학문
훤칠한나방40
전력 전자 회로에서 스위칭 소자인 MOSFET이 전력 손실을 줄여주는 원리는 무엇인가요?
전원 장치나 인버터 등에서 전력을 변환할 때 금속 산화물 반도체 전계효과 트랜지스터가 고속 스위칭을 통해 열 발생을 최소화하는 비결이 무엇인가요?
5개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
소자에서 생기는 열은 걸린 전압과 흐르는 전류의 곱이에요. 예전 리니어 방식은 12V를 5V로 낮출 때 남는 7V를 트랜지스터가 전류를 흘리며 떠안아 열로 버렸어요. 스위칭 방식은 MOSFET을 완전히 켜거나 완전히 끄기만 해요. 켜지면 전류는 커도 양단 전압이 거의 0이고, 꺼지면 전압은 걸려도 전류가 0이라 어느 쪽이든 곱이 아주 작아요. 출력 전압은 켜고 끄는 시간 비율로 조절하고, 인덕터와 커패시터가 그 펄스를 평평한 전압으로 다듬어요.켜진 동안의 손실은 I²×Rds(on)인데, 전력용 MOSFET은 온저항이 수 mΩ 수준이라 수십 A에서도 발열이 적어요. 남는 손실은 켜지고 꺼지는 짧은 순간에 전압과 전류가 겹치는 스위칭 손실인데, MOSFET은 다수 캐리어로만 동작해 쌓인 소수 캐리어를 빼낼 필요가 없어 수십 ns 만에 전환돼요. 게이트도 전압으로 구동해 유지 전류가 거의 들지 않아요.
그런데 주파수를 올리면 부품은 작아지지만 전환 횟수가 늘어 스위칭 손실도 커져요. 그래서 전압이 0일 때 켜는 소프트 스위칭이나 다이오드 자리를 MOSFET으로 바꾸는 동기 정류를 더해 효율을 95% 이상으로 끌어올려요 :)
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채택된 답변안녕하세요. 박재화 전문가입니다.
MOSFET은 전류를 단순히 줄이는 것이 아니라 아주 빠르게 켜고 끄면서 필요한 만큼의 전력을 전달해 손실을 줄이게 됩니다.
완전히 켜졌을 때는 내부 저항이 매우 작아 전류가 흘러도 전압 강하와 발열이 적습니다. 반대로 완전히 꺼졌을 때는 전류가 거의 흐르지 ㅇ낳기 때문에 역시 전력 손실이 작습니다. 다만 켜짐과 꺼짐 사이의 순간에는 전압과 전류가 동시에 존재해 스위칭 손실이 생기므로, 전환 속도가 빠를수록 이 손실을 줄이기 유리합니다.
그래서 전원 장치와 인버터에서는 낮은 온저항과 빠른 스위칭 특성을 가진 MOSFET을 사용해 효율을 높이고 열 발생을 줄이게 됩니다.
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.
MOSFET은 전압을 이용해 전류를 빠르게 켜고 끄는 반도체 스위칭 소자로 전원 장치와 인버터의 전력 변환에 널리 사용됩니다 스위치가 켜졌을 대 내부 저항이 낮으면 전류가 흐르면서 발생하는 전력 손실과 열을 줄일 수 있습니다 또한 켜짐과 꺼짐을 빠르게 전환하면 전압과 전류가 동시에 존재하는 시간이 짧아져 스위칭 손실도 감소합니다 이러한 특성 덕분에 전력을 효율적으로 변환하고 불필요한 에너지 낭비를 줄일 수 있습니다 다만 스위칭 속도가 지나치게 빠르면 전잪 잡음이 켜질 수 있으므로 구동 회로와 방열 설계가 필요합니다
안녕하세요. 강세훈 전문가입니다.
MOSFET은 스위치가 완전히 꺼진 상태에서는 전류가 거의 흐르지 않고
완전히 켜진 상태에서는 전압 강하가 매우 작아 전력 손실이 최소화됩니다.
고속 스위칭으로 상태 전환 시간을 줄여 전압과 전류가 겹치는 전환 구간에서 발생하는 손실을 최소화 한답니다.
안녕하세요. 최정훈 전문가입니다.
모스펫이 전력 손실을 줄여주는것은 전기가 통할때 저항이 아주 작고 스위치가 완전히 닫히거나 열리기 때문입니다. 왜냐하면 스위치가 켜져 있을때는 내부저항이 거의 없습니다. 그래서 전기가 흐를때 생기는 열이 적기 때문이죠. 그리고 꺼져 있을 때는 전류가 아예 안 흐르게 됩니다. 그러니 손실이 거의 안 생기는 거구요.
거기다가 이 소자는 켜지고 꺼지는 전환 속도가 눈 깜짝할 사이에 이루어지게 됩니다. 왜냐하면 전압과 전류가 동시에 높아서 열이 튀는 애매한 과도 구간을 아주 짧게 지나가 버리기 때문이구요. 그래서 결론적으로는 옛날 소자들처럼 전환할때마다 낭비되는 전력이 줄어드니깐 전체적인 발열을 최소화하는게 가능한 것입니다.