電力工程電源中MOSFET串聯技術的實踐

張 倩

（三門峽職業技術學院，河南 三門峽 472000）

人們生活水平不斷提高以及社會生產不斷發展，對電力工程的質量提出了新的要求。只有不斷地提高電力工程的電力傳輸能力，以高功率和高電壓的電力輸送滿足社會發展對電力的需求。在電力工程的電源方面，MOSFET串聯技術是一種新型的電力電源改善技術。MOSFET串聯技術以其自身的輸入阻抗小、工作損耗低、功率小等特點能夠在電力電源上投入實際應用。在電力工程電源中應用MOSFET串聯技術節省了大量不必要電能的浪費，進而促進我國電力產業不斷發展。

1 MOSFET串聯技術在電力工程電源中應用的作用

電力的輸配送中，發電工程、輸配電線路以及配電箱方面都會造成大量電能的損耗，不僅浪費大量的電力能源，也造成電力企業電力成本的大量浪費。對電力工程而言，其自身電能的不合理損耗制約了電力工程長久的發展。因此，對于新技術的研發探討工作成為電力工程發展首要待解決的問題。通過現代化的技術中支持，實現電力工程中對電力的有效控制，進而提高電力工程整體的輸配電質量和效率，減少電能損耗對周圍環境造成的污染。

MOSFET串聯技術在電力工程電源中的應用能夠有效地解決電力能源的損耗問題。MOSFET串聯技術需要再特殊的電壓和電流下工作，進而實現對電力工程的中電路器件的保護，避免MOSFET串聯技術應用對整個電路造成嚴重破壞。對于一些運動領域中電力的應用，其少不了高壓、高電流的支持，這種環境下，其對MOSFET串聯技術自身耐壓能力和電力整體容量有著更高的需求，若MOSFET串聯技術不能夠滿足該工作的需求，則其實際的發展應用有一定的不足。在電力工程電源中應用MOSFET串聯技術，其MOSFET技術和電路自身的參數配置會產生沖突，相應的電力元器件串聯后，其電壓分配會產生差異性，進而導致一些過壓現象發生，對MOSFET造成嚴重威脅。

2 MOSFET串聯技術在電力工程中的實際應用

2.1 MOSFET串聯技術均壓變化的影響因素

電力工程中MOSFET串聯技術的運用使MOSFET元器件會經歷開通、通態、關斷、斷態等多個階段。MOSFET上電壓變化嚴重主要集中在開通和關斷兩個階段，且電壓的變化呈現出動態的特征。

（1）靜態均壓。靜態均壓自身的變化主要以通態階段傳遞給MOSFET電壓。通態階段MOSFET等效電阻、斷態漏電流以及MOSFET自身的溫度和電路走線電阻各個數據不統一，進而會發生電壓浮動較大的現象。①通態階段參數的特殊性。圖1中對MOSFET和MOSFET2串聯運行階段各自的電壓分配進行分析。

圖1 MOSFET串聯電路運行示意圖

根據MOSFET串聯電路運行示意圖以及電力工程中靜態電路的原理對串聯電路進行計算：

得出

②實際斷態參數分析。對斷態參數分析先分析MOSFET在斷態階段下，MOSFETPN結狀態。斷態階段，其PN結為反偏狀態，相應漏源極之間電流量微弱，幾乎可以忽略不計。斷電階段電壓工作，進而形成電阻。但是MOSFET元器件制造當中避免不了存在一定的差異，在實際應用中，其PN結特性受到影響，在斷態階段下MOSFET的串聯電路中不同器件其漏電流也就不同。

在MOSFET處于斷態階段時，漏電流和溫度的增長成正比，MOSFET元器件自身溫度增長100℃，則漏電流增加可以達到十倍以上，而其等效電阻反而隨著漏電流增大迅速減小。在MOSFET串聯電路當中，不同器件之間存在一定的溫度差，而溫度差越大，其漏電流就越大，不同部位電壓就會產生嚴重的不均勻性。由此可見，導通電阻和MOSFET自身溫度對靜態電壓不均勻現象有著明顯的影響。

（2）動態均壓。動態均壓中MOSFET的元器件電壓和電流變化較大，會給元器件自身工作造成巨額應力，且整個工作時間較短，對過程穩定的控制難度較大。動態電壓不穩定的現象主要受元器件開通和關斷影響較大。電力工程中主電路的線路設計和配線的電感之間不均勻，電力線路整體雜散也會影響動態均壓。此外，驅動延時及門極振蕩會對動態均壓造成的影響。

對失衡過電壓的控制，要求電力工程電源中MOSFET下驅動電路設計當中，確保觸發的基礎上控制觸發信號延遲在0.3 s之間，避免嚴重的失衡過電壓問題出現。還可以優化電力工程電源中MOSFET串聯元器件組成閥的控制時間。MOSFET串聯器件中關斷較短延遲的MOSFET其電壓上升率較高。對于有限關斷的MOSFET，其承擔電壓較大，而后關斷的MOSFET，其沒有較大的電壓承受壓力。

2.2 MOSFET串聯技術在電力工程電源中的實際應用

（1）功率器件的應用。對功率器件的實際應用上，要考慮到功率器件的型號、批次及內部參數。選擇具有正溫度系數，且其實際內部參數分散有保障的MOSFET器件應用到實際中去，確保靜態均壓的穩定性。（2）采用對稱布局。MOSFET串聯技術其串聯單元的功率回路及驅動回路電路板設置要考慮實際應用的合理性，對電路板的印制和設計工作采用對稱性布局，功率管在盡可能減少相互距離基礎上，保持其對稱性。（3）寄生振蕩的控制。對寄生振蕩的控制能夠影響柵極去耦電阻、柵極引線電感、漏極引線電感等多種寄生性質的電感有嚴重影響，對MOSFET整體的電路結構、電壓均分有直接影響。可以在不同的功率管柵極中串聯鐵氧體磁珠，再增加合適的電阻，實現對電路當中品質因數的控制，控制寄生振蕩的發生。（4）耦合方式控制。對耦合方式的選擇上MOSFET串聯技術的柵極采用非直接式耦合，在其對應的串聯器件安置在散熱裝置上，進而強化不同并聯器件之間的熱耦合性質。對于散熱裝置的設置，將其接入地面，避免功率器件和散熱器的分布電容對電路的正常驅動造成嚴重影響。（5）應用裕量降額。電力工程電源中不僅要對其器件、布局、寄生振蕩等進行優化設計，還要考慮到器件自身的使用壽命以及MOSFET技術運行環境的穩定性，在MOSFET技術應用中留有一定的裕量，確保MOSFET技術在電力工程電源中的合理應用。

3 MOSFET串聯反激電路的設計分析

MOSFET串聯反激電路設計必須遵循的MOSFET串聯自身的原則，由直流輸入電壓，在各個支路輸出電壓電力工程輔助電源基礎上，相應的輸入電路將MOSFET進行串聯，對箝位迪那路、緩沖迪那路以及MOSFET驅動電路進行的優化設計。例如，以405 V～615 VDC直流輸入電壓設計MOSFET串聯反激電路如圖2所示。

圖2 反激DC拓撲原理示意圖

其輸出電壓在405 V～615 VDC，控制電壓控制在15V，輸出電壓5V/12V，以自冷設計。驅動電路采用UC3845控制芯片實現控制。對1路驅動的PWM波進行輸出，進而增加MOSFET的整體驅動能力，待隔離驅動變壓器，實現MOSFET的串聯電路。這種電路設計在電力工程電源當中的應用有效地解決了電力工程各方面電力浪費的現象，通過對電源進行設計，優化電力的輸配送，促進電力工程可持續發展。

4 結語

綜上所述，MOSFET以其自身輸入阻抗下、開關無大損耗、驅動功率需求低等一些列特點受到電力企業的廣泛歡迎，將其應用到電力工程電源當中，能夠有效改善電力工程電力消耗大的問題。但是，MOSFET其自身單獨使用的耐壓能力并不理想，且這種技術需要電力企業投入大量的成本。通過研究發現，將MOSFET串聯使用后，可大大改善MOSFET自身的耐壓能力，進而增加MOSFET的實用性，降低電力企業在電力工程電源設計上的成本投入，有效地降低電力工程中不必要的電力損失，使其能夠為我國相應生產生活提供高質量的電力供應支持，促進我國經濟持續增長。