ダイオード、サイリスタ、トランジスタは、パワーエレクトロニクスシステムの基本部品として重要な役割を果たし、電気回路における高電力レベルの処理と調整を可能にします。たとえば、シングルウェハダイオードは、広い温度範囲にわたって9kVを超える電圧を阻止できる優れた能力を発揮します。一方、サイリスタは10kVを超えるさらに高い電圧に耐えることができ、最大5kAの電流を流すことができます。パワートランジスタは、電圧処理に関してはそれほど堅牢ではありませんが、それでも6kVおよび0.6kAのレベルに到達する能力があります。

ダイオードは、電子回路で電流の流れを制御するために使用される電子部品です。これらはシリコンやゲルマニウムなどの半導体材料で作られています。ダイオードには、電流を一方向 (アノードからカソードへ) に伝導し、反対方向の電流を遮断するという特殊な特性があります。これはダイオードの「整流」動作として知られており、ダイオードは、AC電力をDC電力に変換する整流回路、電圧調整、信号変調、逆電流フローの保護など、さまざまなアプリケーションに役立ちます。ダイオードは、低い順方向の電圧降下、速いスイッチング速度、高い逆方向ブレークダウン電圧などの重要な特性を備えているため、さまざまなパワーエレクトロニクス アプリケーションに適しています。パワーダイオードの順方向バイアス動作はほぼ線形であり、抵抗と電流に比例した電圧降下が生じます。この直線性により、動作中の電力損失を最小限に抑えながら効率的な電力変換が可能になります。ダイオードは逆回復時間も最小限に抑えられており、順方向バイアスから逆方向バイアスに素早く移行できるため、高周波アプリケーションに適しています。

一般的なダイオードの種類は次のとおりです :

• ツェナーダイオード : このダイオードは、逆ブレークダウン領域で動作するように設計されており、端子間で安定した特定の電圧を示します。電圧調整回路や過電圧保護アプリケーションでよく使用されます。
• ショットキーダイオード : このダイオードは、標準的なシリコンダイオードに比べて順方向電圧降下が低いため、スイッチングモード電源や高周波回路など、低電力損失と高効率が重要なアプリケーションに適しています。
• シリコン制御整流器 (SCR) : これは制御整流器として機能する4層の半導体デバイスであり、ゲート信号によってトリガーされると電流が一方向に流れるようになります。モータ制御やAC電力調整などの高出力アプリケーションで通常使用されます。

サイリスタは大量の電力を制御する特殊なスイッチです。サイリスタは、モータ制御などの高電圧および高電流スイッチングアプリケーションでよく使用されます。サイリスタの例には次のようなものがあります :

• DIAC (交流用ダイオード) : これは、AC回路内のサイリスタまたはトライアックをトリガーするためにパワーエレクトロニクスで使用される双方向ダイオードです。負性抵抗特性を示し、調光回路、モータ速度制御、AC電圧レギュレータなどのアプリケーションで電力レベルを正確に制御するために通常使用されます。
• GTO (ゲートターンオフ) : パワーエレクトロニクスで使用されるサイリスタの一種で、負のゲート信号によってオフにすることができ、モータ駆動装置や電力コンバータなどのアプリケーションで電力を正確に制御できます。
• トライアック : トライアックは双方向サイリスタの一種で、両方向の電流の流れを制御できます。メインターミナル1 (MT1)、メインターミナル2 (MT2)、ゲートの3つのターミナルを備えています。これらは、調光回路やモータ速度制御などのアプリケーションでAC電力を制御するパワーエレクトロニクスで広く使用されています。

サイリスタの点弧角は、多くの場合αと表記され、サイリスタに印加される瞬間電圧と伝導を開始する点と時点との間の角度です。これは、AC電圧制御アプリケーションでサイリスタがオンになり電流を流し始めるタイミングを制御するために使用されます。点弧角を調整することで、負荷に供給される平均電力を制御でき、出力電圧または電流を正確に制御できます。

トランジスタ

以下に、一般的なトランジスタの種類をいくつか示します :

1. BJT (バイポーラジャンクショントランジスタ) は、増幅器やスイッチとして機能する、一般的に使用される電子部品です。コレクタ、ベース、エミッタの3つの端子があり、少数キャリアの注入とトランジスタの動作によって動作します。BJTは汎用性が高く、アンプ、デジタルロジック回路、電圧レギュレータ、モータ制御などに応用されています。これらはNPN型とPNP型があり、最新のエレクトロニクスに不可欠なものです。
2. 電界効果トランジスタ (FET) ドレイン、ソース、ゲートの3つの端子を持つ半導体デバイスであり、ゲートに電圧を印加することでドレインとソース間の電流の流れを調整します。FETの最も一般的なタイプはMOSFET (金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ) であり、絶縁した酸化物層によって半導体か絶縁された金属ゲートを備えています。FET、特にMOSFETは、高い入力インピーダンス、低い出力インピーダンス、および高速スイッチング速度を備えた電圧制御デバイスとして知られています。デジタル回路、アンプ、パワーエレクトロニクスのアプリケーションで広く使用されています。
3. IGBTは、BJTとMOSFETの特性を組み合わせたパワー半導体デバイスで、高電圧アプリケーションでの効率的な電力制御に使用され、コレクタ、エミッタ、ゲートの3つの端子があります。IGBTはMOSFETと同様に電圧制御スイッチとして動作しますが、BJTと同様に電流容量が高く、オン状態の電圧降下が低くなっています。IGBTの主な特性は次のとおりです :
• 高電圧および高電流定格
• 低いオン状態の電圧降下
• MOSFETと比較して、中程度のスイッチング速度

IGBTは、モータドライブ、電源、再生可能エネルギーシステムなどの高出力アプリケーションで広く使用されています。

コンデンサ、インダクタ、フィルタもパワーエレクトロニクス システムの重要な部品です。コンデンサはエネルギー保管と電圧安定化のために使用されます。インダクタは磁気エネルギー保管と高周波ノイズフィルタとして機能します。トランスは、AC回路の電圧レベル調整 (ステップアップまたはステップダウン) を容易にします。フィルタは、電気回路から不要なノイズや高調波を除去するために使用されます。

パワーエレクトロニクスデバイスは、特定のアプリケーションに適した独特の機能を備えています。これらの機能には、電圧および電流定格、スイッチング速度、電力損失、熱性能が含まれます。パワーエレクトロニクスのエンジニアは、最適なパフォーマンスと効率を確保するために、特定のアプリケーションに適したパワーエレクトロニクスデバイスを慎重に選択する必要があります。