다이오드란?

다이오드(diode)는 전력용 반도체 소자 중 가장 기본적인 소자로, 두 단자를 가진 PN 접합 소자이다.

 

다이오드는 한쪽 방향으로는 전류를 도통시키고, 반대 방향으로는 절연체와 같은 동작으로 하여 전류가 흐르지 못하는 특성의 전력용 반도체 소자로서, 정류기, 직류 초퍼 또는 무정전 전원 공급장치(UPS, Uninterruptible Power Supply System) 등에 사용된다.

 

다이오드는 온•오프 제어가 불가능한 소자로, 단방향 전압 저지, 단방향 전류 특성을 갖는다. 다이오드는 양극측 에노드(A, anode), 음극측 케소드(K, cathode)로 구성된다.

 

 

다이오드의 V-I 특성

1) 순방향 바이어스 영역

다이오드의 에노드(anode) 측이 케소드(cathode) 측에 비해 전위가 높을 때 다이오드는 순방향  바이어스가 되며, 다이오드가 도통된다. 도통된 다이오드는 양 단자 사이에 0.5~1.2V 정도의 순방향 전압 강하를 일으키고, 이 전압 강하 값은 온도에 따라 변하게 된다.

 

다이오드 양단에 걸린 전압이 임계전압(약 0.7V)보다 크면 완전히 도통하게 되는데, 임계전압이란 다이오드가 완전히 도통되는 시점의 전압이다. 순방향 전압이 임계전압 값에 도달하면 전류는 급격히 증가하므로 저항을 연결하여 전류를 제한할 필요가 있다.

 

2) 역방향 바이어스 영역

다이오드 양단에 걸린 전압이 0V 미만인 경우 다이오드 양 단자 사이에는 전류가 흐를 수 없게 된다. 케소드의 전압이 에노드의 전압보다 높으면, 다이오드는 차단 상태가 된다. 역방향 바이어스에 의해 차단된 상태에서 마이크로암페어 또는 미리암페어 정도의 미소 누설 전류가 흐른다. 이러한 누설 전류는 역 전압을 높임에 따라 증가하는 특성을 갖는다.

 

다이오드가 도통된 상태에서 에노드 전류가 0A 미만이 되려 할 때 오프된다. 누설 전류는 다이오드가 견딜 수 있는 최대 역방향 전압에 따라 증가하는 경향이 있으며, 다이오드가 견딜 수 있는 최대 역방향 전압(PIV, Peak Inverse Voltage)에 비례한다.

 

3) 항복 영역

역방향 전압의 크기가 다이오드 고유의 항복 전압을 초과하면, 역방향 전류는 최대 역방향 전압을 넘어서는 역방향 전압의 작은 변화에도 매우 빠르게 변화한다. 이러한 역방향 전압을 항복 전압이라고 한다. 다이오드의 역 전압이 다이오드의 항복 전압을 초과하면 전류는 증가하더라도 전압은 거의 일정하게 유지된다. 

 

이러한 항복 전압의 특성은 영구적인 특성의 변화가 아니고, 접합부가 열적인 소자 파괴되지 않는 한 전압이 감소되는 소자의 특성은 그대로 유지된다. 

 

PIV, 피크 역 전압은 PN 접합 간 항복 현상을 일으켜 접합이 파괴되는 역방향 실효 전압을 의미하며, 동작 피크 역 전압은 반복해서 인가할 수 있는 역 전압의 최대 허용 순시값을 나타낸다.

 

다이오드를 병렬로 연결하게되면 순방향 전류 용량을 증가시킬 수 있으며, 직렬로 연결하게 되면 역 차단 전압 용량을 보강할 수 있다.

 

4) 다이오드의 역회복 특성

순방향으로 도통된 다이오드의 전류는 다수 캐리어 및 소수 캐리어의 이동에 기인한다. 다이오드가 도통된 상태에서 순방향 전류가 0A가 되어도 다이오드에 남아있는 소수 캐리어에 의해 도통이 계속된다. 소수 캐리어가 중화되는데 일정 시간이 소요되며, 이를 역회복 시간이라고 한다.