まず、ディプリーション MOSFET について理解しましょう。通常、ゲートに何らかの電圧が印加されてオンになる、一般的に使用されている拡張 MOSFET とは異なり (N チャネル MOSFET の場合、V_GS > V_{GS (th)})、ディプリーション モード MOSFET は通常、ゲート電圧が印加されずにオンになります。これは、V_GS > 0、V_GS = 0、または V_GS < 0 のときに MOSFET がオンになることを意味します。なぜなら、ディプリーション MOSFET は拡張 MOSFET に基づいており、正のイオンが FET の絶縁層に注入されるからです。そのため、自然に導電性チャネルが存在します。

枯渇した N チャネル MOSFET の場合、元の正のイオン磁界をオフセットできるのは、V_GS (負の値) が負の方向にさらに増加して V_{GS (OFF)} のピンチオフ モードに達するか、または V_{GS (th)} と呼ばれる場合のみです。この場合、導電性チャネルを閉じることができます。

図 3-3 に、既存の理想ダイオード コントローラ回路にディプリーション MOSFET Q_d を追加した場合の動作モードを示します。

V_CATHODE <= V_ANODE の場合、V_IN >= V_OUT となる通常動作。この場合、ソーラー電力オプティマイザのバイパス回路は動作します。MOSFET Q₁ および Q_d がオン、V_CATHODE ≌ V_ANODE.

V_CATHODE > V_ANODE では、逆極性または逆電流保護動作中、V_IN < V_OUT となる。このとき、ソーラー電力オプティマイザのバイパス回路は動作しません。MOSFET Q₁ はオフで、MOSFET Q_d はソース フォロワとしてレギュレーション モードにあり、V_CATHODE を V_ANODE より高く維持します V_CATHODE = V_IN(VANODE)+ Abs (V_{GS (th)})。そのため、V_CATHODE から V_ANODE にかかる電圧は、Q_D の絶対最大定格 V_{GS (th)} (通常 < 5V) の範囲内であり、LM74610-Q1 の最大逆電圧 45V_MAX の過渡電圧よりもはるかに低くなっています。高い逆電圧 (V_OUT – V_IN) は、Q_d のドレイン ソース間電圧 V_DS によって維持されます。

適切なディプリーション MOSFET を選択する方法は、主に 2 つの要因によって決まります。

• Q_d ≥ V_IN(max) (最大ピーク入力電圧) の V_DS 定格を選択します。
• R_DS(on) は 数百 Ω の範囲になる可能性があります (LM746x0-Q1 のフローティング ゲート ドライブ アーキテクチャは、カソード ピンのグランドに対するインピーダンスが大きく、コントローラの I_CATHODE は µA の範囲です)。

図 3-3 ディプリーション MOSFET 追加時の動作モード (V_CATHODE ≤ V_ANODE)

図 3-4 ディプリーション MOSFET 追加時の動作モード (V_CATHODE > V_ANODE)

図 3-5 と 図 3-6 に、LM74610-Q1 とディプリーション MOSFET を使用したバイパス回路のシミュレーション回路と結果を示します。シミュレーション結果から、ディプリーション MOSFET を使うことが、電流の低電圧理想ダイオード コントローラの逆電圧範囲をできるだけ広げる効果的な方法であることが分かり、PV パネルまたはストリングの非常に広い入力電圧範囲という課題を解決できます。

この設計の場合、ソーラー電力オプティマイザ システムには以下のようなシステム上の利点もあります。

• 非常に低い電力損失により、ホット スポットの問題を解決する。
• ソーラー機器の安全性を高め、火災リスクを減らす。
• ソーラー発電効率を改善する。

図 3-5 LM74610-Q1 とディプリーション MOSFET を使用したバイパス回路のシミュレーション回路

図 3-6 LM74610-Q1 とディプリーション MOSFET を使用したバイパス回路のシミュレーション結果