今回は令和5年度下期 機械科目 B問題16を解説します。★パワエレ17（令和6年度下期B問題16）と全く同じ数値・同じ図の再出題で、選択肢の並びも同一です。降圧チョッパ回路で、電流経路の判定(a)と負荷電流の平均値(b)を求めます。
Sがオンの時刻t1前後は電流が増加中（経路(A)）、Sがオフの時刻t2前後は電流が減少中（経路(B)、ダイオード還流）です。
ほぼ同じ問題が 【機械】令和6年度下期B問題16／【機械】平成30年度B問題16 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 B問題16：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。
出典：一般財団法人 電気技術者試験センター「令和5年度下期 第三種電気主任技術者試験」機械科目 B問題16
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 B問題16
図1に示す降圧チョッパの回路は，電圧Eの直流電源，スイッチングするパワー半導体デバイスS，ダイオードD，リアクトルL，及び抵抗Rの負荷から構成されている。また，図2には，図1の回路に示すダイオードDの電圧vDと負荷の電流iRの波形を示す。次の(a)及び(b)の問に答えよ。
（a）降圧チョッパの回路動作に関し，図3〜図5に，実線で示した回路に流れる電流のループと方向を示した三つの電流経路を考える。図2の時刻t1及び時刻t2において，それぞれどの電流経路となるか。正しい組合せを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
時刻t1 時刻t2 (1) 電流経路(A) 電流経路(B) (2) 電流経路(A) 電流経路(C) (3) 電流経路(B) 電流経路(A) (4) 電流経路(B) 電流経路(C) (5) 電流経路(C) 電流経路(B) （b）電圧Eが100〔V〕，降圧チョッパの通流率が50〔％〕，負荷抵抗Rが2〔Ω〕とする。パワー半導体デバイスSは周期Tの高周波でスイッチングし，リアクトルLの平滑作用により，図2に示す電流iRのリプル成分は十分小さいとする。電流iRの平均値IR〔A〕として，最も近いものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
（1）17.7 （2）25.0 （3）35.4 （4）50.1 （5）70.7
出題のポイント：電流の傾きが経路を教えてくれる
(a)は図2の波形から経路を読み取る問題です。回路図をにらむ必要はありません——電流が増えているか減っているか、それだけで決まります。
| 時刻 | iR の傾き | Sの状態 | リアクトル | 電流経路 |
| t1 | 増加（正の傾き） | オン | エネルギーを蓄える | (A) 電源 → L → R |
| t2 | 減少（負の傾き） | オフ | エネルギーを放出 | (B) L → R → D の閉ループ |
降圧チョッパでは、スイッチがオンのとき電源からリアクトルへエネルギーが入り、電流が増えます。オフになると電源から切り離されるが、リアクトルの電流は止まらない——ダイオードを通って負荷と閉ループを作り、電流が減りながら流れ続けるのです。
経路(C)は電源の向きが成り立たないので除外できます。ダイオードは一方向にしか流せない——図の向きと矛盾する経路は、その時点で候補から外れます。
ダイオードの電圧 vD も手がかりになります。Sがオンならダイオードには逆電圧（−E）がかかり、Sがオフなら導通して約0 V——vD と iR の波形は必ず対応しています。
(b) 負荷電流の平均値を求める
平均値だけを聞かれているので、リプルは考えなくてよい——これが本問を簡単にしている点です。
通流率50 %
オームの法則
⚠️ よくある間違い
E÷R＝100/2＝50 Aとしてしまうのが典型的な誤り——通流率を掛け忘れています。降圧チョッパなのだから、負荷にかかる電圧は必ず電源電圧より低い——この当たり前の確認で防げます。
リプルはどれくらいか
平均は25 A ですが、実際の電流は増減を繰り返しています。その振れ幅（リプル）はリアクトルの大きさとスイッチング周波数で決まります。
リプルを小さくしたければ、リアクトルを大きくするかスイッチング周波数を上げる——どちらも代償があります。リアクトルは大きく重く高価になり、周波数を上げれば損失が増えるのでした。
リプルが大きすぎると、谷が0に達して電流不連続モードに入ります。そうなると VR＝γE の関係が崩れ、負荷が軽いほど出力電圧が上がってしまう——本問の式が成り立つのは電流連続が前提だと覚えておいてください。
⏱️ 本番での進め方
①(a) 電流が増えていればS導通の経路(A)、減っていればD還流の経路(B)。
② 経路(C)は電源の向きが成り立たないので即除外。
③(b) VR＝γE＝0.5×100＝50 V →IR＝50/2＝25 A。
④ 通流率を掛け忘れると50 A。降圧なのに電源電圧のままはおかしい。
💡 覚え方
「増えている＝スイッチが入っている、減っている＝ダイオードが受けている」——波形の傾きだけで経路が決まる。そして「降圧チョッパは γE」——この2つで(a)(b)とも解けます。
出題履歴：3年度にわたる完全再出題
本問は令和6年度下期 B問題16と数値も図も同一です（選択肢の並びだけが違います）（パワエレ17：降圧チョッパの電流経路と平均電流）。平成30年度 B問題16も同型です（平成30年度B問題16）。
数値も図も同じですが、選択肢の並びは違います——令和6年度下期は(A)(B)の組合せが(5)、本問では(1)です。番号ではなく「(A)と(B)」「25 A」という中身で覚えてください。
ダイオード電圧 v_D の波形からも読み取れる
図2にはダイオード電圧 vD の波形も与えられています。じつは iR を見なくても、vD だけで経路が判定できます。
| Sの状態 | ダイオードD | vD | 電流経路 |
| オン | 逆電圧で遮断 | −E（大きく負） | (A) |
| オフ | 導通 | ほぼ0 | (B) |
ダイオードに大きな逆電圧がかかっている＝Sがオン、ダイオードの電圧がほぼ0＝Dが導通中＝Sがオフ——2つの波形は必ず対応しています。
2つの手がかりが一致することを確認すれば、答えの確信度が上がります——片方だけで決めて間違えるより、両方で検算するのが安全です。
スイッチにかかる電圧にも注目
逆に、Sがオフのときスイッチには電源電圧E がまるごとかかります。素子の耐圧はE 以上（実際には余裕を見て2倍程度）が必要——これが素子選定の基本です。
ダイオードの耐圧も同じくE。降圧チョッパでは、スイッチもダイオードも電源電圧に耐えればよい——昇圧チョッパでは出力電圧に耐える必要があり、より高い耐圧が要る点が対照的です。
まとめ
| t1（電流増加） | 経路(A) |
| t2（電流減少） | 経路(B) |
| (a) | (1) |
| VR＝Ed | 50V |
| IR＝VR/R | 25.0A |
| 答え | (a)-(1)，(b)-(2) |
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・同じ問題の類題（令和6年度下期）：【機械】令和6年度下期B問題16
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