Bruke MOSFET kroppsdioder til å lade batteri i omformere

I dette innlegget prøver vi å forstå hvordan de interne kroppsdiodene til MOSFET kan utnyttes for å muliggjøre lading av batteri gjennom den samme transformatoren som brukes som inverterstransformatoren.

I denne artikkelen vil vi undersøke et fullstendig broinverterkonsept og lære hvordan de innebygde diodene til de 4 MOSFET-ene kan brukes til å lade et tilkoblet batteri.

Hva er en Full Bridge eller H-Bridge inverter

I noen få av mine tidligere innlegg har vi diskutert full bro inverter kretser og om deres arbeidsprinsipp.

Som vist i bildet ovenfor, har vi i grunn i en fullbro-inverter et sett med 4 MOSFET-er koblet til utgangsbelastningen. De diagonalt tilkoblede MOSFET-parene byttes vekselvis gjennom en ekstern oscillator , noe som får inngangsstrømmen fra batteriet til å transformere til en vekselstrøm eller vekselstrøm for lasten.

Lasten er normalt i form av en transformator , hvis primære lavspenning er koblet til MOSFET-broen for den tiltenkte DC til AC-inversjonen.

Vanligvis er 4 N-kanal MOSFET Den baserte H-brotopologien brukes i fullbroomformere, siden denne topologien gir det mest effektive arbeidet når det gjelder forholdet mellom kompaktitet og effekt.

Selv om bruk av 4 N kanalomformere er avhengig av spesialisering driver-IC-er med bootstrapping , men effektiviteten overveier kompleksiteten, og derfor brukes disse typene populært i alle moderne full broomformere .

Formål med MOSFET interne kroppsdioder

De indre kroppsdioder som er tilstede i nesten alle moderne MOSFET-er, blir først og fremst introdusert for beskytte enheten fra omvendte EMF-pigger generert fra en tilkoblet induktiv belastning , for eksempel en transformator, motor, solenoid etc.

Når en induktiv last slås PÅ gjennom MOSFET-avløpet, lagres elektrisk energi øyeblikkelig inne i lasten, og i neste øyeblikk som MOSFET slås AV , blir denne lagrede EMF sparket tilbake i omvendt polaritet fra MOSFET-kilden for å renne, og forårsaker permanent skade på MOSFET.

Tilstedeværelsen av en indre kroppsdiode over avløpet / kilden til enheten forstyrrer faren ved å tillate at denne bakre emf spiker en direkte vei gjennom dioden, og dermed beskytte MOSFET fra en mulig sammenbrudd.

Bruke MOSFET kroppsdioder til lading av inverterbatteri

Vi vet at en inverter er ufullstendig uten batteri, og et inverterbatteri krever uunngåelig lading ofte for å holde omformerens utgang toppet og i standbytilstand.

Å lade et batteri krever imidlertid en transformator, som må være av høy effekt for å sikre optimal strøm for batteriet .

Å bruke en ekstra transformator i forbindelse med invertertransformatoren kan også være ganske klumpete og kostbar. Derfor å finne en teknikk der samme omformertransformator brukes for lading batteriet høres ekstremt gunstig ut.

Tilstedeværelsen av interne kroppsdioder i MOSFET gjør det heldigvis mulig for transformatoren å bli slått i omformermodus og også i batteriladermodus, gjennom noen enkle stafettbytter sekvenser.

Grunnleggende arbeidskonsept

I diagrammet nedenfor kan vi se at hver MOSFET er ledsaget av en indre kroppsdiode, koblet over avløps- / kildepinnene.

Diodenes anode er koblet til kildepinnen, mens katodepinnen er forbundet med avløpstappen til enheten. Vi kan også se at siden MOSFETene er konfigurert i et koblet nettverk, blir diodene også konfigurert i en grunnleggende fullbro-likeretter nettverksformat.

Det brukes et par reléer som implementerer noen få raske bytter for å gjøre det mulig for strømnettet å lade batteriet via MOSFET-kroppsdioder.

Dette bro likeretter nettverksdannelse av MOSFET interne dioder gjør faktisk prosessen med å bruke en enkelt transformator som omformertransformator og ladetransformator veldig grei.

Gjeldende strømningsretning gjennom MOSFET kroppsdioder

Følgende bilde viser retningen på strømmen gjennom kroppsdioder for å rette transformatoren AC til en DC-ladningsspenning

Med vekselstrømforsyning endrer transformatorledningene polariteten vekselvis. Som vist på venstre bilde, forutsatt START som positiv ledning, indikerer de oransje pilene strømningsmønsteret for strøm via D1, batteri, D3 og tilbake til FINISH eller negativ ledning til transformatoren.

For neste vekselstrømssyklus reverserer polariteten, og strømmen beveger seg som indikert av de blå pilene via kroppsdiode D4, batteri, D2 og tilbake til FINISH eller den negative enden av transformatorviklingen. Dette gjentas vekselvis, og transformerer både vekselstrømssyklusene til likestrøm og lader batteriet.

Siden MOSFETs også er involvert i systemet, må det utvises ekstrem forsiktighet for å sikre at disse enhetene ikke blir skadet i prosessen, og dette krever en perfekt omformer- / laderomgang.

Praktisk design

Følgende diagram viser en praktisk utforming for implementering av MOSFET kroppsdioder som en likeretter for lade et inverterbatteri , med relébytterbrytere.

For å sikre 100% sikkerhet for MOSFETene i lademodus og mens du bruker kroppsdioder med transformatoren AC, må MOSFET-portene holdes på bakken og være helt avskåret fra strømforsyningen.

For dette implementerer vi to ting, kobler 1 k motstander over porten / kildepinnene til alle MOSFETene, og setter et avskjæringsrelé i serie med Vcc-forsyningslinjen til driver IC.

Avskjæringsreléet er en SPDT-relékontakt med N / C-kontaktene koblet i serie med driverens IC-inngang. I fravær av strømnettet forblir N / C-kontaktene aktive slik at batteriforsyningen når driver IC for å drive MOSFET-ene.

Når strømnettet er tilgjengelig, er dette stafett skifter over til N / O-kontaktene kutte IC Vcc fra strømkilden, og dermed sikre en total avskjæring for MOSFET fra den positive stasjonen.

Vi kan se et annet sett med relékontakter koblet til transformatorens 220 V netside. Denne viklingen utgjør omformerens 220V-side. Oppviklingsendene er forbundet med polene til et DPDT-relé, hvis N / O og N / C-kontakter er konfigurert med henholdsvis nettinngang AC og belastning.

I fravær av strømnettet AC fungerer systemet i omformermodus, og kraftuttaket leveres til lasten via N / C-kontaktene til DPDT.

I nærvær av en AC-nettinngang aktiveres reléet til N / O-kontakter, slik at nettet AC får strøm til 220V-siden av transformatoren. Dette aktiverer omformersiden av transformatoren, og strømmen får passere gjennom kroppsdioder på MOSFET for å lade det tilkoblede batteriet.

Før DPDT-reléet er i stand til å aktiveres, er det ment at SPDT-reléet skal kutte Vcc for driver IC fra forsyningen. Denne lette forsinkelsen i aktivering mellom SPDT-reléet og DPDT-reléet må sikres for å garantere 100% sikkerhet for MOSFET-ene og for lydoperasjonen til inverter / lademodus via kroppsdioder.

Reléovergangsoperasjoner

Som foreslått ovenfor, når strømforsyningen er tilgjengelig, bør VDC-siden SPDT-relékontakten aktiveres noen millisekunder før DPDT-reléet, på transformatorsiden. Imidlertid, når strøminngangen mislykkes, må begge reléene slå seg AV nesten samtidig. Disse forholdene kan implementeres ved hjelp av følgende krets.

Her er den operasjonelle likestrømstilførselen til reléspolen anskaffet fra en standard AC til DC adapter , koblet til strømnettet.

Dette betyr at når nett AC er tilgjengelig, slår AC / DC-adapteren PÅ reléene. SPDT-reléet som kobles direkte til DC-forsyningen, aktiveres raskt før DPDT-reléet kan. DPDT-reléet aktiveres noen millisekunder senere på grunn av tilstedeværelsen av 10 ohm og 470 uF kondensatoren. Dette sikrer at MOSFET-driver IC deaktiveres før transformatoren er i stand til å svare på nettstrøminngangen på 220 V-siden.

Når strømnettet svikter, slås begge reléene AV nesten samtidig, siden 470uF-kondensatoren nå ikke har noen innvirkning på DPDT på grunn av seriens omvendt forspente diode.

Dette avslutter vår forklaring om bruk av MOSFET-kroppsdioder for lading av et inverterbatteri gjennom en enkelt vanlig transformator. Forhåpentligvis vil ideen tillate de mange hobbyfolk å bygge billige, kompakte automatiske omformere med innebygde batteriladere, ved hjelp av en vanlig transformator.