パワエレ23【電験3種 機械】パワー半導体バルブデバイス（ダイオード・サイリスタ・トランジスタ・MOSFET・IGBT）の記述！平成23年 A問題10 完全解説

今回は平成23年度 機械科目 A問題10を解説します。整流ダイオード・サイリスタ・パワートランジスタ・パワーMOSFET・IGBTなど、各種パワー半導体バルブデバイスに関する記述の誤りを見つける問題です。

パワートランジスタは、遮断領域と飽和領域とを切り換えて電力スイッチとして使用するもので、パワーエレクトロニクスでは能動領域は使用されません。

平成23年度 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】 平成23年度 A問題10

　半導体電力変換装置では，整流ダイオード，サイリスタ，パワートランジスタ（バイポーラパワートランジスタ），パワーMOSFET，IGBTなどのパワー半導体デバイスがバルブデバイスとして用いられている。

　バルブデバイス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）整流ダイオードは，n形半導体とp形半導体とによるpn接合で整流を行う。
（2）逆阻止三端子サイリスタは，ターンオンだけが制御可能なバルブデバイスである。
（3）パワートランジスタは，遮断領域と能動領域とを切り換えて電力スイッチとして使用する。
（4）パワーMOSFETは，主に電圧が低い変換装置において高い周波数でスイッチングする用途に用いられる。
（5）IGBTは，バイポーラとMOSFETとの複合機能デバイスであり，それぞれの長所を併せもつ。

出題のポイント：電力スイッチの動作領域

バイポーラパワートランジスタを電力スイッチとして使うときは、遮断領域をオフ、飽和領域をオンとして切り換えます。能動領域は増幅動作に使う領域です。したがって「遮断領域と能動領域を切り換える」とする選択肢（3）が誤りです。

ポイント解説：遮断領域と飽和領域

パワートランジスタは、遮断領域と飽和領域とを切り換えて電力スイッチとして使用するもので、パワーエレクトロニクスでは能動領域（アナログ的な中間状態）は使用されません。

他の記述（ダイオードの整流動作、逆阻止三端子サイリスタのターンオン制御、パワーMOSFETの高周波用途、IGBTの複合機能）はいずれも正しい内容です。

問題の解説：誤りは能動領域とする（3）

STEP1　各デバイスの基本動作を確認する

(1)整流ダイオードのpn接合整流、(2)逆阻止三端子サイリスタのターンオン制御、(4)パワーMOSFETの高周波・低電圧用途、(5)IGBTのバイポーラ+MOSFET複合機能は、いずれも標準的で正しい記述です。

STEP2　誤りの記述を特定する

パワートランジスタは遮断領域と飽和領域を切り換えて使用するデバイスであり、「能動領域」ではありません。よって(3)が誤りです。

答え：(3)

まとめ

誤りの記述	(3) パワートランジスタは遮断・能動領域を切換え
正しくは	遮断・飽和領域の切換え
答え	(3)

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