首先，了解什么是耗尽型 MOSFET。与通常通过向栅极施加一些电压（即，对于 N 沟道 MOSFET，V_GS > V_{GS (th)}）而导通的常用增强型 MOSFET 不同，耗尽模式 MOSFET 通常在不施加任何栅极电压的情况下导通，这意味着 MOSFET 可以在 V_GS > 0，V_GS = 0 或 V_GS < 0 时导通。这是因为耗尽型 MOSFET 基于增强型 MOSFET，正离子会注入 FET 的绝缘层。因此，自然会存在一条导电通道。

对于耗尽的 N 沟道 MOSFET，仅当 V_GS（负值）进一步负升以达到 V_{GS (OFF)} 的夹断模式，或称为 V_{GS (th)} 时，原始正离子场才能偏移。然后关闭导电通道。

图 3-3 展示了向现有理想二极管控制器电路添加耗尽型 MOSFET Q_d 时的运行模式。

当 V_CATHODE <= V_ANODE 时，V_IN >= V_OUT 的正常操作。此时，太阳能电源优化器的旁路电路会工作。MOSFET Q₁和 Q_d 导通，V_CATHODE ≌ V_ANODE。

在 V_IN < V_OUT 的反极性或反向电流保护操作期间，V_CATHODE > V_ANODE。此时，太阳能电源优化器的旁路电路不运行。MOSFET Q₁ 关闭，MOSFET Q_D 作为源极跟随器处于调节模式，维持 V_CATHODE 高于 V_ANODE，且 V_CATHODE = V_IN(VANODE)+ Abs (V_{GS (th)})。因此，V_CATHODE 至 V_ANODE 之间的电压处于 Q_d 的绝对最大额定值 V_{GS (th)} 范围内（小于 5V，典型值），远小于 LM74610-Q1 的 45V_MAX（瞬态）最大反向电压。现在，高反向电压 (V_OUT – V_IN) 由 Q_d 的漏源电压 (V_DS) 维持。

如何选择合适的耗尽型 MOSFET 主要取决于两个因素。

• 选择 Q_d ≥ V_IN(max)（最大峰值输入电压）的 V_DS 额定值。
• R_DS(on) 可以在数百欧姆范围选择（LM746x0-Q1 采用浮动栅极驱动架构，具有很大的阴极引脚对地阻抗，并且控制器的 I_CATHODE 在微安范围内）。

图 3-3 添加耗尽型 MOSFET 的运行模式 (V_CATHODE ≤ V_ANODE)

图 3-4 添加耗尽型 MOSFET 的运行模式 (V_CATHODE > V_ANODE)

图 3-5 和 图 3-6 显示了仿真电路以及具有 LM74610-Q1 和耗尽型 MOSFET 的旁路电路的结果。从仿真结果可以看出，使用耗尽型 MOSFET 是扩大当前低压理想二极管控制器反向电压范围的有效方法，它解决了 PV 电池板或电池板串输入电压范围非常大的难题。

通过该设计，太阳能电源优化器系统还具有以下系统优势。

• 解决极低功率损耗导致的热点问题。
• 使太阳能设备更安全，降低火灾风险。
• 提高太阳能发电效率。

图 3-5 具有 LM74610-Q1 和耗尽型 MOSFET 的旁路电路的仿真电路

图 3-6 具有 LM74610-Q1 和耗尽型 MOSFET 的旁路电路的仿真结果