パワー半導体スイッチングデバイスとしては近年,主にIGBT とパワーMOSFET が用いられている。通常動作における両者…
機械 第10問
パワー半導体スイッチングデバイスとしては近年,主にIGBT とパワーMOSFET が用いられている。通常動作における両者の特性を比較した記述として,誤っているものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。
- (1)IGBT は,オンのゲート電圧が与えられなくても逆電圧が印加されれば逆方向の電流が流れる。
- (2)パワーMOSFET は電圧駆動形であり,ゲート・ソース間に正の電圧をかけることによりターンオンする。
- (3)パワーMOSFET はユニポーラデバイスであり,一般的にバイポーラ形のIGBT と比べてターンオン時間が短い一方,流せる電流は小さい。
- (4)IGBT はキャリアの蓄積作用のためターンオフ時にテイル電流が流れ, パワーMOSFET と比べてオフ時間が長くなる。
- (5)パワーMOSFET ではシリコンのかわりにSiC を用いることで,高耐圧化と高耐熱化が可能になる。
正答 (1)
正答は (1)。
【誤りの選択肢 (1)】
「アイジービーティーは、オンのゲート電圧が与えられなくても逆電圧が印加されれば逆方向の電流が流れる」が誤りです。絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(アイジービーティー)は、構造上、逆方向には電流を流しません。逆方向の電流を流す必要がある用途では、外部に還流ダイオードを逆並列に接続して使います。インバータの回路図で、各スイッチング素子に必ずダイオードが向かい合わせに描かれているのはこのためです。一方、逆方向に電流が流れる性質を持つのはパワー金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(パワーモスフェット)のほうです。この素子には構造上ボディダイオード(寄生ダイオード)が内蔵されており、ゲート電圧を与えなくても逆方向に電流が流れます。つまり、記述の内容は二つの素子で入れ替わっています。
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【正しい選択肢の確認】
(2) パワーモスフェットは電圧駆動形の素子で、
ゲートとソースの間に正の電圧をかけるだけでオンになります。ゲートは絶縁されているので、定常的なゲート電流はほとんど流れません。駆動回路が簡単で済むのが長所です。正しい記述です。
(3) パワーモスフェットは電子だけが電流を運ぶユニポーラ素子です。
少数キャリアの蓄積がないのでスイッチングが速く、ターンオン時間が短くなります。一方、アイジービーティーは電子と正孔の両方が電流を運ぶバイポーラ形なので、導通時の抵抗を下げやすく、大きな電流を流せます。正しい記述です。
(4) アイジービーティーでは、オンの間に蓄えられた少数キャリアが
オフにしてもすぐには消えず、しっぽを引くように電流が流れ続けます。これをテイル電流といい、オフ時間が長くなる原因になります。スイッチング損失が増えるので、高い周波数での動作には不利です。正しい記述です。
(5) 炭化けい素(シリコンカーバイド)は、
けい素(シリコン)に比べて絶縁破壊電界が約10倍、バンドギャップが約3倍と大きく、熱伝導率も優れています。そのため、同じ耐圧なら素子を薄くでき、高耐圧化と高耐熱化の両立が可能になります。正しい記述です。
出典:令和5年度上期第三種電気主任技術者 機械科目 問10(一般財団法人 電気技術者試験センター 公表)出典元ページ
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