ゲートターンオフサイリスタ

ゲートターンオフサイリスタ（GTO）について

ゲートターンオフサイリスタ（GTO）は、トランジスタのようにゲート信号でオフの状態に移行できる半導体素子です。その主要な特徴は、ゲートに逆向きの電流を流すことでデバイスの導通を停止させる能力です。この特性により、GTOは高い電力を扱うアプリケーションにおいて重要な役割を果たしています。

構造と動作原理

GTOの構造は、カソード電極を多数の小さな島に分割し、その周辺をゲート電極で囲む形になっています。この設計により、逆のゲート電流が流れると、アノードとカソード間のキャリア電流が効果的に引き抜かれ、デバイスがオフ状態に遷移しやすくなるのです。言い換えれば、GTOは数多くの小さなサイリスタが並列に接続されたような形態を持っています。これは、通常のサイリスタが通常の条件下で使用される範囲の約10分の1の電流密度で機能することを意味しており、他の素子にはない独特の特性を持っています。

用途とその歴史

GTOは1977年に誘導電動機を駆動するインバータで初めて利用され、その後、工業分野、特に電気鉄道などで広く採用されてきました。しかし、2000年代以降、その地位は絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（IGBT）に徐々に取って代わられることになりました。

GTOがIGBTに敗れた背景にはいくつかの理由があります。まず、GTOのターンオフ時に発生するスパイク電圧を抑制するために、外部のスナバ回路が必要です。この回路はダイオード、抵抗器、コンデンサを組み合わせたもので、回路設計が複雑になる原因です。

また、GTOのターンオフ後の安定化にかかる時間、すなわちテール時間がトランジスタよりも長く、このためスイッチング周波数を高められず、可聴域よりも低くなることが多いです。この結果、誘導電動機を操作する際には電動機が発する音が大きく感じることがあります。

さらに、ターンオフのために必要なゲート電流は、アノード・カソード間の電流の数分の一と大きく、ゲート駆動回路も大きな電力を消費し発熱を伴います。このようなデメリットがGTOを使用する際の主要な障壁となっているのです。

現状と将来

かつては日本の重電3社など、複数の企業がGTOを生産していましたが、現在では製造が終了しています。代わってIGBTが主流となり、より効率的かつ高性能な電力制御が可能となっています。GTOは今後も特定のニッチな用途に使われることはあるかもしれませんが、全体的にはその役割を次世代の技術に譲りつつあると言えるでしょう。

関連項目

• - 電力用半導体素子
• - 絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（IGBT）
• - パワーエレクトロニクス

このように、GTOはその独特な構造と機能により、かつて重要な位置を占めた素子ですが、現在の技術進化に伴い、次第にその役割が変化してきています。

もう一度検索