Использование корпусных диодов MOSFET для зарядки батареи в инверторах

В этом посте мы пытаемся понять, как можно использовать внутренние диоды полевых МОП-транзисторов для зарядки аккумулятора через тот же трансформатор, который используется в качестве инверторного трансформатора.

В этой статье мы исследуем концепцию полного мостового инвертора и узнаем, как встроенные диоды его 4 полевых МОП-транзисторов могут быть использованы для зарядки подключенного аккумулятора.

Что такое полный мост или H-мостовой инвертор

В нескольких моих предыдущих постах мы обсуждали схемы полного моста инвертора и относительно их принципа работы.

Как показано на изображении выше, в основном в мостовом инверторе у нас есть набор из 4 полевых МОП-транзисторов, подключенных к выходной нагрузке. Диагонально соединенные пары полевых МОП-транзисторов попеременно переключаются через внешний осциллятор , заставляя входной постоянный ток от батареи преобразовываться в переменный ток или переменный ток для нагрузки.

Нагрузка обычно имеет форму трансформатор , низковольтная первичная обмотка которого соединена с мостом MOSFET для предполагаемого преобразования постоянного тока в переменный.

Обычно 4 N-канальный MOSFET Топология на основе H-моста применяется в полномостовых инверторах, так как эта топология обеспечивает наиболее эффективную работу с точки зрения соотношения компактности и выходной мощности.

Хотя использование 4-канальных инверторов зависит от специализированных драйверные ИС с самонастройка , но эффективность перевешивает сложность, поэтому эти типы широко используются во всех современных полные мостовые инверторы .

Назначение диодов внутреннего корпуса MOSFET

Внутренние диоды корпуса, присутствующие почти во всех современных полевых МОП-транзисторах, в первую очередь используются для защитить устройство от всплесков обратной ЭДС, генерируемых подключенным индуктивная нагрузка , например, трансформатор, двигатель, соленоид и т. д.

Когда индуктивная нагрузка включается через сток MOSFET, электрическая энергия мгновенно накапливается внутри нагрузки, а в следующий момент в качестве МОП-транзистор выключается эта сохраненная ЭДС отбрасывается обратно в обратной полярности от истока MOSFET к стоку, вызывая необратимое повреждение MOSFET.

Наличие внутреннего диода на стоке / истоке устройства предотвращает опасность, позволяя этому всплеску обратной ЭДС проходить через диод, тем самым защищая полевой МОП-транзистор от возможного выхода из строя.

Использование корпусных диодов MOSFET для зарядки аккумулятора инвертора

Мы знаем, что инвертор неполноценен без батареи, и что инверторная батарея неизбежно требует частой зарядки, чтобы поддерживать выход инвертора на высоком уровне и в состоянии ожидания.

Однако для зарядки аккумулятора требуется трансформатор, который должен быть высокой мощности для обеспечения оптимального ток для батареи .

Использование дополнительного трансформатора вместе с инверторным трансформатором может быть довольно громоздким и дорогостоящим. Поэтому поиск техники, в которой тот же инверторный трансформатор применяется для зарядки батарея звучит чрезвычайно выгодно.

К счастью, наличие внутренних диодов корпуса в полевых МОП-транзисторах позволяет переключать трансформатор в режим инвертора, а также в режим зарядного устройства с помощью некоторых простых переключение реле последовательности.

Основная рабочая концепция

На диаграмме ниже мы видим, что каждый полевой МОП-транзистор сопровождается внутренним диодом, подключенным через их контакты стока / истока.

Анод диода соединен с выводом истока, а вывод катода связан с выводом стока устройства. Мы также можем видеть, что, поскольку полевые МОП-транзисторы сконфигурированы в мостовой сети, диоды также конфигурируются в базовой конфигурации. мостовой выпрямитель сетевой формат.

Используется пара реле, реализующих несколько быстрая переналадка для обеспечения возможности зарядки аккумулятора от сети переменного тока через диоды в корпусе MOSFET.

Этот мостовой выпрямитель Сетевое формирование внутренних диодов MOSFET фактически делает процесс использования одного трансформатора в качестве инверторного трансформатора и трансформатора зарядного устройства очень простым.

Направление тока через диоды корпуса MOSFET

На следующем изображении показано направление тока через диоды в корпусе для преобразования переменного тока трансформатора в напряжение зарядки постоянного тока.

При питании от сети переменного тока провода трансформатора меняют полярность поочередно. Как показано на левом изображении, при условии, что ПУСК является положительным проводом, оранжевые стрелки указывают схему протекания тока через D1, батарею, D3 и обратно к ОТДЕЛКУ или отрицательному проводу трансформатора.

Для следующего цикла переменного тока полярность меняется, и ток перемещается, как показано синими стрелками, через основной диод D4, батарею, D2 и обратно к ОТДЕЛКЕ или отрицательному концу обмотки трансформатора. Это продолжает повторяться попеременно, преобразуя оба цикла переменного тока в постоянный и заряжая аккумулятор.

Однако, поскольку в системе также задействованы полевые МОП-транзисторы, необходимо проявлять особую осторожность, чтобы гарантировать, что это устройство не будет повреждено в процессе, и это требует идеальных операций переключения инвертора / зарядного устройства.

Практичный дизайн

На следующей диаграмме показана практическая конструкция для реализации корпусных диодов MOSFET в качестве выпрямителя для зарядка инверторной батареи , с релейными переключателями.

Чтобы обеспечить 100% безопасность полевых МОП-транзисторов в режиме зарядки и при использовании корпусных диодов с трансформатором переменного тока, затворы полевого МОП-транзистора должны находиться под потенциалом земли и полностью отключены от источника постоянного тока.

Для этого мы реализуем две вещи: подключаем резисторы 1 кОм к выводам затвор / исток всех полевых МОП-транзисторов и устанавливаем реле отключения последовательно с линией питания Vcc микросхемы драйвера.

Реле отключения представляет собой релейный контакт SPDT, замыкающие контакты которого соединены последовательно с входом питания ИС драйвера. При отсутствии сети переменного тока замыкающие контакты остаются активными, позволяя питанию батареи достигать ИС драйвера для питания полевых МОП-транзисторов.

Когда имеется сеть переменного тока, это реле переключается к замыкающим контактам, отсекающим IC Vcc от источника питания, обеспечивая тем самым полное отключение полевых МОП-транзисторов от положительного привода.

Мы видим еще один набор контакты реле подключен к трансформатору со стороны сети 220 В. Эта обмотка составляет выход 220В инвертора. Концы обмотки соединены с полюсами реле DPDT, замыкающие и замыкающие контакты которого сконфигурированы для входного переменного тока сети и нагрузки соответственно.

При отсутствии сетевого переменного тока система работает в режиме инвертора, а выходная мощность подается на нагрузку через замыкающие контакты DPDT.

При наличии сетевого входа переменного тока реле активируется на замыкающие контакты, позволяя сетевому переменному току питать трансформатор со стороны 220 В. Это, в свою очередь, возбуждает инверторную сторону трансформатора, и ток проходит через внутренние диоды полевых МОП-транзисторов для зарядки подключенной батареи.

Прежде чем реле DPDT сможет активироваться, реле SPDT должно отключить питание Vcc микросхемы драйвера. Эта небольшая задержка срабатывания между реле SPDT и реле DPDT должна быть обеспечена, чтобы гарантировать 100% безопасность для полевых МОП-транзисторов и для надежной работы инвертор / режим зарядки через корпусные диоды.

Операции переключения реле

Как было предложено выше, при наличии сетевого питания контакт реле SPDT на стороне Vcc должен активироваться за несколько миллисекунд до реле DPDT на стороне трансформатора. Однако при выходе из строя сетевого входа оба реле должны отключиться почти одновременно. Эти условия могут быть реализованы с помощью следующей схемы.

Здесь оперативный источник постоянного тока для катушки реле берется из стандартного Адаптер переменного тока в постоянный , подключенный к электросети.

Это означает, что при наличии переменного тока в сети адаптер переменного / постоянного тока включает реле. Реле SPDT, подключенное непосредственно к источнику постоянного тока, активируется быстрее, чем реле DPDT. Реле DPDT срабатывает через несколько миллисекунд из-за наличия конденсатора 10 Ом и 470 мкФ. Это гарантирует, что ИС драйвера MOSFET будет отключена до того, как трансформатор сможет отреагировать на вход переменного тока сети на стороне 220 В.

При пропадании сетевого переменного тока оба реле выключаются почти одновременно, поскольку конденсатор 470 мкФ теперь не влияет на DPDT из-за последовательного обратного смещения диода.

На этом мы завершаем наше объяснение использования корпусных диодов MOSFET для зарядки инверторной батареи через один общий трансформатор. Надеюсь, эта идея позволит многим любителям создавать дешевые компактные автоматические инверторы со встроенными зарядными устройствами для батарей, используя один общий трансформатор.