Používanie telových diód MOSFET na nabíjanie batérie v striedačoch

V tomto príspevku sa snažíme pochopiť, ako by sa dali využiť vnútorné telové diódy MOSFET na umožnenie nabíjania batérie rovnakým transformátorom, aký sa používa ako invertorový transformátor.

V tomto článku sa budeme zaoberať úplnou koncepciou premosťovacieho mostíka a zistíme, ako by sa dali zabudované diódy jeho 4 MOSFET použiť na nabíjanie pripojenej batérie.

Čo je to Full Bridge alebo H-Bridge Inverter

V niekoľkých mojich predchádzajúcich príspevkoch sme diskutovali plné mostné obvody invertora a pokiaľ ide o ich pracovný princíp.

Ako je znázornené na vyššie uvedenom obrázku, v zásade máme v invertore s úplným premostením sadu 4 MOSFET pripojených k výstupnej záťaži. Diagonálne spojené páry MOSFET sú striedavo prepínané cez externý oscilátor , čo spôsobí, že sa vstupný DC z batérie transformuje na striedavý prúd alebo striedavý prúd pre záťaž.

Zaťaženie je zvyčajne vo forme a transformátor , ktorého primárne nízke napätie je spojené s mostom MOSFET pre zamýšľanú inverziu jednosmerného prúdu na striedavý prúd.

Typicky 4 N-kanálový MOSFET topológia H-mostov založená na H-moste sa používa v úplných mostíkových invertoroch, pretože táto topológia poskytuje najefektívnejšiu prácu z hľadiska pomeru kompaktnosti k výkonu.

Aj keď použitie 4 N kanálových invertorov závisí od špecializovaného integrované obvody vodiča s bootstrapping , ale účinnosť prevažuje nad zložitosťou, preto sa tieto typy populárne používajú vo všetkých moderných zariadeniach plné mostové invertory .

Účel vnútorných telových diód MOSFET

Vnútorné telové diódy prítomné takmer vo všetkých moderných MOSFEToch sú primárne predstavené chráňte prístroj z reverzných špičiek EMF generovaných z pripojeného indukčné zaťaženie , ako je transformátor, motor, solenoid atď.

Keď je indukčná záťaž zapnutá cez odtok MOSFET, elektrická energia sa okamžite uloží do záťaže a v nasledujúcom okamihu ako MOSFET sa vypne , tento uložený EMF je spätne nakopnutý v opačnej polarite zo zdroja MOSFET na odtok, čo spôsobí trvalé poškodenie MOSFET.

Prítomnosť vnútornej diódy tela cez odtok / zdroj prístroja zmarí nebezpečenstvo tým, že umožní tomuto spätnému emf hrotu priamu cestu cez diódu, čím chráni MOSFET pred možným rozpadom.

Používanie telových diód MOSFET na nabíjanie invertorovej batérie

Vieme, že invertor je bez batérie nekompletný a batéria invertora nevyhnutne vyžaduje časté nabíjanie, aby sa udržal výkon meniča nabitý a v pohotovostnom stave.

Nabíjanie batérie si však vyžaduje transformátor, ktorý musí byť zaistený optimálnym výkonom s vysokým príkonom prúd pre batériu .

Použitie prídavného transformátora v spojení s invertorovým transformátorom môže byť tiež dosť objemné a nákladné. Preto hľadanie techniky, pri ktorej na nabíjanie sa používa rovnaký invertorový transformátor batéria znie mimoriadne prospešne.

Prítomnosť vnútorných telových diód v MOSFEToch našťastie umožňuje prepínanie transformátora v režime invertora a tiež v režime nabíjania batérie prostredníctvom niekoľkých ľahkých prepínače relé sekvencie.

Základná pracovná koncepcia

Na nižšie uvedenom diagrame vidíme, že každý MOSFET je doplnený vnútornou diódou tela pripojenou cez ich odtokové / zdrojové piny.

Anóda diódy je spojená so zdrojovým kolíkom, zatiaľ čo katódový kolík je spojený s odtokovým kolíkom zariadenia. Vidíme tiež, že keďže MOSFETy sú konfigurované v premostenej sieti, diódy sa tiež konfigurujú v základnej full-bridge usmerňovač sieťový formát.

Je použitých niekoľko relé, ktoré implementujú niekoľko rýchle výmeny na umožnenie sieťovej siete AC nabíjať batériu prostredníctvom telových diód MOSFET.

Toto mostový usmerňovač Vytvorenie siete vnútorných diód MOSFET v skutočnosti robí proces použitia jediného transformátora ako invertorového transformátora a nabíjacieho transformátora veľmi jednoduchým.

Smer súčasného prietoku cez telové diódy MOSFET

Nasledujúci obrázok ukazuje smer toku prúdu telovými diódami na usmernenie transformátora striedavého prúdu na jednosmerné nabíjacie napätie

Pri sieťovom napájaní striedavo menia vodiče transformátora svoju polaritu. Ako je znázornené na ľavom obrázku, za predpokladu, že ŠTART je kladný vodič, oranžové šípky označujú tok toku prúdu cez D1, batériu, D3 a späť k FINISH alebo zápornému vodiču transformátora.

V nasledujúcom cykle striedavého prúdu sa polarita obráti a prúd sa bude pohybovať, ako je naznačené modrými šípkami, cez diódu tela D4, batériu, D2 a späť na koniec alebo záporný koniec vinutia transformátora. Stále sa to striedavo opakuje, obidva cykly striedavého prúdu sa transformujú na jednosmerný prúd a nabíja sa batéria.

Pretože sú však do systému zapojené aj MOSFETy, je potrebné venovať mimoriadnu pozornosť tomu, aby sa zariadenie počas procesu nepoškodilo, čo si vyžaduje dokonalé operácie výmeny striedača / nabíjačky.

Praktický dizajn

Nasledujúca schéma zobrazuje praktický návrh nastavenia implementácie telových diód MOSFET ako usmerňovača pre nabíjanie invertorovej batérie , s prepínačmi relé.

Na zaistenie 100% bezpečnosti pre MOSFET v režime nabíjania a pri použití telových diód s transformátorom AC musia byť brány MOSFET držané na potenciáli zeme a úplne odpojené od napájacieho zdroja DC.

Za týmto účelom implementujeme dve veci, spojíme rezistory 1 k cez piny hradla / zdroja všetkých MOSFETov a sériové vypínacie relé s napájacím vedením Vcc integrovaného obvodu vodiča.

Vypínacie relé je kontakt relé SPDT s jeho rozpínacími kontaktmi zapojenými do série s napájacím vstupom integrovaného obvodu vodiča. Ak nie je k dispozícii sieť AC, kontakty N / C zostávajú aktívne, čo umožňuje napájaniu batérie dosiahnuť IC vodiča pre napájanie MOSFETov.

Ak je k dispozícii sieťové napájanie, toto relé sa prepína na N / O kontakty odrezávajúce IC Vcc od zdroja energie, čím zaisťuje úplné odpojenie MOSFET od pozitívneho pohonu.

Môžeme vidieť ďalšiu sadu reléové kontakty pripojený k sieťovej strane transformátora 220 V. Toto vinutie predstavuje výstupnú stranu striedača 220 V. Konce vinutí sú spojené s pólmi relé DPDT, ktorých kontakty N / O a N / C sú konfigurované so vstupom AC do siete a so záťažou.

Ak nie je k dispozícii sieťová sieť AC, systém pracuje v režime invertora a výstupný výkon sa dodáva do záťaže prostredníctvom rozpínacích kontaktov DPDT.

Za prítomnosti sieťového vstupu AC sa relé aktivuje na kontakty N / O, čo umožňuje sieti AC napájať 220V stranu transformátora. Toto zase napája invertorovú stranu transformátora a prúd môže prechádzať telovými diódami MOSFETov na nabíjanie pripojenej batérie.

Predtým, ako je relé DPDT schopné aktivovať, má relé SPDT odpojiť Vcc IC vodiča od napájania. Toto malé oneskorenie v aktivácii medzi relé SPDT a relé DPDT musí byť zabezpečené, aby sa zaručila 100% bezpečnosť pre MOSFET a pre zvukové operácie režim invertor / nabíjanie cez telové diódy.

Operácie výmeny relé

Ako je navrhnuté vyššie, ak je k dispozícii sieťové napájanie, kontakt relé SPDT na strane Vcc by sa mal aktivovať niekoľko milisekúnd pred relé DPDT na strane transformátora. Ak však dôjde k výpadku sieťového vstupu, musia sa obidve relé vypnúť takmer súčasne. Tieto podmienky je možné implementovať pomocou nasledujúceho obvodu.

Tu sa prevádzkové jednosmerné napájanie pre cievku relé získava zo štandardu AC / DC adaptér , zapojený do elektrickej siete.

To znamená, že keď je k dispozícii sieť AC, AC / DC adaptér zapne relé. Relé SPDT, ktoré je pripojené priamo k zdroju jednosmerného prúdu, sa aktivuje rýchlo skôr, ako relé DPDT dokáže. Relé DPDT sa aktivuje o niekoľko milisekúnd neskôr kvôli prítomnosti 10 ohmov a 470 uF kondenzátora. To zaisťuje, že IC MOSFET drivera je deaktivovaný skôr, ako je transformátor schopný reagovať na sieťový AC vstup na jeho 220 V strane.

Keď dôjde k výpadku sieťového napájania, obidve relé sa vypnú takmer súčasne, pretože kondenzátor 470uF teraz nemá žiadny vplyv na DPDT kvôli sériovo obrátenej dióde.

Týmto sa končí naše vysvetlenie týkajúce sa použitia telových diód MOSFET na nabíjanie batérie invertora prostredníctvom jedného spoločného transformátora. Dúfajme, že táto myšlienka umožní mnohým fanúšikom zostaviť lacné, kompaktné automatické invertory so zabudovanými nabíjačkami batérií pomocou jediného spoločného transformátora.