- 「IGBTって何？また新しい素子が出てきた…」
- 「BJTとMOSFETがあるのに、なぜIGBTが必要なの？」
- 「大電力ってどのくらい？どこで使われてるの？」
半導体素子シリーズ最終回は「IGBT」です。
「また覚えることが増えた…」と思うかもしれませんが、安心してください。IGBTはこれまで学んだBJTとMOSFETの「いいとこ取り」をした素子なんです。
つまり、BJTとMOSFETを理解していれば、IGBTは簡単に理解できます！
- IGBTはMOSFETの「電圧駆動」とBJTの「大電流」を組み合わせた素子
- 大電力を高速でスイッチングできる
- 電車、電気自動車、工場の機械などパワーエレクトロニクスの主役
- 電験三種の機械科目で超頻出の重要素子！
目次
🤝 IGBTとは？「いいとこ取り」をイメージしよう
結論から言うと、IGBTは「MOSFETとBJTのハイブリッド」です。
それぞれの素子には得意なことと苦手なことがありましたよね。
| 素子 | 得意なこと ⭐ | 苦手なこと 😢 |
|---|---|---|
| MOSFET | 高速スイッチング 省エネ（電圧駆動） |
大電流が苦手 （発熱しやすい） |
| BJT | 大電流OK （ON時の損失小） |
駆動に電流が必要 速度が遅い |
IGBTは、この「得意なこと」だけを組み合わせた夢のような素子なんです！
MOSFET：電圧駆動で省エネ＆高速 → でも大電流は苦手
BJT：大電流OK → でも電流駆動で遅い
IGBT：電圧駆動（MOSFET）＋ 大電流（BJT）
「いいとこ取りのハイブリッド」と覚えましょう！
📛 IGBTって何の略？正式名称を覚えよう
IGBTの正式名称を見ると、「いいとこ取り」の意味がわかります。
IGBT ＝ Insulated Gate Bipolar Transistor
（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）
名前を分解してみましょう。
Insulated Gate（絶縁ゲート）：MOSFETと同じ「電圧駆動」の入口
Bipolar Transistor（バイポーラトランジスタ）：BJTと同じ「大電流」の出口
→ つまり「入口はMOSFET、出口はBJT」という構造！
🔌 IGBTの3つの端子
IGBTの端子名は、MOSFETとBJTのミックスになっています。
| IGBT端子 | 役割 | 由来 | 対応する素子 |
|---|---|---|---|
| ゲート（G） | 制御信号の入口 | MOSFETから | 📡 電圧で制御 |
| コレクタ（C） | 電流の入口 | BJTから | 🔌 大電流OK |
| エミッタ（E） | 電流の出口 | BJTから | 🔌 大電流OK |
見てください！ゲートはMOSFET由来、コレクタ・エミッタはBJT由来です。まさに「いいとこ取り」の証拠ですね。
IGBTの端子名が出題されることがあります。
「ゲート・コレクタ・エミッタ」の3つを覚えましょう！
※MOSFETの「ドレイン・ソース」と混同しないように注意！
⚡ IGBTが「大電力」に強い理由
IGBTの最大の特徴は「大電力をスイッチングできる」ことです。
💪 どのくらいの電力を扱える？
それぞれの素子が得意な電力範囲を見てみましょう。
| 素子 | 得意な電力 | 具体例 |
|---|---|---|
| MOSFET | 小〜中電力 （数W〜数百W） |
スマホ、PC、ACアダプタ |
| IGBT | 中〜大電力 （数百W〜数MW） |
電車、EV、工場設備 |
| サイリスタ | 超大電力 （数MW〜数百MW） |
送電設備、製鉄所 |
IGBTは「数百W〜数MW（メガワット）」という中〜大電力の領域で活躍します。これは電車1両分のモーターを動かせるレベルです！
MOSFET：軽量級ボクサー → 素早いけど、パンチは軽め
IGBT：ヘビー級ボクサー → 素早くて、パンチも重い！
サイリスタ：相撲力士 → パワーは最強、でも動きは遅い
IGBTは「速さ」と「パワー」のバランスが最高なんです！
🔄 全素子の比較｜総まとめ
これまで学んだ5つの素子を、一覧で比較しましょう。
| 項目 | ダイオード | サイリスタ | BJT | MOSFET | IGBT |
|---|---|---|---|---|---|
| 端子数 | 2 | 3 | 3 | 3 | 3 |
| 制御方法 | — | 電流 | 電流 | 電圧 | 電圧 |
| 速度 | — | 遅い | 普通 | 超高速 | 高速 |
| 電力容量 | — | 超大 | 中 | 小〜中 | 中〜大 |
| 主な用途 | 整流 | 位相制御 | 増幅 | デジタル | 電車・EV |
💡 IGBTの使い道｜私たちの生活を支える
IGBTは「大電力×高速」が必要な場面で大活躍しています。実は、私たちの生活のいたるところで使われているんです。
🚃 用途①：電車（インバータ制御）
現代の電車は、IGBTを使ったインバータでモーターを制御しています。
架線から取り込んだ直流電力を、IGBTで高速にON/OFFして交流に変換し、モーターを回しています。滑らかな加速・減速ができるのはIGBTのおかげです！
🚗 用途②：電気自動車（EV）
テスラや日産リーフなどの電気自動車にも、IGBTがたくさん使われています。
バッテリーの直流を交流に変換してモーターを回す、まさに「電気自動車の心臓部」です。
🏭 用途③：工場の機械（インバータ制御）
工場のコンベアやポンプ、エアコンの室外機など、モーターを使う機械のほとんどにIGBTが入っています。
| 用途 | 具体例 | IGBTの役割 |
|---|---|---|
| 🚃 鉄道 | 新幹線、通勤電車 | モーター制御（VVVF） |
| 🚗 自動車 | EV、ハイブリッド車 | インバータ、充電器 |
| 🏭 産業機器 | 工場のモーター、ポンプ | 可変速ドライブ |
| 🌬️ 再生可能エネルギー | 風力発電、太陽光発電 | パワーコンディショナ |
| ❄️ 空調 | エアコン、冷蔵庫 | インバータ圧縮機制御 |
🔬 IGBTの回路記号
IGBTの回路記号は、MOSFETとBJTを組み合わせた形になっています。
MOSFETのゲート ＋ BJTの出力 ＝ IGBTの記号
ゲート（G）から絶縁されていて、コレクタ（C）・エミッタ（E）から電流が流れる形です
回路図では、ゲートがMOSFET風（絶縁）、出力側がBJT風（矢印付き）で描かれます。
📚 まとめ｜IGBTの要点整理
- IGBTはMOSFETの電圧駆動とBJTの大電流を合わせた素子
- IGBT ＝ Insulated Gate Bipolar Transistor
- 3端子：ゲート（G）・コレクタ（C）・エミッタ（E）
- 大電力（数百W〜数MW）を高速でスイッチング可能
- 電車、EV、工場設備などパワーエレクトロニクスの主役
- IGBTは「電圧駆動」であることを覚える（MOSFETと同じ）
- 端子名「ゲート・コレクタ・エミッタ」← 超重要！
- 「MOSFETの入力 ＋ BJTの出力」という構造を理解
- インバータの主力デバイスとしてよく出題される
- 各素子の使い分け（電力容量・速度）を表で整理
| IGBT | 絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ |
| 電圧駆動 | ゲートに電圧をかけて制御（電流不要） |
| 大電力 | 数百W〜数MWの電力を扱える |
| インバータ | 直流→交流変換装置（IGBTが主力） |
| 🚪 ダイオード | 普通の改札（一方通行） |
| 🔐 サイリスタ | 鍵付き改札（ONは制御可） |
| 🚿 BJT | 蛇口（電流で制御） |
| 🚪 MOSFET | 自動ドア（電圧で制御・高速） |
| 🤝 IGBT | いいとこ取り（電圧駆動＋大電力） |
📖 パワーエレクトロニクスシリーズ
5-2-1 整流とは？｜交流を直流に変換する基本 →
🎉 半導体素子シリーズ完走おめでとうございます！ 🎉
IGBTは「いいとこ取り」で大電力を高速制御する素子でしたね。
電車に乗るとき、EVを見かけたとき、「IGBTが動いてるな」と思い出してください！
次は整流回路で、これらの素子がどう活躍するか学びましょう！🤝⚡