Използване на MOSFET корпусни диоди за зареждане на батерията в инвертори

В тази публикация се опитваме да разберем как вътрешните корпусни диоди на MOSFETs могат да бъдат използвани, за да позволят зареждането на батерията чрез същия трансформатор, който се използва като инверторния трансформатор.

В тази статия ще разгледаме концепцията за пълен мостов инвертор и ще научим как вградените диоди на неговите 4 MOSFET-та могат да бъдат приложени за зареждане на свързана батерия.

Какво е пълен мост или H-мостов инвертор

В няколко от по-ранните ми публикации сме обсъждали пълни мостови инверторни вериги и по отношение на техния принцип на работа.

Както е показано на горното изображение, основно, в инвертор с пълен мост имаме набор от 4 MOSFET, свързани към изходния товар. Диагонално свързаните двойки MOSFET се превключват последователно през външен осцилатор , в резултат на което входният DC от батерията се трансформира в променлив ток или AC за товара.

Товарът обикновено е под формата на трансформатор , чийто първичен ниско напрежение е свързан с моста MOSFET за предвидената инверсия DC към AC.

Обикновено 4 N-канален MOSFET базирана топология на H-мост се прилага в инвертори с пълен мост, тъй като тази топология осигурява най-ефективната работа по отношение на съотношението на компактност към изходна мощност.

Въпреки че използването на инвертори с 4 N канали зависи от специализирани драйвери за интегрални схеми с зареждане , но ефективността надвишава сложността, поради което тези видове са широко използвани във всички съвременни инвертори с пълен мост .

Предназначение на MOSFET вътрешни корпусни диоди

Вътрешните диоди на тялото, присъстващи в почти всички съвременни MOSFET-та, са представени предимно предпазвайте устройството от обратни EMF пикове, генерирани от свързан индуктивен товар , като трансформатор, двигател, соленоид и др.

Когато индуктивен товар се включи през MOSFET дренажа, електрическата енергия се съхранява мигновено вътре в товара и през следващия момент като MOSFET се изключва , тази съхранена ЕМП се връща обратно в обратната полярност от MOSFET източника, за да се източи, причинявайки трайна повреда на MOSFET.

Наличието на вътрешен корпусен диод през канализацията / източника на устройството осуетява опасността, като позволява на този обратен EMF шип директен път през диода, като по този начин предпазва MOSFET от възможна повреда.

Използване на MOSFET корпусни диоди за зареждане на инверторна батерия

Знаем, че инверторът е непълен без батерия, а инверторната батерия неизбежно изисква често зареждане, за да поддържа изхода на инвертора в допълнение и в режим на готовност.

За зареждането на батерия обаче е необходим трансформатор, който трябва да бъде с висока мощност, за да се гарантира оптимално ток за батерията .

Използването на допълнителен трансформатор заедно с инверторния трансформатор може да бъде доста обемно и скъпо. Следователно намиране на техника, при която за зареждане се прилага същият инверторен трансформатор батерията звучи изключително полезно.

Наличието на вътрешни корпусни диоди в MOSFETs за щастие позволява трансформаторът да бъде превключен в режим на инвертор, а също и в режим на зарядно устройство на батерията, чрез някои лесни смяна на релета последователности.

Основна работна концепция

На диаграмата по-долу можем да видим, че всеки MOSFET е придружен от вътрешен корпусен диод, свързан през техните изходящи / източващи щифтове.

Анодът на диода е свързан с щифта на източника, докато катодният щифт е свързан с дренажния щифт на устройството. Също така можем да видим, че тъй като MOSFET са конфигурирани в мостова мрежа, диодите също се конфигурират в основен пълномостов изправител мрежов формат.

Използват се няколко релета, които изпълняват няколко бърза смяна за разрешаване на мрежовия променлив ток да зарежда батерията чрез MOSFET корпусните диоди.

Това мостов токоизправител формирането на мрежата на вътрешните диоди на MOSFET всъщност прави процеса на използване на единичен трансформатор като инверторен трансформатор и трансформатор на зарядно устройство много лесен.

Текуща посока на потока през MOSFET корпусните диоди

Следващото изображение показва посоката на токовия поток през корпусните диоди за изправяне на трансформатора на променлив ток към постояннотоково зареждащо напрежение

При захранване с променлив ток проводниците на трансформатора променят полярността си последователно. Както е показано на лявото изображение, приемайки START като положителен проводник, оранжевите стрелки показват схемата на протичане на тока през D1, батерията, D3 и обратно към FINISH или отрицателния проводник на трансформатора.

За следващия цикъл на променлив ток полярността се обръща и токът се движи, както е показано от сините стрелки през корпуса на диода D4, батерията, D2 и обратно към FINISH или отрицателния край на намотката на трансформатора. Това продължава да се повтаря последователно, превръщайки и двата AC цикъла в DC и зареждайки батерията.

Тъй като обаче в системата са включени и MOSFET транзистори, трябва да се внимава изключително много, за да се гарантира, че тези устройства няма да се повредят в процеса, а това изисква перфектни операции за смяна на инвертор / зарядно устройство.

Практически дизайн

Следващата диаграма показва практичен дизайн, създаден за внедряване на MOSFET корпусни диоди като токоизправител за зареждане на инверторна батерия , с превключватели за превключване на релета.

За да се осигури 100% безопасност за MOSFET в режим на зареждане и докато се използват корпусните диоди с трансформатора AC, портите на MOSFET трябва да се държат в потенциала на земята и да бъдат напълно откъснати от захранващия DC.

За това ние прилагаме две неща, свързваме 1 k резистори през щифтовете на портата / източника на всички MOSFET и поставяме реле за изключване последователно с Vcc захранващата линия на драйвера IC.

Прекъсващото реле е контакт на реле SPDT с неговите N / C контакти, свързани последователно с входа на захранващата интегрална схема. При липса на променливотоково захранване, N / C контактите остават активни, позволявайки захранването на батерията да достигне интегралната схема на драйвера за захранване на MOSFET.

Когато е наличен мрежов променлив ток, това релето се сменя към N / O контактите, които отрязват IC Vcc от източника на захранване, като по този начин осигуряват пълно изключване на MOSFET-ите от положителното задвижване.

Можем да видим друг набор от релейни контакти свързан към трансформатора 220 V мрежова страна. Тази намотка представлява изходната 220V страна на инвертора. Краищата на намотките са свързани с полюсите на реле DPDT, чиито N / O и N / C контакти са конфигурирани съответно с входа на мрежовата мрежа AC и товара.

При липса на мрежова мрежа от променлив ток системата работи в режим на инвертор и изходната мощност се доставя на товара чрез N / C контактите на DPDT.

При наличие на променлив вход на мрежата, релето се активира към N / O контакти, позволявайки на мрежата AC да захранва 220V страната на трансформатора. Това от своя страна захранва инверторната страна на трансформатора и токът може да премине през корпусните диоди на MOSFET за зареждане на прикрепената батерия.

Преди релето DPDT да може да се активира, релето SPDT трябва да отреже Vcc на IC на драйвера от захранването. Това леко забавяне при активиране между релето SPDT и релето DPDT трябва да бъде осигурено, за да се гарантира 100% безопасност за MOSFET и за доброто функциониране на инвертор / режим на зареждане чрез телесните диоди.

Операции за превключване на релета

Както е предложено по-горе, когато е налично мрежово захранване, контактният реле SPDT от страна на Vcc трябва да се активира няколко милисекунди преди релето DPDT, от страната на трансформатора. Когато обаче мрежовият вход откаже, и двете релета трябва да се изключат почти едновременно. Тези условия могат да бъдат приложени, като се използва следната схема.

Тук оперативното захранване за релейната намотка се получава от стандарт AC към DC адаптер , включен в мрежата.

Това означава, че когато е наличен мрежов променлив ток, AC / DC адаптерът включва релетата. Релето SPDT, свързано директно към DC захранването, се активира бързо, преди релето DPDT да може. Релето DPDT се активира няколко милисекунди по-късно поради наличието на 10 ома и кондензатора 470 uF. Това гарантира, че интегралната схема на драйвера на MOSFET е деактивирана, преди трансформаторът да може да реагира на мрежовия променлив вход от своята 220 V страна.

Когато мрежовият променлив ток откаже, и двете релета се изключват почти едновременно, тъй като кондензаторът 470uF вече няма ефект върху DPDT поради серийния обратен пристрастен диод.

Това завършва нашето обяснение относно използването на MOSFET корпусни диоди за зареждане на инверторна батерия чрез един общ трансформатор. Надяваме се, че идеята ще позволи на много любители да изградят евтини, компактни автоматични инвертори с вградени зарядни устройства за батерии, като използват един общ трансформатор.