도통 손실 (Conduction Loss)
한 줄 정의: 전력 스위칭 소자가 완전히 켜진 상태(도통 상태)를 유지하는 동안 소자 내부 저항이나 전압 강하로 인해 발생하는 에너지 손실입니다.
쉽게 풀면
스위치가 켜져서 전류가 흐르고 있을 때도 소자는 완벽한 전선이 아니라서 약간의 저항이 존재합니다. 이 저항 때문에 전류가 흐르는 동안 계속 열이 발생하는데, 이것이 도통 손실입니다. 수도관에 물을 흘려보낼 때 관 자체의 마찰로 압력이 조금씩 떨어지는 것과 비슷합니다. 스위칭 손실이 켜고 끄는 순간에 생기는 손실이라면, 도통 손실은 켜져 있는 동안 계속 쌓이는 손실입니다.
왜 중요한가
도통 손실은 소자 선정과 전류 정격 설계에 직접적인 영향을 미치며, 특히 낮은 스위칭 주파수나 저전압·대전류 응용에서는 스위칭 손실보다 도통 손실이 전체 손실의 더 큰 비중을 차지할 수 있어 전력변환기 효율 분석에서 반드시 함께 고려됩니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
"MOSFET의 온저항(RDS(on))이 낮을수록 도통 손실이 감소함을 실험적으로 확인하였다."
소자의 내부 저항 특성이 도통 손실과 직결됨을 보여주는 예입니다.
"저부하 조건에서는 스위칭 손실보다 도통 손실이 전체 손실의 지배적인 비중을 차지하였다."
부하 조건에 따라 손실 성분의 비중이 달라짐을 분석한 사례입니다.
조금 더 깊게 보면
MOSFET에서는 온저항과 전류의 제곱을 곱한 값으로, IGBT에서는 포화 전압 강하와 전류를 곱한 값으로 도통 손실을 근사할 수 있습니다. 병렬로 소자를 여러 개 배치하거나 온저항이 더 낮은 소자를 선택하는 것이 도통 손실을 줄이는 대표적인 방법이며, 이는 스위칭 손실 저감 기법과 함께 전체 손실 최적화 설계에서 함께 고려됩니다.
주의할 점
도통 손실을 줄이기 위해 온저항이 매우 낮은 소자를 선택하면 대체로 소자의 기생 커패시턴스가 커져 스위칭 손실이 늘어날 수 있으므로, 응용 조건에 맞는 균형점을 찾아야 합니다.