パワーエレクトロニクス ミニテスト【第3回】

正解：（4）MOSFET
MOSFETは主に多数キャリアで電流を流す素子です。オフ時に蓄積した少数キャリアが消えるのを待つ仕組みではなく、高速に切り替えやすい特徴があります。ただし、ゲート容量の充放電や寄生容量の影響は残ります。
（1）通常のSCRと（2）GTOは、絶縁ゲートのMOSFETとは構造と駆動方法が異なります。（3）IGBTは絶縁ゲートを持ちますが、少数キャリアの蓄積によるテール電流があります。（5）ダイオードはゲートでオン・オフを指令する素子ではありません。
MOSFETを「小容量専用」とは決められません。耐圧・電流・損失・材料・駆動条件で選びます。参考：東芝・MOSFETとIGBTの違い。

正解：（1）0.45×V
ここでVは入力の実効値を表す変数です。波高値は√2×Vとなり、正の半周期だけを残した波形を1周期で平均すると、
Ed＝(√2/π)×V ≈ 0.45×V。
（2）0.9倍は同じ単相入力を全波整流した場合です。（3）1.35倍と（5）2.34倍は、三相全波ブリッジでそれぞれ線間電圧・相電圧の実効値を基準にした係数です。（4）1.8倍も、本問の正の半波とゼロの区間から求める平均値に合いません。
コンデンサを付けると電圧波形が変わります。また、平均値と実効値は別の量なので、この0.45倍をそのまま発熱計算に使わないでください。参考：NPTEL・半波整流の波形と平均値。

正解：（4）AC → AC
ACは交流、DCは直流です。サイクロコンバータは交流の一部を順に選び、出力の交流波形を作ります。一般的な他励式は入力より低い周波数を得る用途に使い、大容量の低速電動機の駆動などに利用します。
（1）AC→DCは整流、（2）DC→ACはインバータ、（3）DC→DCは直流チョッパに対応します。（5）DC→DC→ACは直流入力から複数段で変換しており、本問の直接AC→ACとは違います。整流器とインバータを組み合わせるAC→DC→AC方式とも区別します。参考：日本電気技術者協会・電力変換装置。

正解：（4）140
定常状態では、コイルの電圧を1周期で平均するとゼロになります。オン時は400−Eout、オフ時は−Eoutなので、
0.35×(400−Eout)
＋0.65×(−Eout)＝0。
整理するとEout＝0.35×400＝140 Vです。
（1）80 V、（2）100 V、（3）120 V、（5）160 Vは、400 Vで割ると順に通流率0.20、0.25、0.30、0.40となり、指定の0.35と合いません。電流が途切れる動作や実機の電圧降下が無視できない場合は、条件に応じた別の評価が必要です。参考：日本電気技術者協会・降圧チョッパと通流率。

正解：（4）通常のサイリスタ（SCR）
SCRは一度ラッチして導通を続けていると、ゲート信号を取り去るだけではオフになりません。主電流を保持電流より小さくし、再び順方向電圧を加えるまでに必要な回復時間も確保します。
交流電源などを利用して別の経路へ電流を移す自然転流や、補助回路で電流を移す強制転流があります。「主電流をゼロにすること」をすべて他励消弧と呼ぶわけではありません。
（1）GTOはサイリスタの一種ですが、適切な負のゲート電流でオフにできます。（2）IGBTと（3）MOSFETはゲート電圧、（5）BJTはベース駆動の制御でオフにできます。いずれも定格内の適切な駆動が前提で、瞬時に電流が消えるという意味ではありません。参考：ST・SCRの保持電流とターンオフ時間（PDF）。