パワエレ25【電験3種 機械】パワー半導体デバイスの定常動作に関する記述（パワエレ24の類題）！平成29年 A問題10 完全解説

今回は平成29年度 機械科目 A問題10を解説します。★パワエレ24（令和5年度下期A問題10）と全く同じ問題文・選択肢の再出題で、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電流が流れ始めると、その後にゲート電流を取り去っても順方向電流を保持できます。一方、サイリスタ本体は一方向導通のため逆方向電流を流すことはできません。ゲートでオフできない「自己消弧能力なし」と「一方向導通」は別の性質です。

平成29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29年度 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：半導体デバイスの電流方向

サイリスタは順方向電圧が加わった状態でゲート電流を与えるとオンし、オン後はゲート電流を取り去っても順方向電流を保持できます。ただし素子本体は一方向導通であり、逆方向電流は流せません。また、ゲート信号だけでオフできない自己消弧能力なしという性質は、一方向導通とは別に整理します。

ポイント解説：サイリスタの保持と一方向導通

パワエレ24（令和5年度下期A問題10）と全く同じ問題文・選択肢です。サイリスタはオン後の順方向電流を保持しますが、素子本体は一方向導通なので逆方向電流を流すことはできません。

問題の解説：選択肢(2)が誤り

STEP1　サイリスタの自己消弧能力を確認する

サイリスタはゲートでオンできますが、ゲートでオフできません。保持電流未満まで電流を下げるか逆電圧を加えて消弧します。また、サイリスタ本体は順方向だけに導通し、逆方向電流は流しません。

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)が誤りです。

答え：(2)

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
答え	(2)

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