電験三種 令和5年度(2023) 上期 機械 問10 過去問解説
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)のうちから一つ選べ。
- (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。
- (2) パワーMOSFETは電圧駆動形であり,ゲート・ソース間に正の電圧をかけることによりターンオンする。
- (3) パワーMOSFETはユニポーラデバイスであり,一般的にバイポーラ形のIGBTと比べてターンオン時間が短い一方,流せる電流は小さい。
- (4) IGBTはキャリアの蓄積作用のためターンオフ時にテイル電流が流れ,パワーMOSFETと比べてオフ時間が長くなる。
- (5) パワーMOSFETではシリコンのかわりにSiCを用いることで,高耐圧化と高耐熱化が可能になる。
答えと解説を見る
正解は(1)
解説
【考え方】IGBT(大きな電流を入り切りする半導体スイッチ)は、それ1つだけでは逆向きの電流を流せません。
覚えるポイント:IGBTは逆向きに流すためにダイオードを別につけます。MOSFETは中にあるボディーダイオードで逆向きに流れます。
■1 (1) IGBTの逆向きの電流
IGBTは、それだけでは逆向きの電流を流しません。
インバータでは、逆向きの電流を流すために、ダイオードを逆並列(向きを反対にして並べてつなぐこと)に別につけます。
逆電圧で逆向きに流れるのは、内部にボディーダイオード(作るときに自然にできるダイオード)を持つMOSFETの方です。
→ 誤りです。
■2 (2) MOSFETのオンのしかた
MOSFETは電圧駆動形(ゲートに電圧をかけるだけで動かせる形)です。
ゲート・ソース間に正の電圧をかけるとオンします。→ 正しいです。
■3 (3) MOSFETの速さと電流
MOSFETはユニポーラデバイス(電子だけ、のように1種類のキャリア=電気を運ぶ粒で動く素子)です。
そのため切りかえが速いですが、流せる電流はIGBTより小さいです。→ 正しいです。
■4 (4) IGBTのテイル電流
IGBTはバイポーラ形(2種類のキャリアで動く形)で、中にキャリアがたまります。
オフにしても、たまったキャリアが出ていくまで少し電流が流れ続けます。これをテイル電流(しっぽの電流)といいます。
そのため、MOSFETよりオフに時間がかかります。→ 正しいです。
■5 (5) SiC
SiC(炭化ケイ素)は、シリコンより高い電圧と高い温度に耐えられる材料です。→ 正しいです。
答えは(1)ピヨ。
出典:令和5年度(2023) 上期 第三種電気主任技術者試験(電気技術者試験センター)機械 問10