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電験２種過去問【2022年機械 問4】

2022年12月15日

【パワエレ】スイッチングデバイスの損失に関する記述《空所問題》

　次の文章は、パワートランジスタ、パワーMOSFET、IGBT等のスイッチングデバイス（以下、スイッチと略す）の損失に関する記述である。文中の\(\fbox{空所欄}\)に当てはまる最も適切なものを解答群の中から選べ。
　スイッチがオン状態の損失をオン損失と呼ぶ。オン状態のスイッチの端子間電圧は理想的にはゼロであるが、実際にはゼロではない。この電圧をオン電圧と呼び、この値が\(\fbox{（１）}\)スイッチのオン損失は大きい。一方、スイッチがオフ状態の損失をオフ損失と呼ぶ。オフ状態のスイッチを流れる電流は理想的にはゼロであるが実際にはゼロにならず、微小な\(\fbox{（２）}\)が流れる。しかし\(\fbox{（２）}\)は非常に小さく、オフ損失はオン損失に比べて十分に小さい。
　スイッチのターンオンとターンオフは瞬時に行われることが理想的である。しかし、実際の回路では、スイッチのターンオン・ターンオフ時に、スイッチの端子間電圧とスイッチを流れる電流がともにゼロではない期間が存在し、この期間に生じる損失は\(\fbox{ （３）}\)と呼ばれる。単位時間あたりの損失は、スイッチのターンオンとターンオフの繰り返し周期\(\fbox{ （４）}\)。\(\fbox{（３）}\)を低減する方法の一つが\(\fbox{（５）}\)であり、ターンオン時の端子間電圧\(v_{SW}\)と電流\(i_{SW}\)の波形は、例えば、図のようになり、\(v_{SW}\)がオン電圧になった後に\(i_{SW}\)が上昇する。

［問４の解答群］

\(\small{\begin{array}{ccc}
(ｲ)&漏れ電流　　　　&(ﾛ)&が短いほど大きい　&(ﾊ)&大きい　\\
(ﾆ)&遮断電流　　　　&(ﾎ)&が長いほど大きい　&(ﾍ)&回路損　\\
(ﾄ)&スイッチング損失&(ﾁ)&に無関係である　　&(ﾘ)&強制転流\\
(ﾇ)&逆電流　　　　　&(ﾙ)&ソフトスイッチング&(ｦ)&小さい　\\
(ﾜ)&自然転流　　　　&(ｶ)&ハードスイッチング&(ﾖ)&定常損失\\
\end{array}}\)

解答と解説はこちら

解答

\(\small{\begin{array}{cc}
\hline(1)&(ﾊ)&大きい　　　　　　\\
\hline(2)&(ｲ)&漏れ電流　　　　　\\
\hline(3)&(ﾄ)&スイッチング損失　\\
\hline(4)&(ﾛ)&が短いほど大きい　\\
\hline(5)&(ﾙ)&ソフトスイッチング\\
\hline\end{array}}\)

解説

　スイッチがオン状態の損失をオン損失と呼ぶ。オン状態のスイッチの端子間電圧は理想的にはゼロであるが、実際にはゼロではない。この電圧をオン電圧と呼び、この値が\(\fbox{(ﾊ)大きい}\)スイッチのオン損失は大きい。一方、スイッチがオフ状態の損失をオフ損失と呼ぶ。オフ状態のスイッチを流れる電流は理想的にはゼロであるが実際にはゼロにならず、微小な\(\fbox{(ｲ)漏れ電流}\)が流れる。しかし\(\fbox{(ｲ)漏れ電流}\)は非常に小さく、オフ損失はオン損失に比べて十分に小さい。
　スイッチのターンオンとターンオフは瞬時に行われることが理想的である。しかし、実際の回路では、スイッチのターンオン・ターンオフ時に、スイッチの端子間電圧とスイッチを流れる電流がともにゼロではない期間が存在し、この期間に生じる損失は\(\fbox{(ﾄ)スイッチング損失}\)と呼ばれる。単位時間あたりの損失は、スイッチのターンオンとターンオフの繰り返し周期\(\fbox{(ﾛ)が短いほど大きい}\)。\(\fbox{(ﾄ)スイッチング損失}\)を低減する方法の一つが\(\fbox{(ﾙ)ソフトスイッチング}\)であり、ターンオン時の端子間電圧\(v_{SW}\)と電流\(i_{SW}\)の波形は、例えば、図のようになり、\(v_{SW}\)がオン電圧になった後に\(i_{SW}\)が上昇する。

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Posted by ちゅん