電験三種 令和5年度下期 機械 問10｜パワーエレクトロニクス

電験三種「機械」の「パワーエレクトロニクス」に関する問題（令和5年度下期 問10）。正答は(2)です。

【基本公式】サイリスタ（SCR）：ゲートパルスでオン→アノード電流が保持電流以下になるまでオフ不可（電流転流でオフ）。

正答(2)「ゲート電流取り去っても逆方向の電流を流すことができる」→これが誤り。

サイリスタはゲート電流を取り去ってもアノード電流が継続するが、自己ターンオフはできない。「順方向の電流に続く逆方向の電流を流す」は誤り→サイリスタは逆電圧でオフするだけ（逆電流は短時間の回復電流のみ）。

各デバイスの特性：ダイオード（電圧極性で導通）、サイリスタ（Gでオン・電流転流でオフ）、MOSFET/IGBT（G電圧でオン・Gなしでオフ）。

【パワーエレクトロニクス（半導体デバイス）の解法と要点】（令和5年度下期 問10）

【各デバイスの動作原理】

ダイオード：アノード>カソード→順電流。逆電圧→遮断。

サイリスタ（SCR）：Gパルスでターンオン→自己ターンオフ不可→電流転流（強制的に電流ゼロ）でターンオフ。

パワーMOSFET：電圧駆動→Vgs>Vth→オン（ソース・ドレイン間に電流）。オフ時は内蔵ボディダイオードが逆電流可能。

IGBT：電圧駆動→Vge>Vth→オン。ゲート電圧ゼロでオフ可能（自己ターンオフ可）。

【各選択肢の正誤】

(1)正しい：ダイオードは電圧極性で導通・遮断→定義通り。

(2)誤り：サイリスタはゲート電流取り去っても順方向電流は継続するが、「逆方向電流を流すことができる」はNG→サイリスタは逆電流遮断素子。

(3)正しい：MOSFET内蔵ボディダイオード→逆電圧→逆電流可能（Gとは無関係）。

(4)正しい：IGBTはゲート電圧ゼロでターンオフ→自己ターンオフ可。

(5)正しい：IGBT+逆並列ダイオード→順/逆両方向の電流を適切に処理可。

→正答(2)

【パワーエレクトロニクス（半導体デバイス）の深層解析と電験三種合格戦略】（令和5年度下期 問10）

【核心論点と正答根拠】

サイリスタは自己ターンオフ不可→逆方向電流は「逆回復電流（短時間）」のみで、持続した逆電流は流れない。

誤り選択肢は(2)。

【パワーデバイスの比較（電験三種必須知識）】

素子 制御極 ターンオン ターンオフ 耐圧 電流 応用

ダイオード なし 自動（順電圧） 自動（逆電圧） 低〜高 中〜大 整流

サイリスタ Gate Gパルス 電流転流 高 大 位相制御

MOSFET Gate Vgs>Vth Vgs=0 中 小〜中 高周波SW

IGBT Gate Vge>Vth Vge=0 中〜高 中〜大 インバータ

GTO Gate Gパルス G負パルス 高 大 大容量AC

【SiC・GaNデバイスの革新】

SiC-MOSFET：Si比でオン抵抗1/300、耐圧高・耐熱性高（250℃動作）→EV・鉄道インバータ主流化。

GaN-HEMT：スイッチング速度Si比100倍→MHz級DC-DC・無線電力伝送・5G基地局電源。

SiCダイオード（SBD）：逆回復電荷ほぼゼロ→SiC-MOSFETと組合せで超低損失整流。

【電験二種・一種への接続】

電験二種：IGBT素子のターンオフ過渡特性（テイル電流・スイッチング損失）・スナバ回路設計。

電験一種：大容量変換装置の設計（冷却・高調波・電磁適合性）・電力系統連系規定。