GTO(반도체)

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기본적인 GTO의 회로

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GTO 회로 기호

1. 개요
2. 구동원리
3. 이용 현황
3.1. GTO 소자를 사용한 한국의 전동차 목록
3.2. GTO 소자를 사용한 한국의 전기 기관차 목록


1. 개요[편집]

일반적인 사이리스터 소자는 게이트에서 전류를 보내면 소자 작동(턴 온)은 가능하나 작동 중단(턴 오프)는 기계적인 스위치로 회로 자체를 끊지 않으면 절대로 불가능해 다이오드와 유사한데, 게이트 턴 오프 사이리스터 (Gate Turn-Off thyristor; GTO) 소자는 게이트에 역방향의 전류(마이너스 전압)를 흐른 전기적인 방법으로 턴 오프할 수 있는 사이리스터 소자다. GE에서 처음 개발했다.


2. 구동원리[편집]

가장 단순한 MOSFET처럼 게이트, 애노드(양극), 캐소드(음극)로 3극이나 세부구조나 작동방식은 정말 다르다. MOSFET에서 게이트는 도핑이 되지 않은 반도체에서 전자를 끌어오는 역할을 할 뿐이지 게이트와 다른 극 사이를 전자가 직접 이동하지 않는다. 하지만 GTO는 턴 온시 게이트와 캐소드의 터미널에서 턴온 전류(플러스 전류)가 흐르고 캐소드 터미널이 PN 접합처럼 기능해서 전동기를 구동한다. 다만 게이트 중은 매우 적은 전류가 흐른다. 끌땐 게이트와 캐소드의 터미널에서 마이너스 전류를 흘려보내고 플러스 전류중 1/3또는 1/5정도를 가져온 후 흐른 전류방향에서 역방향으로 흘려보내 회로네에 있는 플러스 전류는 낮아지므로 완전히 꺼진 상태가 된다. 다만 일반적인 사이리스터와 달리 턴온이 불안정하기에 턴온 이후에도 게이트에 적은량의 플러스 전류를 흘려보낸다.


3. 이용 현황[편집]

유도전동기를 구동한 인버터의 스위칭용 소자로서 1977년에 처음으로 사용된 이후 오늘까지 공업 분야나 전기 철도 등에 널리 사용됐지만 회로가 IGBT와는 달리 사이리스터 셀이 평행으로 수백개 수천개 배치되어야 하며 턴 오프시 어노드와 음극간에 일시적으로 발생한 스파이크 전압을 완화하기 위한 다이오드, 저항기, 콘덴서를 이용한 부가 회로(스너버 회로)가 반드시 필요하여 복잡하다. 또 턴온 턴 오프 스위칭 시간이 IGBT에 비해 오래 걸리는데 마이너스 전류로 인해 플러스 전류가 떨어지더라도 여전히 남아서 흐르고 있는 전류가 모두 없어질 때까지 시간이 걸린다. 또 그것 때문에 주파수를 1 kHz이상 올릴 수 없어 전기 모터로부터 발생한 2레벨 저주파 때문에 소음이 크고[1][2] 턴 오프하기 위한 게이트 전류가 수분의 1 정도로 크며,[3] 게이트 전류가 전부 열손실이 되기 때문에 소비전력이나 발열이 커진다. 게이트의 크기 또한 크기 때문에 최근은 IGBT로 대체되고 있다.


3.1. GTO 소자를 사용한 한국의 전동차 목록[편집]







3.2. GTO 소자를 사용한 한국의 전기 기관차 목록[편집]



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[1] 반면 IGBT소자의 3레벨 고주파는 사람의 귀에 들리지 않기에 정숙하다고 느낀다.[2] 다만 GTO라고 무조건 시끄럽지는 않다. 서울 1호선과 3호선, 4호선 일부 열차에 채용된 도시바제와 미쓰비시제 GTO는 상당히 조용한 편에 속한다.[3] IGBT는 수십~수천분의 1 정도다.

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