I T 3 R L Vak SCR 회로 SCR 기호
SCR(Sillicon Controlled Rectifiers) 트랜지스터등가회로모델 PNPN 4 층의접합구조로 PNP 트랜지스터와 NPN 트랜지스터가연결된것으로등가회로표현 A A I T A PNP Tr P P Q1 N N N I B1 =I C2 G P G P P I C1 I B2 N K N K G I G NPN Tr K Q2 I T
SCR(Sillicon Controlled Rectifiers) SCR 의동작 초기상태 동작전류흐르는상태
36 전력용반도체소자 Rg Vg I G A Q1 I B1 =I C2 I C1 I B2 (2) Q2 I T I T K (1) R L (3) (4) 1. 게이트를통하여게이트전류를인가한다. 2. 게이트전류 Ig 는 Q2 에베이스전류 IB2 로공급된다. 따라서 Q2 는도통된다. 3. Q2가도통되면 Q1의베이스에베이스전류 IB1이공급될수있는 Vs 회로가구성된다. 따라서 IB1이흐른다. 4. Q1의베이스에베이스전류 IB1 이공급되어 Q1이도통된다. Q1의컬렉터전류 IC1이 Q2의베이스전류 IB2 로작용하여게이트전류가제거되어도도통이유지된다.
SCR(Sillicon Controlled Rectifiers) I T 역방향항복전압 Gate 전류인가시 Vak 순방향항복전압 Gate 전류인가시 사이리스터특성곡선
SCR(Sillicon Controlled Rectifiers) SCR를도통 (ON) 시키는방법 (1) 적절한게이트신호를인가하는방법 ------- 정상적인방법 (2) SCR 의 dv/dt 특성보다높은전압변화를주는방법 ------ 사용시주의해야함 (3) 항복전압을초과하는방법 -------- 사용시주의해야함 I g1 <I g2 <I g3 I T 순방향항복전압 Vak
SCR(Sillicon Controlled Rectifiers) SCR를차단 (OFF) 시키는방법 (1) SCR 에흐르는전류를홀딩전류이하로떨어지게함. (2) SCR에걸리는전압을역방향으로가함.
SCR(Sillicon Controlled Rectifiers) 래칭전류 (Latching Current) SCR 이오프 (Off) 상태에서온 (On) 상태로스위칭할때온상태를유지하는데필요한최소한의애노드전류 홀딩전류 (Holding Current) SCR 이온 (On) 상태를유지하는데필요한최소한의애노드전류 일반적으로래칭전류는홀딩전류보다큰값을가진다.
SCR(Sillicon Controlled Rectifiers) I g Gate 펄스 I g Gate 펄스 Latching 전류시간 I t Zero crossing point SCR 의래칭특성 시간 I t Latching전류 Anode 전류 Zero crossing point 시간 Holding 전류 SCR 의홀딩전류및래칭전류 시간
SCR(Sillicon Controlled Rectifiers) SCR 응용회로
GTO(Gate turn-off Thyristor) 제어시스템은 GTO 사이리스터를사용한가변전압가변주파수제어방식을사용
GTO(Gate turn-off Thyristor) SCR과같이작은양 (+) 의게이트전류펄스에의해턴-온 턴- 오프할때에는 SCR 과는달리음 (-) 의게이트전류펄스사용 게이트만으로 trigger-off 기능이있기때문에게이트회로를구성하는데 SCR 보다는간단하며스위칭시간 (switching time) 이짧게되어스위칭주파수가높은제어용사용
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) TR 의경우는고압, 대전류라도쉽게저렴하게만들수있는반면고속스위칭이힘들고, BASE 전류가높기때문에드라이브단의구성이어려움 FET 의경우는입력임피던스가높기때문에드라이브가쉽고, 간단하며또한소수캐리어축척이없기때문에고속으로동작 입력 (GATE) 는 FET처럼만들고, 출력은 TR처럼만들어고압, 대전류에서는높은효율과빠른속도로동작, 간단하게드라이브로제작
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 전력용반도체소자로서주로 300V 이상의전압영역에서널리사용되고있으며, 고효율, 고속의전력시스템에특히많이사용 1970년대에전력용 MOS FET가개발된이후전력용스위치로중전압이하, 고속의스위칭이요구되는범위에서는 MOS FET 사용 중 ~ 고압에서대량의전류도통이요구되는범위에서는바이폴러트랜지스터나 SCR, GTO등이사용 1980년대초에개발된 IGBT는출력특성면에서는바이폴러트랜지스터이상의전류능력을지니고있고, 입력특성면에서는 MOS FET 와같이게이트구동특성을가지고있어, IGBT는 MOS FET와바이폴러트랜지스터의대체소자로서뿐만아니라새로운분야로점차사용이확대 가정용및업무용에어컨, 냉장고의컴프레서구동부터, 대용량으로는전철의모터구동장치에사용
TRIAC(Triode AC Controller) 병렬로접속된 2 개의 SCR 과거의같은특성을갖는 3 단자교류스위치로 3 극 (Triode) 으로교류전력을제어한다는데서이름이유래되었다
TRIAC(Triode AC Controller)
TRIAC(Triode AC Controller)
전력변환기본회로 DC DC 변환
전력변환기본회로 AC DC 변환
전력변환기본회로 DC AC 변환 ( 단상 ) a b
전력변환기본회로 DC AC 변환 (3 상 )
전력변환기본회로 AC DC 변환및 DC AC 변환
전력변환기본회로 AC AC 변환