令和7年度 下期 機械 問10
パワー半導体デバイス（IGBT・ダイオード・サイリスタ・MOSFET）の動作で誤りを選ぶ
出典：一般財団法人 電気技術者試験センター 令和7年度 下期 第三種電気主任技術者試験 機械科目 問題（問題文・選択肢は改変せず、公開PDFの該当ページをそのまま掲載しています）
解説
選択肢を1つずつ、そのデバイスが「どちら向きに電流を流せるか」で見ていく。
(3)のサイリスタは、ゲート電流でオンにしたあとゲートを取り去っても、順方向電流が流れ続けるかぎりオンを保つ（自己保持）。ここまでは正しい。しかしサイリスタは**逆方向には電流を流せない**（逆阻止形）。順方向電流に続いて逆方向の電流が流れることはなく、逆電圧がかかると電流はゼロになってオフする（この性質を使うのが転流）。したがって(3)が誤り。
したがって正解は(3)。
ほかの記述: (1) IGBTは逆方向に電流を流せないので、逆並列ダイオードを組み合わせて逆向きの電流路を作る。ゲートでオン期間を決められるのは順方向だけ、逆方向はダイオードが受け持つ。正しい。 (2) ダイオードはゲートを持たないので、印加された電圧の極性だけで導通・非導通が決まる。正しい。 (4) パワーMOSFETは構造上、ソース-ドレイン間にボディーダイオードが内蔵されている。オフしていても逆電圧がかかればこのダイオードを通って電流が流れる。サイリスタとの違いはここ。正しい。 (5) IGBTはゲート電圧でオン・オフを自分の意思で切り替えられる（自己消弧形）。サイリスタとの最大の違いがこれ。正しい。
「自己消弧できるか」「逆方向に流せるか」の2軸で表を作ると、この種の問題は落とせなくなる。
選択肢ごとの理由
- (1)正しい。IGBTは逆導通できないため、逆並列ダイオードで逆方向の電流路を確保する構成が標準。
- (2)正しい。ダイオードは制御端子を持たず、順電圧なら導通、逆電圧なら非導通。
- (3)これが誤り。サイリスタは逆阻止形で、逆方向の電流は流せない。ゲートを取り去っても順方向電流が続くかぎりオンを保つ、という前半だけが正しい。
- (4)正しい。パワーMOSFETはボディーダイオードを内蔵しており、オフでも逆方向には流れる。
- (5)正しい。IGBTは自己消弧形で、ゲート電圧を取り去れば非導通になる。
この論点は、データセンターの現場でこう出てくる
パワー半導体は、データセンターの電気設備のほぼ全部に入っている。UPSのコンバータ／インバータ、サーバ電源のスイッチング、空調インバータ、太陽光のパワコン——どれもこの問題のデバイスの組合せでできている。 実務で効くのが「逆並列ダイオード」の存在。UPSのインバータはIGBTと逆並列ダイオードの組で構成され、負荷が誘導性（モータやトランス）のときに流れる無効電流の帰り道をこのダイオードが担う。ダイオードが壊れると過電圧でIGBTごと飛ぶ。 もう一つ、**故障の出方**を知っておくと切り分けが速い。パワー半導体は熱で壊れるので、冷却ファンの目詰まりやヒートシンクの汚れが最終的にモジュールの破壊につながる。UPSの定期点検でファンとフィルタを交換するのはこのため。加えて、電解コンデンサ（直流中間回路の平滑用）は寿命部品で、10年前後で容量が抜ける。UPSのメーカが推奨する部品交換周期の中身は、ほぼこの2つに集約される。 サイリスタの「自分ではオフできない」という性質も現場に残っている。大容量UPSのバイパス切替回路にはサイリスタスイッチが使われ、商用とインバータを瞬時に切り替える。オフのタイミングが電流ゼロ点に縛られるという制約を承知の上で、堅牢さと大電流容量を取っている。
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