高電圧電子負荷でのMOSFET直列・抵抗併用構成の検討

自作電子負荷で高電圧(800V/0.5A)を扱う場合、MOSFETの単体SOA制約により並列接続が難しいことがあります。本記事では、MOSFETの直列接続や抵抗併用による電圧分散方法について解説します。

1. MOSFET直列接続の可否

MOSFETを直列に接続することで、各素子にかかる電圧を分散させることは理論的に可能です。しかし、実務上はゲート駆動のバランス、ターンオン/ターンオフ速度の揃え、リーク電流差による電圧偏りなどの問題があります。直列接続には専用のバランス回路や抵抗・ダイオードを用いた分圧補償が必須です。

直列MOSFETの代わりに、高抵抗値の抵抗で大部分の電圧を消費させ、残りの電圧をMOSFETで制御する方法も可能です。この場合、抵抗での消費電力が大きくなるため、抵抗の定格容量や発熱対策が重要です。また、制御精度はMOSFET単独よりも低くなる可能性があります。

直列MOSFETや抵抗併用の電子負荷では、電圧ストレスや熱設計、ゲート駆動のタイミング、保護回路の実装が不可欠です。特に高電圧では、絶縁、リークパス、フェイルセーフ設計を慎重に行う必要があります。

高電圧電子負荷で並列MOSFETだけではSOA制約が厳しい場合、直列接続や抵抗併用による電圧分散は理論的に可能です。しかし、実装にはゲートバランス、熱対策、保護回路などの配慮が必要で、単純に直列にするだけでは安全かつ正確な負荷制御は難しいことを理解しておく必要があります。