メカ鉄コミュのGTOとIGBT

　GTOサイリスタ(ゲートターンオフサイリスタ)とIGBT(絶縁ゲートバイポーラ
トランジスタ)は、いずれも半導体スイッチング素子の種類です。比較的小さな
電圧・電流の制御信号で、鉄道車両の主回路のような大きな電圧・電流を
ON/OFF出来るという意味では、共通しています。

　GTOサイリスタは、アノード、カソード、ゲートの3端子を持つ素子で、比較的
小さなゲート電流により、アノード→カソード間の大電流(数千A程度まで)を
制御します。
　ゲートに電流を流し込むことによりアノード→カソード間がONとなります。
ゲート電流を切っても、アノード電流は遮断されません。ゲートから電流を吸い
出す(負のゲート電流を与える)ことにより、アノード→カソード間は遮断されます。
(GTOでない)サイリスタとの違いは、通常のサイリスタではゲート信号により一旦
アノード電流が流れ始めると、ゲート制御によりアノード電流を切ることは出来ず、
アノード電流の源から断たないとOFFになりません。これに対し、GTOサイリスタ
では正負のゲート電流により任意にアノード電流をON/OFFすることが可能です。

　IGBTは、エミッタ、コレクタ、ゲートの3端子を持つ素子で、エミッタ−ゲート
間の電圧によりコレクタ→エミッタ電流を制御できます。
　ゲートに電圧(鉄道車両用では15V程度)を加えることによりコレクタ→エミッタ
間がONとなり、ゲート電圧を切ることによりOFFとなります。実際にはOFF状態を
確実にするためゲートに負の電圧を加えておきます。ゲートへは電流はほとんど
流れません。

　GTOサイリスタ、IGBTともに「ゲート」という同じ名前の端子がありますが、
この端子に対しオンパルス／オフパルスの電流を流すことにより主回路をスイッ
チングさせるか、ゲートに小さな電圧をON/OFFすることにより主回路をスイッチ
ングさせるかと、動作は全く異なります。
　GTOサイリスタの長所は、比較的高圧・大電流の素子を作りやすいという点に
あります。一方、IGBTに比べ、スイッチング速度が遅いのと、GTOサイリスタを
オフするためのゲート電流は数百Aになるためゲート回路が複雑・大容量となり、
この部分からの損失も大きくなるという欠点があります。
　IGBTではゲート制御により遮断時の電流の制御が可能なので、これを適切に
制御することにより素子がOFFする時に回路中のインダクタンス成分から発生する
サージ電圧を吸収するスナバ回路を省略出来る上に素子の耐圧も低くて構わない
という特長があります。

　1990年代頃まで、鉄道車両の主回路のVVVFインバータでは、スイッチング素子
としてGTOサイリスタが用いられていました。これは鉄道回路の主回路のような
数千V数千Aといった高圧大電流をON/OFFスイッチング出来る半導体素子がGTO
サイリスタしか無かったからです。1993年頃から鉄道車両の主回路にIGBTが
用いられるようになり始めましたが、当初は耐電圧・耐電流が小さかったため、
素子を直列接続にする(3レベルインバータにする手法を含む)か、素子を並列
接続にしたり、1インバータあたりの主電動機台数を少なくするといった方法が
用いられました。1990年代末期頃にはIGBTも1500Vの電車線電圧で4台程度の
主電動機を駆動できる程度に耐電圧・耐電流が向上したため、損失や騒音など
でデメリットの大きいGTOサイリスタは用いられなくなり、IGBTが主流になった
と言えます。

　詳しくは、「日立評論」「東洋電機技報」「東芝レビュー」など、電気品メーカの
技術誌をご覧になると良いと思います。
(wikipediaも参考程度にはなりますが、参考程度で)

> しげの@日東M10aさん

ご回答ありがとうございますﾜﾗ


10数年でそんなに進歩してしまうんですね
驚きました

やっぱり普通の人はGTOの大きいパルス音を嫌うようですが、その音に魅力を感じちゃいます

２つが似てるようでなにげに違っていることが分かりましたワラ

補足、と言いますか、元質問で「GTOサイリスタとIGBTサイリスタの違い」と
ありますが、IGBTはトランジスタですので、「IGBTサイリスタ」などという物はありません。
IGBTの"T"はトランジスタなので、「IGBTトランジスタ」という言葉も「馬から落馬」と同じで間違いです。

> しげの@日東M10aさん

あだだ
訂正ありがとうございます

なんか恥ずかしい間違いですね
ちゃんと覚えときます