パワー半導体とは何か。

質問

具体的な種類と使用個所を教えて下さい。製品の大きさ、価格、効率など何でも結構です。最近は新しい材料例えば、炭化ケイ素の話などが新聞を賑わせております。知識をもう少し肉付けしたいのです。

小さな所では、家電製品です。全体はどんどん小さくなるのに、電源装置と称する黒い四角い箱だけはあまり小さくなりません。炭化ケイ素の時代になれば、小型化するのでしょうか。

大型の装置例えば、変電所などでパワー半導体と云えばどのような物があるのですか。

質問を欲張って広い範囲に書きすぎたかも知れません。部分回答でも結構ですから、教えて下さい。

回答No.3

FT56F001 · ベストアンサー

信号だけを扱う電子回路用ではなく，
電力を扱うための半導体をパワー半導体と言います。
パワー・エレクトロニクスという分野で使われる半導体です。
デバイスとしては，
ダイオード，サイリスタ，GTO，バイポーラトランジスタ，MOSFET，IGBTなどがあります。
応用した回路としては，整流回路(AC→DC)，インバータ(DC→AC)，チョッパ(DC→DC)などです。

変電所用で言うと，
関西60Hzと関東60Hzの電力を融通する周波数変換所が国内に3箇所，
直流の海底ケーブルが国内に2箇所あります。これらは，
整流回路とインバータの組み合わせなので，パワー半導体が活躍しています。

電車で言うと，
70年代くらいまでは直流モータ+抵抗制御(例えば103系)が使われており，
駆動装置は半導体と無縁でした。
その後，チョッパ+直流モータ(例えば201系)が採用され，
90年代以降に製作された電車は，インバータ+誘導モータ(207系以降)に置き換わりました。

また，交流の電気機関車で言うと，
60年代まではパワー半導体がなかったため，水銀整流器という一種の放電管で整流していました。
現在はシリコン整流器なので，扱いが簡単になっています。

家の中だと，インバータエアコン，インバータ蛍光灯，電磁調理器などがパワー半導体を使っています。

お礼

有り難うございます。
これだけの具体例を出して下さるとは予想しておりませんでした。

高貴（？）高齢者の私が電気工学を学んだときには、回転機としての整流器がありした。国鉄の電車は１５００Ｖ直流が多く、車内灯は１００Ｖ電球を１５個直列に繋いでありました。１個切れると全部が消えてしまいます。

あと、挙げて下さった具体例が 例えばシリコンから新しい材料（ＳｉＣなど）に変わったらどうなるかという質問が残りますが、何時の日か独立の質問にいたします。よろしくご指導下さい。、

回答No.2

中村 拓男（@tknakamuri）

これはどちらかというと、用途による分類です。
大きな電力を扱えるように設計されたトランジスタや
ダイオードやサイリスタやICを指すことが多いですが、
電力制御の信号処理を行う IC などもパワー半導体
として売られています。

お礼

お礼が遅れて申し訳ございません。
後日もう少し具体的な質問を出そうと思っております。
新しい材料で、小型化をするには、どのような構造が考えられるかというようなことです。
よろしくお付き合い下さい。

回答No.1

misawajp

パワー半導体とはパワーを扱う半導体です

大電流/高電圧　を扱いますからそれなりの大きさが必要です
（電線でも太さにより流せる電流に、絶縁被覆の材質厚さで加えられる電圧に制限があることはお判りでしょう)

扱う対象が　信号なのかエネルギなのかで　考え方が全く異なります

信号を扱う場合には　小さくすれば伝達時間が減少しますから高速化します

エネルギーの場合には、素材の電道度・絶縁耐力に制約されますから（また損失により発生する熱の放熱も)大きさはさほど変わりません

それでも整流器は電動車1台分の大きさが数立方m2あったものが、床下に取り付けられる数十ｃｍ角程度の大きさになっています

お礼

お礼が遅れて申し訳ございません。
知識が多く得られました。細かいことで更なる質問がありますが、頭の中を整理して、独立の質問を出そうと考えております。よろしくお付き合い下さい。

補足

お答え有り難うございます。細かいことを伺います。
１．信号を扱うものも、パワー半導体というのでしょうか。

２．電動車の場合と書かれていますが、鉄道のモーター附き車両のことですね。
交流給電路線の電車に付けた整流器のことと想像いたしました。立米クラスの大きさが１／１０００程度に小型化したと理解いたしました。『エネルギーの場合には、素材の電導度・絶縁耐力に制約されますから（また損失により発生する熱の放熱も)大きさはさほど変わりません』と書かれていたことと矛盾しませんか。

２．１．鉄道にお詳しいようですので、追加で伺います。整流器の大きい時代と小さくなった車両の型式番号をご存じでしたら、教えて下さい。何年頃の開発でしょうか。

２．２．新型と旧型でどのような半導体材料かご存じでしたら教えて下さい。

質問が増えてごめんなさい。