今回は令和5年度下期 機械科目 A問題10を解説します。ダイオード・サイリスタ・パワーMOSFET・IGBTなど、各種パワー半導体デバイスの定常動作に関する記述の誤りを見つける問題です。
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を流し続けることはできますが、自己消弧能力がないため逆方向の電流を流すことはできません。
ほぼ同じ問題が 【機械】平成29年度A問題10 でも出題されています。出題パターンが固定なので、セットで解けば確実な得点源になります。
令和5年度下期 機械科目 A問題10：問題文と選択肢
まずは、実際の試験問題を確認してみましょう。
電験3種 機械科目 【パワーエレクトロニクス】 令和5年度下期 A問題10
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。
出題のポイント：パワー半導体の制御と逆方向導通を区別
パワー半導体は、ターンオン条件、ターンオフ条件、逆方向電流の経路を分けて整理します。サイリスタはゲート電流でターンオンした後、主電流が保持電流以上ならゲート電流を取り去ってもオンを続けます。ゲートだけでは任意にターンオフできませんが、主電流を保持電流未満にするか逆バイアスを与えると消弧します。また、通常のサイリスタの主端子は一方向導通であり、サイリスタ自身は逆方向電流を流しません。
ポイント解説：サイリスタのラッチ動作・消弧・一方向導通
サイリスタは、ゲート電流でターンオンした後、主電流が保持電流以上ならゲート電流を取り去っても順方向電流を流し続けます。ゲートだけでは任意にターンオフできない点を自己消弧能力がないといい、主端子が一方向導通で逆方向電流を流さないこととは別の性質です。
ダイオード・パワーMOSFET・IGBT・IGBT+逆並列ダイオードに関する他の記述はいずれも正しい内容です。
問題の解説：サイリスタが逆方向電流を流せる記述は誤り
STEP1 サイリスタの自己消弧能力を確認する
通常のサイリスタはゲートでターンオンできますが、ゲート信号だけで任意にターンオフする自己消弧能力はありません。ターンオフには主電流を保持電流未満へ下げるか逆バイアスを与える必要があります。また、主端子は一方向導通なのでサイリスタ自身は逆方向電流を流しません。
STEP2 誤りの選択肢を特定する
「順方向の電流に続く逆方向の電流を流すことができる」とする(2)は誤りです。他の(1)(3)(4)(5)はすべて正しい記述です。
答え：(2)
💡 覚え方
サイリスタはゲートでオン、保持電流以上でラッチ。ゲートだけではオフできず、主端子は一方向導通です。
⚠️ よくある間違い
IGBT（オフ可能）とサイリスタ（オフ不可）の自己消弧能力の違いを混同しない。
まとめ
| 誤りの記述 | (2) サイリスタが逆方向電流も流せるとする記述 |
| 正しくは | 主端子は一方向導通で、逆方向電流は流せない |
| 答え | (2) |
▼あわせて解きたい関連問題
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