電力変換装置では,各種のパワー半導体デバイスが使用されている。パワー半導体デバイスの定常的な動作に関する記述として,誤っ…
機械 第10問
電力変換装置では,各種のパワー半導体デバイスが使用されている。パワー半導体デバイスの定常的な動作に関する記述として,誤っているものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。
- (1)ダイオードの導通,非導通は,そのダイオードに印加される電圧の極性で決まり,導通時は回路電圧と負荷などで決まる順電流が流れる。
- (2)サイリスタは,オンのゲート電流が与えられて順方向の電流が流れている状態であれば,その後にゲート電流を取り去っても,順方向の電流に続く逆方向の電流を流すことができる。
- (3)オフしているパワーMOSFET は,ボディーダイオードを内蔵しているので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。
- (4)オフしているIGBT は,順電圧が印加されていてオンのゲート電圧を与えると順電流を流すことができ,その状態からゲート電圧を取り去ると非導通となる。
- (5)IGBT と逆並列ダイオードを組み合わせたパワー半導体デバイスは,IGBT にとって順方向の電流を流すことができる期間をIGBT のオンのゲート電圧を与えることで決めることができる。IGBT にとって逆方向の電圧が印加されると,IGBT のゲート状態にかかわらずIGBT にとって逆方向の電流が逆並列ダイオードに流れる。
正答 (2)
正答は (2)。
【誤りの選択肢 (2)】
「その後にゲート電流を取り去っても、順方向の電流に続く逆方向の電流を流すことができる」が誤りです。サイリスタは逆方向の電流を流しません。いったん点弧(ターンオン)したサイリスタは、ゲート電流を取り去っても順方向の電流が流れ続けます。これはサイリスタの重要な性質で、ゲートには自己保持の働きがあるためです。しかし、電流が減って保持電流を下回るか、逆方向の電圧が加わると消弧(ターンオフ)して非導通に戻ります。逆方向には阻止する性質を持つので、逆方向の電流が流れることはありません。逆方向にも電流を流したいときは、サイリスタを逆並列に2個つなぐか、逆並列ダイオードを組み合わせます。
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【正しい選択肢の確認】
(1) ダイオードは、印加される電圧の極性だけで導通と非導通が決まる素子です。
制御端子を持たないので、外から動作の時点を指定することはできません。順方向のときは、回路の電圧と負荷で決まる順電流が流れます。正しい記述です。
(3) パワー金属酸化膜半導体電界効果トランジスタは、
その構造上ボディーダイオード(寄生ダイオード)を内蔵しています。そのため、ゲート電圧を与えていなくても、逆方向の電圧が加われば逆向きの電流が流れます。正しい記述です。これは、外付けの還流ダイオードを省ける長所にもなります。
(4) 絶縁ゲートバイポーラトランジスタは、
順電圧が加わっている状態でゲート電圧を与えるとオンになり、ゲート電圧を取り去るとオフになります。ゲート電圧で導通と非導通を自由に決められる自己消弧形の素子です。サイリスタのような自己保持は行いません。正しい記述です。
(5) 絶縁ゲートバイポーラトランジスタと逆並列ダイオードを
組み合わせた素子では、順方向の電流を流す期間をゲート電圧で決められ、逆方向の電圧が加わったときはゲートの状態にかかわらず逆並列ダイオードに電流が流れます。インバータの主回路で標準的に使われる構成です。正しい記述です。
【素子の整理】
ダイオード 制御できない。電圧の極性だけで決まる。
サイリスタ オンは制御できるがオフは制御できない(他励式)。
絶縁ゲートバイポーラトランジスタ オンもオフも制御できる(自己消弧形)。
パワー金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ 同じく自己消弧形で、
高速だが大電流はやや不得手。
出典:令和5年度下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
最終更新日
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