Brug af MOSFET-kropsdioder til at oplade batteri i omformere

I dette indlæg forsøger vi at forstå, hvordan de interne kropsdioder af MOSFET'er kunne udnyttes til at muliggøre opladning af batteri gennem den samme transformer, som bruges som invertertransformatoren.

I denne artikel vil vi undersøge et komplet broinverter-koncept og lære, hvordan de indbyggede dioder i dets 4 MOSFET'er kan anvendes til opladning af et tilsluttet batteri.

Hvad er en Full Bridge eller H-Bridge inverter

I nogle få af mine tidligere indlæg har vi diskuteret fuld bro inverter kredsløb og med hensyn til deres arbejdsprincip.

Som vist på ovenstående billede har vi stort set i en fuldbro-inverter et sæt på 4 MOSFET'er tilsluttet outputbelastningen. De diagonalt tilsluttede MOSFET-par skiftes skiftevis via en ekstern oscillator , hvilket får indgangsstrømmen fra batteriet til at omdannes til en vekselstrøm eller vekselstrøm til belastningen.

Belastningen er normalt i form af en transformer , hvis primære lavspænding er forbundet med MOSFET-broen til den tilsigtede DC til AC-inversion.

Typisk er 4 N-kanal MOSFET baseret H-bro topologi anvendes i komplette broomformere, da denne topologi giver det mest effektive arbejde med hensyn til kompakthed til effektudgangsforhold.

Selvom brug af 4 N kanalomformere afhænger af specialiserede driver-IC'er med bootstrapping , alligevel overvejer effektiviteten kompleksiteten, derfor er disse typer populært anvendt i alle moderne fuld broomformere .

Formål med MOSFET interne kropsdioder

De interne kropsdioder, der findes i næsten alle moderne MOSFET'er, introduceres primært til beskytte enheden fra omvendte EMF-spidser genereret fra en tilsluttet induktiv belastning , såsom en transformer, motor, solenoid osv.

Når en induktiv belastning tændes gennem MOSFET-afløbet, lagres elektrisk energi øjeblikkeligt inde i lasten og i det næste øjeblik som MOSFET slukker , sparkes denne lagrede EMF tilbage i omvendt polaritet fra MOSFET-kilden for at dræne, hvilket forårsager en permanent skade på MOSFET.

Tilstedeværelsen af ​​en intern kropsdiode på tværs af enhedens afløb / kilde udrydder faren ved at lade denne bageste emf spike en direkte vej gennem dioden og dermed beskytte MOSFET mod en mulig sammenbrud.

Brug af MOSFET-kropsdioder til opladning af inverterbatteri

Vi ved, at en inverter er ufuldstændig uden batteri, og at et inverterbatteri uundgåeligt kræver opladning ofte for at holde inverterudgangen påfyldt og i standbytilstand.

Opladning af et batteri kræver dog en transformer, som skal være af høj effekt for at sikre optimal strøm til batteriet .

Brug af en ekstra transformer i forbindelse med invertertransformatoren kan også være ret omfangsrig og dyr. Derfor finde en teknik, hvor samme invertertransformator anvendes til opladning batteriet lyder ekstremt gavnligt.

Tilstedeværelsen af ​​de interne kropsdioder i MOSFETs gør det heldigvis muligt for transformeren at blive skiftet i invertertilstand og også i batteriopladertilstand gennem nogle nemme relæskift sekvenser.

Grundlæggende arbejdskoncept

I diagrammet nedenfor kan vi se, at hver MOSFET ledsages af en intern kropsdiode, der er forbundet over deres afløbs- / kildestifter.

Diodeens anode er forbundet med kildestiften, mens katodestiften er forbundet med enhedens afløbstap. Vi kan også se, at da MOSFET'erne er konfigureret i et bronetværk, bliver dioderne også konfigureret i en grundlæggende fuldbro ensretter netværksformat.

Et par relæer er ansat, som implementerer et par få hurtige omstillinger til at gøre det muligt for AC-nettet at oplade batteriet via MOSFET-kropsdioderne.

Det her bro ensretter netværksdannelse af de interne MOSFET-dioder gør faktisk processen med at bruge en enkelt transformer som en invertertransformator og opladertransformator meget ligetil.

Nuværende strømningsretning gennem MOSFET-kropsdioder

Det følgende billede viser retningen af ​​strømmen gennem kropsdioderne til at rette transformatoren AC til en jævnstrømsopladningsspænding

Med en vekselstrømforsyning ændrer transformatorledningerne deres polaritet skiftevis. Som vist på det venstre billede, forudsat at START antages som den positive ledning, indikerer de orange pile strømningsmønstret for strømmen via D1, batteri, D3 og tilbage til FINISH eller den negative ledning på transformeren.

I den næste vekselstrømscyklus vender polariteten, og strømmen bevæger sig som angivet af de blå pile via kropsdiode D4, batteri, D2 og tilbage til FINISH eller den negative ende af transformatorviklingen. Dette gentages skiftevis, transformerer både vekselstrømscyklusser til jævnstrøm og oplader batteriet.

Da MOSFET'er også er involveret i systemet, skal der dog udvises ekstrem forsigtighed for at sikre, at denne enhed ikke bliver beskadiget under processen, og dette kræver en perfekt omskiftning af inverter / oplader.

Praktisk design

Følgende diagram viser et praktisk design, der er konfigureret til implementering af MOSFET-kropsdioder som ensretter til opladning af et inverterbatteri , med relæomskifter.

For at sikre 100% sikkerhed for MOSFET'erne i opladningstilstand, og mens du bruger kropsdioder med transformatoren AC, skal MOSFET-porte holdes ved jordpotentialet og være helt afskåret fra forsyningsstrømmen.

Til dette implementerer vi to ting, forbinder 1 k modstande på tværs af porten / kildestifterne på alle MOSFET'erne og sætter et afskæringsrelæ i serie med Vcc-forsyningslinjen til driver IC.

Afskæringsrelæet er en SPDT-relækontakt med sine N / C-kontakter, der er forbundet i serie med driverens IC-forsyningsindgang. I mangel af vekselstrømforsyning forbliver N / C-kontakterne aktive, så batteriforsyningen når driver IC til at drive MOSFET'erne.

Når lysnettet er tilgængeligt, er dette relæet skifter over til N / O-kontakterne, der afskærer IC Vcc fra strømkilden, hvilket sikrer en total afskæring for MOSFET'erne fra det positive drev.

Vi kan se et andet sæt relækontakter tilsluttet transformerens 220 V netside. Denne vikling udgør omformerens udgang 220V side. Opviklingsenderne er forbundet med polerne på et DPDT-relæ, hvis N / O- og N / C-kontakter er konfigureret med henholdsvis lysnetindgang AC og belastning.

I fravær af AC-net fungerer systemet i invertertilstand, og effektudgangen leveres til belastningen via DPDT's N / C-kontakter.

I nærvær af en AC-netindgang aktiveres relæet til N / O-kontakter, der tillader nettet AC at drive transformerens 220V-side. Dette aktiverer igen omformersiden af ​​transformeren, og strømmen får lov til at passere gennem kropsdioderne på MOSFET'erne til opladning af det tilsluttede batteri.

Inden DPDT-relæet er i stand til at aktivere, skal SPDT-relæet afskære drivercc's Vcc fra forsyningen. Denne lille forsinkelse i aktivering mellem SPDT-relæet og DPDT-relæet skal sikres for at garantere 100% sikkerhed for MOSFET'erne og for lydfunktionerne i inverter / opladningstilstand via kropsdioderne.

Relæskifteoperationer

Som foreslået ovenfor, når netforsyningen er tilgængelig, skal SPDT-relækontakt på Vcc-siden aktiveres et par millisekunder før DPDT-relæet på transformersiden. Men når lysindgangen mislykkes, skal begge relæer slukke næsten samtidigt. Disse betingelser kunne implementeres ved hjælp af følgende kredsløb.

Her erhverves den operationelle jævnstrømsforsyning til relæspolen fra en standard AC til DC adapter , tilsluttet netnettet.

Dette betyder, at når AC-net er tilgængeligt, tænder AC / DC-adapteren relæerne TIL. SPDT-relæet, der er tilsluttet direkte til DC-forsyningen, aktiveres hurtigt, før DPDT-relæet kan. DPDT-relæet aktiveres et par millisekunder senere på grund af tilstedeværelsen af ​​10 ohm og 470 uF kondensatoren. Dette sikrer, at MOSFET-driver IC er deaktiveret, før transformeren er i stand til at reagere på AC-indgangen på 220 V-siden.

Når lysnettet ikke fungerer, slukkes begge relæer næsten samtidigt, da 470uF kondensatoren nu ikke har nogen indvirkning på DPDT på grund af den omvendte forspændte diode i serien.

Dette afslutter vores forklaring vedrørende brug af MOSFET-kropsdioder til opladning af et inverterbatteri gennem en enkelt fælles transformer. Forhåbentlig vil ideen give de mange hobbyfolk mulighed for at bygge billige, kompakte automatiske invertere med indbyggede batteriopladere ved hjælp af en enkelt fælles transformer.