問題
パワー半導体スイッチングデバイスとしては近年,主にIGBT とパワー MOSFET が用いられている。通常動作における両者の特性を比較した記述として,誤っているものを次の(1)~(5)の中から一つ選べ。
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答え合わせ
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
自信の3択
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解説
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年度上期 問10)。正答は(1)です。
【基本公式】IGBT:バイポーラ+MOSFET複合デバイス。順電圧+Gオン→順電流。逆電圧→逆電流は逆並列ダイオードが必要。
正答(1)「IGBTは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」→誤り。
正しくは:IGBTは逆方向の電流を自ら流す能力がない(逆阻止能力がある)。逆電流を流すには逆並列ダイオードが必要。
※パワーMOSFETは内蔵ボディダイオードがあるため、Gなしでも逆電圧で逆電流が流れる(選択肢(3)の記述は正しい)。
【パワーエレクトロニクス(IGBT/MOSFET比較)の解法と要点】(令和5年度上期 問10)
【デバイス特性比較表】
特性 IGBT パワーMOSFET
構造 バイポーラ+MOS複合 ユニポーラ
駆動方式 電圧駆動(Vge) 電圧駆動(Vgs)
耐圧 中〜高(600V〜数kV) 低〜中(100〜1000V)
電流容量 大 小〜中
スイッチング速度 中(μs級) 高(ns〜μs)
逆方向電流 逆並列Dが必要 内蔵ボディDあり→可
テイル電流 あり(キャリア蓄積) なし
【各選択肢の正誤】
(1)誤り:IGBTは逆電圧で逆電流は流れない(逆阻止素子)→逆並列D必要。
(2)正しい:MOSFETはVgs>Vthでターンオン。
(3)正しい:MOSFETはユニポーラ・ターンオン速度大・電流は小さい。
(4)正しい:IGBTはGe=0でターンオフ(自己ターンオフ可)。
(5)正しい:IGBT+逆並列Dの組合せで双方向電流対応可。
→正答(1)
【パワーエレクトロニクス(IGBT/MOSFET)の深層解析と電験三種合格戦略】(令和5年度上期 問10)
【核心論点と正答根拠】
IGBTは逆阻止素子→逆電流はボディD(内蔵なし)→逆並列Dが必要。
選択肢(1)「Gなしで逆電流が流れる」が誤り→正答(1)。
【IGBTの動作原理と損失メカニズム】
IGBT構造:MOSFET(ゲート制御)+NPN/PNPバイポーラ(高耐圧・大電流)の複合。
オン特性:ゲートにVge>Vth→MOSFETがオン→ベース電流供給→バイポーラがオン→低Vce(sat)。
ターンオフ:Vge=0→MOSFETオフ→少数キャリア消滅中にテイル電流→損失増大。
スイッチング損失∝fs(スイッチング周波数)→IGBTの使用周波数は1〜20kHz(MOSFET比低い)。
【スイッチング損失の削減技術】
RCDスナバ:di/dt・dv/dtを緩和→サージ電圧抑制・損失低減。
ソフトスイッチング(ZVS/ZCS):コンデンサ/インダクタでゼロ電圧/電流スイッチング→損失ほぼゼロ。
SiC-IGBT/SiC-MOSFET:テイル電流問題なし→50kHz以上動作可・冷却器小型化。
【電験二種・実務への接続】
電験二種:IGBT損失計算(オン損失+スイッチング損失)・熱設計(接合温度・熱抵抗)。
実務:インバータ定期点検→IGBT素子の故障診断・ゲートドライブ回路点検・冷却系統管理。
出典と作り方
本問は電気技術者試験センター公表の過去問題を出典明記の上で引用しています。同センターは公式サイトの「よくあるご質問」で、教育目的など試験制度の意義に反しない限り、公表された過去問題を問題集やテキストに使用する際の許諾および使用料は不要としています。 根拠・出典:出典:令和5年度上期 第三種電気主任技術者試験 機械(一般財団法人 電気技術者試験センター) 各根拠条文・規定は「e-Gov法令検索」(https://elaws.e-gov.go.jp/)で原文を確認できます。令和8年度(2026年度)試験基準日時点で施行されている法令・基準の数値を反映(数値確認日 2026-10-29)。
本問・解説は試験対策のための学習コンテンツです。法令・基準は改正されることがあるため、最新の内容は一般財団法人 電気技術者試験センター・経済産業省の公式情報をご確認ください。本サイトは電気技術者試験センターと一切関係ありません。
執筆・監修:合格ナビ運営事務局(運営者情報)。電気事業法・電気工事士法・電気用品安全法・電気設備技術基準・内線規程の根拠条文に基づき、段差のある3段階の解説(初心者・標準・上級)を作成しています。

