Utilizarea diodelor MOSFET pentru încărcarea bateriei în invertoare

În această postare încercăm să înțelegem modul în care diodele interne ale corpului MOSFET-urilor ar putea fi exploatate pentru a permite încărcarea bateriei prin același transformator care este utilizat ca transformator invertor.

În acest articol vom investiga un concept de invertor cu punte completă și vom afla cum ar putea fi aplicate diodele încorporate ale celor 4 MOSFET-uri pentru încărcarea unei baterii atașate.

Ce este un invertor Full Bridge sau H-Bridge

În câteva dintre postările mele anterioare am discutat circuite invertor full bridge și cu privire la principiul lor de funcționare.

Așa cum se arată în imaginea de mai sus, practic, într-un invertor full-bridge avem un set de 4 MOSFET-uri conectate la sarcina de ieșire. Perechile MOSFET conectate diagonal sunt schimbate alternativ printr-un extern oscilator , determinând intrarea CC de la baterie să se transforme într-un curent alternativ sau CA pentru sarcină.

Sarcina este în mod normal sub forma unui transformator , a cărui primar de joasă tensiune este conectat cu puntea MOSFET pentru inversarea de curent continuu la curent alternativ.

De obicei, 4 MOSFET cu canal N Topologia bazată pe punte H este aplicată în invertoare cu punte completă, deoarece această topologie oferă cea mai eficientă funcționare în ceea ce privește raportul de compacitate la putere.

Deși utilizarea invertoarelor cu 4 canale depinde de specializare IC-uri driver cu bootstrapping Cu toate acestea, eficiența depășește complexitatea, prin urmare aceste tipuri sunt utilizate în mod popular în toate modernele invertoare de pod complete .

Scopul diodelor interne ale corpului MOSFET

Diodele interne ale corpului prezente în aproape toate MOSFET-urile moderne sunt introduse în primul rând protejați dispozitivul de la vârfuri EMF inverse generate de o conexiune sarcina inductiva , cum ar fi un transformator, un motor, un solenoid etc.

Când o sarcină inductivă este pornită prin canalul MOSFET, energia electrică este stocată instantaneu în interiorul sarcinii și în următorul moment ca MOSFET se oprește , acest EMF stocat este respins în polaritatea inversă de la sursa MOSFET la drenaj, provocând o deteriorare permanentă a MOSFET.

Prezența unei diode interne a corpului în canalul de scurgere / sursă al dispozitivului împiedică pericolul, permițând acestui vârf EMF înapoi o cale directă prin diodă, protejând astfel MOSFET-ul de o eventuală defecțiune.

Utilizarea diodelor MOSFET pentru încărcarea bateriei invertorului

Știm că un invertor este incomplet fără baterie, iar o baterie inverter necesită inevitabil încărcarea frecventă pentru a menține ieșirea invertorului completată și în starea de așteptare.

Cu toate acestea, încărcarea unei baterii necesită un transformator, care trebuie să fie un tip de putere mare pentru a asigura optim curent pentru baterie .

Utilizarea unui transformator suplimentar împreună cu transformatorul invertor poate fi destul de voluminoasă și costisitoare. Prin urmare, găsirea unei tehnici în care același transformator invertor este aplicat pentru încărcare bateria sună extrem de benefică.

Din fericire, prezența diodelor interne ale corpului în MOSFET face posibilă comutarea transformatorului în modul invertor și, de asemenea, în modul încărcător de baterii, schimbări de releu secvențe.

Conceptul de bază de lucru

În diagrama de mai jos putem vedea că, fiecare MOSFET este însoțit de o diodă internă a corpului, conectată la pinii lor de scurgere / sursă.

Anodul diodei este conectat cu pinul sursă, în timp ce pinul catodic este asociat cu pinul de scurgere al dispozitivului. De asemenea, putem vedea că, deoarece MOSFET-urile sunt configurate într-o rețea cu punte, diodele devin, de asemenea, configurate într-o bază redresor full-bridge format de rețea.

Sunt folosite câteva relee care implementează câteva schimbări rapide pentru a permite rețelei AC să încarce bateria prin diodele corpului MOSFET.

Acest redresor de punte formarea în rețea a diodelor interne MOSFET face de fapt procesul de utilizare a unui singur transformator ca transformator invertor și transformator încărcător foarte simplu.

Direcția curentului de curgere prin diode corporale MOSFET

Imaginea următoare arată direcția curentului de curent prin diodele corpului pentru rectificarea transformatorului de curent alternativ la o tensiune de încărcare continuă

Cu o sursă de curent alternativ, firele transformatorului își schimbă polaritatea alternativ. Așa cum se arată în imaginea din stânga, presupunând START ca fir pozitiv, săgețile portocalii indică tiparul de curent prin D1, baterie, D3 și înapoi la FINISH sau firul negativ al transformatorului.

Pentru următorul ciclu de curent alternativ, polaritatea se inversează, iar curentul se mișcă așa cum este indicat de săgețile albastre prin dioda corpului D4, baterie, D2 și înapoi la FINISH sau la capătul negativ al înfășurării transformatorului. Acest lucru se repetă alternativ, transformând ambele cicluri de curent alternativ în CC și încărcând bateria.

Cu toate acestea, deoarece MOSFET-urile sunt implicate și în sistem, trebuie să se acorde o atenție deosebită pentru a se asigura că aceste dispozitive nu se deteriorează în acest proces, iar acest lucru necesită o operațiune perfectă de schimbare a invertorului / încărcătorului.

Proiectare practică

Următoarea diagramă prezintă un design practic configurat pentru implementarea diodelor de corp MOSFET ca redresor pentru încărcarea unei baterii a invertorului , cu comutatoare de releu.

Pentru a asigura 100% siguranță pentru MOSFET-urile în modul de încărcare și în timp ce utilizați diodele corpului cu transformatorul AC, porțile MOSFET trebuie ținute la potențialul solului și complet decuplate de la sursa de curent continuu.

Pentru aceasta, implementăm două lucruri, conectăm rezistențe de 1 k peste pinii de poartă / sursă a tuturor MOSFET-urilor și punem un releu de întrerupere în serie cu linia de alimentare Vcc a IC-ului driverului.

Releul de întrerupere este un contact de releu SPDT cu contactele sale N / C conectate în serie cu intrarea de alimentare IC a driverului. În absența rețelei de curent alternativ, contactele N / C rămân active permițând alimentarea bateriei să ajungă la driverul IC pentru alimentarea MOSFET-urilor.

Când este disponibilă rețeaua de curent alternativ, aceasta releu schimbări peste la contactele N / O tăind IC Vcc de la sursa de alimentare, asigurând astfel o întrerupere totală pentru MOSFET-urile de pe unitatea pozitivă.

Putem vedea un alt set de relee contacte conectat la transformatorul de 220 V. Această înfășurare constituie partea de ieșire 220V a invertorului. Capetele de înfășurare sunt conectate cu polii unui releu DPDT, ale căror contacte N / O și N / C sunt configurate cu intrarea rețelei AC și respectiv sarcina.

În absența rețelei de rețea AC, sistemul funcționează în modul invertor, iar puterea de ieșire este livrată sarcinii prin contactele N / C ale DPDT.

În prezența unei intrări de rețea AC, releul se activează la contactele N / O permițând rețelei CA să alimenteze partea de 220V a transformatorului. La rândul său, aceasta energizează partea invertorului transformatorului și curentul este permis să treacă prin diodele corpului MOSFET-urilor pentru încărcarea bateriei atașate.

Înainte ca releul DPDT să poată activa, releul SPDT ar trebui să întrerupă Vcc-ul driverului IC de la sursă. Această ușoară întârziere în activarea dintre releul SPDT și releul DPDT trebuie asigurată pentru a garanta 100% siguranța MOSFET-urilor și pentru operațiunile sonore ale modul invertor / încărcare prin intermediul diodelor corpului.

Operațiuni de schimbare a relei

După cum s-a sugerat mai sus, când este disponibilă sursa de rețea, contactul releului SPDT lateral Vcc ar trebui să se activeze cu câteva milisecunde înainte de releul DPDT, pe partea transformatorului. Cu toate acestea, atunci când intrarea de rețea eșuează, ambele relee trebuie să se oprească aproape simultan. Aceste condiții ar putea fi implementate folosind următorul circuit.

Aici, alimentarea DC operațională pentru bobina releului este achiziționată de la un standard Adaptor CA la CC , conectat la rețeaua de rețea.

Aceasta înseamnă că, atunci când rețeaua de curent alternativ este disponibilă, adaptorul de curent alternativ / continuu pornește releele. Releul SPDT conectat direct la sursa de curent continuu se activează rapid înainte ca releul DPDT să poată. Releul DPDT se activează câteva milisecunde mai târziu datorită prezenței condensatorului de 10 ohmi și 470 uF. Acest lucru asigură faptul că IC-ul driverului MOSFET este dezactivat înainte ca transformatorul să poată răspunde la intrarea de rețea AC de pe partea sa de 220 V.

Atunci când rețeaua de curent alternativ eșuează, ambele comutatoare ale releului se opresc aproape simultan, deoarece condensatorul 470uF nu are acum niciun efect asupra DPDT datorită diodei polarizate în serie.

Aceasta încheie explicația noastră cu privire la utilizarea diodelor de corp MOSFET pentru încărcarea unei baterii a invertorului printr-un singur transformator comun. Sperăm că ideea le va permite multor pasionați să construiască invertoare automate ieftine și compacte cu încărcătoare de baterii încorporate, folosind un singur transformator comun.