Používání tělních diod MOSFET k nabíjení baterie v měničích

V tomto příspěvku se snažíme pochopit, jak by mohly být využity vnitřní tělové diody MOSFETů pro umožnění nabíjení baterie prostřednictvím stejného transformátoru, který se používá jako transformátor střídače.

V tomto článku se budeme zabývat konceptem celého mostového invertoru a naučíme se, jak by mohly být zabudované diody jeho 4 MOSFET použity pro nabíjení připojené baterie.

Co je to Full Bridge nebo H-Bridge Inverter

V několika mých dřívějších příspěvcích jsme diskutovali plné obvody měniče mostu a pokud jde o jejich pracovní princip.

Jak je znázorněno na obrázku výše, v zásadě máme v invertoru s plným mostem sadu 4 MOSFETů připojených k výstupní zátěži. Diagonálně spojené páry MOSFET jsou střídavě přepínány přes externí oscilátor , což způsobí, že se vstupní stejnosměrný proud z baterie transformuje na střídavý proud nebo střídavý proud zátěže.

Zatížení je obvykle ve formě a transformátor , jehož nízkonapěťový primární je spojen s MOSFET můstkem pro zamýšlenou inverzi DC na AC.

Typicky 4 N-kanálový MOSFET topologie H-můstku založená na H-můstku se používá u měničů s plným mostem, protože tato topologie poskytuje nejefektivnější práci z hlediska poměru kompaktnosti k výkonu.

Ačkoli použití 4N kanálových měničů závisí na specializovaných integrované obvody ovladače s bootstrapping , přesto účinnost převažuje nad složitostí, proto jsou tyto typy populárně používány ve všech moderních plné mostové měniče .

Účel vnitřních tělových diod MOSFET

Vnitřní tělové diody přítomné téměř ve všech moderních MOSFETech jsou primárně představeny zabezpečit zařízení z reverzních špiček EMF generovaných z připojeného indukční zátěž , jako je transformátor, motor, solenoid atd.

Když je indukční zátěž zapnuta přes odběr MOSFET, elektrická energie se okamžitě uloží uvnitř zátěže a během následujícího okamžiku jako MOSFET se vypne , tento uložený EMF je vyhozen zpět v opačné polaritě ze zdroje MOSFET k odtoku, což způsobí trvalé poškození MOSFET.

Přítomnost vnitřní diody těla přes odtok / zdroj zařízení maří nebezpečí tím, že umožňuje tomuto zpětnému emf hrotu přímou cestu přes diodu, čímž chrání MOSFET před možným rozpadem.

Používání tělních diod MOSFET k nabíjení baterie střídače

Víme, že střídač je bez baterie neúplný a baterie střídače nevyhnutelně vyžaduje časté nabíjení, aby byl výstup střídače udržován nahoře a v pohotovostním stavu.

Nabíjení baterie však vyžaduje transformátor, který musí být pro zajištění optimálního typu s vysokým příkonem proud pro baterii .

Použití dalšího transformátoru ve spojení s invertorovým transformátorem může být také poměrně objemné a nákladné. Proto najít techniku, ve které pro nabíjení je použit stejný invertorový transformátor baterie zní mimořádně výhodně.

Přítomnost vnitřních diod v MOSFETech naštěstí umožňuje přepínání transformátoru v režimu střídače a také v režimu nabíječky baterií prostřednictvím několika snadných přepínání relé sekvence.

Základní pracovní koncept

V níže uvedeném diagramu vidíme, že každý MOSFET je doprovázen vnitřní diodou těla připojenou přes jejich odtokové / zdrojové piny.

Anoda diody je spojena se zdrojovým kolíkem, zatímco katodový kolík je spojen s odtokovým kolíkem zařízení. Vidíme také, že protože MOSFETy jsou konfigurovány v přemostěné síti, diody se také konfigurují v základní full-bridge usměrňovač síťový formát.

Je použito několik relé, která implementují několik rychlé změny pro umožnění síťového střídavého proudu nabíjet baterii prostřednictvím tělových diod MOSFET.

Tento můstkový usměrňovač Vytvoření sítě interních diod MOSFET ve skutečnosti činí proces použití jediného transformátoru jako invertorového transformátoru a nabíjecího transformátoru velmi přímočarým.

Směr toku proudu tělními diodami MOSFET

Následující obrázek ukazuje směr toku proudu tělními diodami pro usměrnění transformátoru střídavého proudu na stejnosměrné nabíjecí napětí

Při napájení střídavým proudem mění vodiče transformátoru střídavě svoji polaritu. Jak je znázorněno na levém obrázku, za předpokladu, že START je kladný vodič, oranžové šipky označují tok toku proudu přes D1, baterii, D3 a zpět do FINISH nebo záporného vodiče transformátoru.

U dalšího střídavého cyklu se polarita obrací a proud se pohybuje, jak je naznačeno modrými šipkami, přes diodu těla D4, baterii, D2 a zpět na FINISH nebo záporný konec vinutí transformátoru. Toto se střídavě opakuje, transformuje oba cykly střídavého proudu na stejnosměrný proud a nabíjí baterii.

Jelikož jsou však do systému zapojeny také MOSFETy, je třeba věnovat maximální pozornost tomu, aby se tato zařízení během procesu nepoškodila, což vyžaduje dokonalé operace střídače / nabíječe.

Praktický design

Následující diagram ukazuje praktické provedení nastavené pro implementaci tělových diod MOSFET jako usměrňovače pro nabíjení baterie střídače , s přepínacími relé.

Aby byla zajištěna 100% bezpečnost pro MOSFET v režimu nabíjení a při použití tělových diod s transformátorem AC, musí být brány MOSFET drženy na zemním potenciálu a zcela odpojeny od napájecího stejnosměrného proudu.

Za tímto účelem implementujeme dvě věci, připojíme rezistory 1 k přes piny brány / zdroje všech MOSFETů a vypínací relé v sérii s napájecím vedením Vcc integrovaného obvodu ovladače.

Vypínací relé je kontakt relé SPDT s kontakty N / C zapojenými do série s napájecím vstupem IC ovladače. Při absenci síťového napájení zůstávají rozpínací kontakty aktivní, což umožňuje bateriovému napájení dosáhnout IC ovladače pro napájení MOSFETů.

Pokud je k dispozici síťové napájení, toto relé se přepne k N / O kontaktům odpojujícím IC Vcc od zdroje energie, čímž je zajištěno úplné odpojení MOSFETů od pozitivního pohonu.

Vidíme další sadu kontakty relé připojeno k síťové straně transformátoru 220 V. Toto vinutí představuje výstupní stranu střídače 220 V. Konce vinutí jsou spojeny s póly relé DPDT, jehož spínací a rozpínací kontakty jsou konfigurovány se vstupem střídavého proudu do sítě a zátěží.

Při absenci síťové sítě střídavého proudu pracuje systém v režimu střídače a výstupní výkon je dodáván do zátěže přes rozpínací kontakty DPDT.

Za přítomnosti síťového vstupu střídavého proudu se relé aktivuje na spínací kontakty, které umožňují síťovému střídavému proudu napájet 220V stranu transformátoru. To zase napájí stranu měniče transformátoru a proud může procházet tělními diodami MOSFETů pro nabíjení připojené baterie.

Než se relé DPDT bude moci aktivovat, relé SPDT má odpojit Vcc IC ovladače od napájení. Toto malé zpoždění v aktivaci mezi relé SPDT a relé DPDT musí být zajištěno, aby byla zaručena 100% bezpečnost pro MOSFET a pro zvukové operace režim střídače / nabíjení přes tělové diody.

Přepínací operace relé

Jak je navrženo výše, pokud je k dispozici síťové napájení, měl by se kontakt relé SPDT na straně Vcc aktivovat několik milisekund před relé DPDT na straně transformátoru. Pokud však selže síťový vstup, musí se obě relé vypnout téměř současně. Tyto podmínky lze implementovat pomocí následujícího obvodu.

Zde se provozní stejnosměrné napájení pro cívku relé získává ze standardu AC / DC adaptér , zapojeno do sítě.

To znamená, že když je k dispozici síť AC, AC / DC adaptér zapne relé. Relé SPDT připojené přímo ke zdroji stejnosměrného proudu se aktivuje rychle dříve, než relé DPDT může. Relé DPDT se aktivuje o několik milisekund později kvůli přítomnosti 10 ohmů a kondenzátoru 470 uF. Tím je zajištěno, že integrovaný obvod ovladače MOSFET je deaktivován, než bude transformátor schopen reagovat na síťový AC vstup na jeho straně 220 V.

Když dojde k výpadku síťového napájení, obě relé se vypnou téměř současně, protože kondenzátor 470uF nyní nemá žádný vliv na DPDT kvůli sériově obrácené diodě.

Tím končí naše vysvětlení týkající se používání tělových diod MOSFET pro nabíjení baterie invertoru prostřednictvím jediného společného transformátoru. Doufejme, že tato myšlenka umožní mnoha fandům postavit levné, kompaktní automatické střídače s vestavěnými nabíječkami baterií pomocí jediného společného transformátoru.