Chapter 18

용어집 & 종합 퀴즈

전력 전자 엔지니어는 기호와 약어로 말한다. R_DS(on), V_CE(sat), Q_G, Q_rr, E_on, E_off, T_j, R_th, Z_th, BV, BFOM, 2DEG, JTE, SJ, IGBT, HEMT, DESAT, CMTI, UVLO, ZVS, PFC, LLC, SVPWM, THD, DBC, AMB, FIT, HTRB… 바리가, 코핀-맨슨, 밀러, 마이너. 이 장은 책 전체에 흩어진 핵심 용어를 한곳에 모은 사전이자, 장과 장이 어떤 용어로 이어지는지 보여 주는 지도, 그리고 1장부터 17장까지를 한 번에 점검하는 마무리 시험이다.

한국어·영어·약어·초성 어느 쪽으로든 용어를 찾아 정의와 해당 장(절)으로 바로 이동할 수 있다.
장 연결 지도에서 재료·항복 물리 → 소자(다이오드·MOSFET·IGBT·SiC·GaN) → 스위칭과 구동 → 변환 회로 → 열·패키징·신뢰성 → 응용이 어떤 용어로 맞물리는지 설명할 수 있다.
바리가 한계, 저장 전하 Q_s = I_Fτ, L·di/dt 오버슈트, P_sw = f(E_on + E_off), 게이트 전력 Q_GΔVf, 벅의 리플, T_j = T_c + P·R_th, 코핀-맨슨 수명 같은 핵심 식으로 직접 계산하고, 틀린 문제의 장으로 돌아가 복습 계획을 세운다.

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용어로 본 장 연결 지도

아래 지도는 용어집 데이터에서 바로 계산한다. 두 장을 잇는 선의 굵기는 두 장이 함께 다루는 용어 수다. 온저항·접합 온도·스위칭 손실처럼 여러 장에 걸친 용어가 많을수록 굵어진다. 장 원 위에 마우스를 올리거나(터치·Tab 키도 된다) 누르면 그 장과 가장 많이 겹치는 장이 오른쪽에 나오고, 아래 용어집이 그 장으로 걸러진다. 슬라이더로 약한 연결을 숨기면 책의 뼈대가 드러난다.

MAP

장 사이 공유 용어 네트워크

최소 공유 용어 수

표시된 연결—

가장 굵은 연결—

여러 장에 걸친 용어—

해볼 것: 슬라이더를 올려 약한 연결을 숨겨 보자. 1장(지도)과 17장(응용)이 여러 장과 이어진 허브로 남는지, 재료–항복–종단, 다이오드–스위칭–인버터, 열–패키징–신뢰성 같은 묶음이 드러나는지 보자. 스위칭(10장)을 누르면 소자 장과 회로 장 사이의 다리 역할이 보인다. 소자의 전하와 기생 성분이 결국 회로의 손실로 모인다는 뜻이다.

용어집

검색창에 한국어(예: 온저항), 영어(예: breakdown), 약어(예: IGBT), 초성(예: ㅂㄹㄱ → 바리가) 중 아무것이나 입력하면 바로 걸러진다. 정의 본문도 검색 대상이다. 장 칩으로 범위를 좁히고, 가나다순 또는 장순으로 묶어 볼 수 있다. 한 용어가 여러 장에 나오면 장 링크가 모두 붙고, 그 용어를 주로 다루는 절로 바로 가는 링크도 있다.

장

정렬

용어 카드로 외우기

검색만으로는 용어가 머리에 남지 않는다. 카드를 눌러(또는 스페이스 키) 뒤집고, 알았으면 알아요, 헷갈렸으면 다시 볼래요를 누른다. 다시 볼 카드는 덱 뒤쪽에 다시 섞여 들어온다. 범위는 위 용어집에서 고른 장을 따른다. 정의 → 용어 모드는 정의를 보고 용어를 떠올리는 더 어려운 연습이다(정의 속 용어 이름은 가린다).

DRILL

플래시 카드

눌러서 뒤집기

종합 퀴즈

1~17장에서 고른 51문항이다. 장마다 세 문항씩이고, 숫자를 넣어 푸는 문제에는 계산 표시가 붙는다. 한 문제씩 풀면 해설과 해당 장 링크가 나온다. 끝까지 풀면 장별 정오 차트와 등급을 보여 준다. 다시 풀기를 누르면 문제와 보기 순서가 섞인다. 계산기와 종이를 옆에 두자. PW-800 기준값(800 V 트랙션 인버터, SiC 스위치 R_DS(on) 약 2.0 mΩ, E_on + E_off 약 20 mJ at 800 V·400 A, 루프 인덕턴스 15 nH, 냉각수 65 °C, R_th,j-f 약 0.12 K/W)이 자주 나온다.

문제 1 / 51정답 0

핵심 정리

전력 변환은 스위치를 켜고 끄며 전압·전류·주파수를 바꾸는 일이다. 선형 방식은 전압 차만큼 열로 버리지만 스위칭 방식은 이상적으로 손실이 없고, 실제 손실은 전도 손실과 스위칭 손실 두 가지다(1장).
재료가 한계를 정한다. 바리가 지수 εμE_c³과 단극 한계 $R_{on,sp} = 4BV^2/(\varepsilon\mu E_c^3)$ 에서 SiC·GaN은 Si보다 수백 배 유리하다. 같은 내압의 드리프트층이 얇고 진해지며, 넓은 밴드갭은 고온 누설도 줄인다(2·3장).
항복은 충돌 이온화 적분이 1이 되는 조건이고, 평면 접합 BV는 도핑과 두께로 정해진다. 실제 칩은 가장자리 곡률에서 먼저 항복하므로 필드 플레이트·가드 링·JTE로 전계를 넓게 편다(3·4장).
바이폴라 소자(PiN·IGBT·사이리스터)는 전도도 변조로 낮은 온상태 전압을 얻는 대신 저장 전하가 역회복과 꼬리 전류를 만든다. 단극 소자(쇼트키·MOSFET)는 빠르지만 고전압에서 온저항이 커서, 슈퍼정션과 넓은 밴드갭이 그 벽을 넘는다(5–7장).
SiC MOSFET은 계면 트랩·게이트 산화막·바이폴라 열화·짧은 단락 내량을, GaN HEMT는 분극 2DEG의 장점과 좁은 게이트 창·동적 온저항·측면 구조의 전압 한계를 함께 가진다(8·9장).
스위칭 손실은 이중 펄스 시험으로 재는 E_on·E_off·E_rr의 주파수 배이고, 기생 인덕턴스는 L·di/dt 오버슈트와 링잉을 만든다. 게이트 저항·구동 전압·음 바이어스·밀러 클램프·DESAT이 속도와 안전을 조율한다(10·11장).
회로가 소자를 고른다. 벅·부스트의 볼트-초 균형과 리플, 토템폴 PFC의 역회복 문제, LLC의 ZVS, 인버터의 SVPWM·데드 타임·전도/스위칭 손실 분배가 소자 요구를 정한다(12·13장).
손실은 열 경로를 따라 접합 온도가 되고(T_j = T_c + P·R_th, 과도 Z_th), 패키지(DBC·AMB·은 소결·저인덕턴스 배치)가 열과 기생 성분을 함께 정한다. 접합 온도 리플은 코핀-맨슨·마이너 법칙으로 수명이 된다(14–16장).
응용은 전압·전력·주파수로 갈린다. 전기차 800 V·SiC, 충전기·데이터센터 GaN, 태양광 가중 효율, HVDC MMC처럼 응용마다 최적 소자가 다르고, 선택은 손실과 비용을 같은 저울에 올린 결과다(17장).

틀린 문제가 있었다면 해당 장으로 돌아가 시뮬레이터를 다시 만져 보자. 전력 반도체의 감각은 식을 외우는 것보다 도핑·게이트 저항·주파수·냉각을 끝까지 움직여 보며 생긴다. 소자 물리의 기초는 DeviceBook, 모듈과 접합 공정은 PackagingBook, 고장 해석은 FailureBook에서 이어진다.