第三種電気主任技術者の過去問
令和5年度（2023年）下期
機械 問10
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問題
第三種 電気主任技術者試験 令和5年度（2023年）下期 機械 問10 （訂正依頼・報告はこちら）
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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
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この過去問の解説 （1件）
01
電力変換装置に用いられるパワー半導体デバイスに関する記述問題となります。主な電力用半導体デバイスは以下のようなものがあります。
①整流ダイオード(自己消弧能力はなし)
②サイリスタ(自己消弧能力はなし)
③GTO(自己消弧能力はあり)
④パワートランジスタ(自己消弧能力はあり)
⑤パワーMOSFET(自己消弧能力はあり)
⑥IGBT(自己消弧能力はあり)
※自己消弧能力とは素子自体でオン状態からオフ状態にする機能です。
今回の問題は誤ってる記述を選択する問題となります。それぞれの選択肢を見ていきましょう。
ダイオードの特徴として順方向にしか電流が流せません。この状態を導通状態と呼び、逆方向から電圧かけると電流はほぼ流れないので、この状態を非導通状態と言います。なのでこの記述は正しいです。
サイリスタはpn接合形の4層構造3端子からなるバルブデバイスです。ダイオード同様順方向に電圧をかけると電流が流れますが、サイリスタはゲート信号に電流を与えた上で、オンとなり順方向に電流が流れます。導通状態でゲート電流が流れなくなったらサイリスタはオフとなり、順方向や逆方向からも電流は流れません。なのでこの記述は誤りとなります。
パワーMOSFETは電圧駆動型のデバイスでゲートに正の電圧を加えると動作します。ドレイン-ソース間にボディーダイオードが内蔵されているのでゲート電圧が与えられなくても、パワーMOSFETに逆電圧が印加されれば逆方向の電流が流れます。なのでこの記述は正しいです。
IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)は電圧駆動形のデバイスでMOSFETとバイポーラトランジスタを組み合わせた構造となります。バイポーラトランジスタはベース電流が流れている間はオンとなり導通状態となります。その状態からベース電流が流れなくなるとオフとなり非導通となります。よってゲート電圧を取り去ると非導通となるのでこの記述は正しいです。
IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)は電圧駆動形のデバイスでMOSFETとバイポーラトランジスタを組み合わせた構造となります。IGBTにはトランジスタが内蔵されており、逆並列ダイオードを組み合わせる事によって流れる電流の向きが対称となります。なので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ます。よってこの記述は正しいです。
パワー半導体デバイス関連の問題は近年頻出している印象があるので、類似問題をたくさん問いて機器の特性を理解する事をお薦め致します。
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