Używanie diod korpusu MOSFET do ładowania akumulatora w falownikach

W tym poście staramy się zrozumieć, w jaki sposób można wykorzystać wewnętrzne diody MOSFET do umożliwienia ładowania akumulatora przez ten sam transformator, który jest używany jako transformator falownika.

W tym artykule zbadamy koncepcję falownika z pełnym mostkiem i dowiemy się, w jaki sposób wbudowane diody 4 tranzystorów MOSFET można zastosować do ładowania podłączonego akumulatora.

Co to jest falownik z pełnym mostkiem lub mostkiem H.

W kilku z moich wcześniejszych postów omówiliśmy obwody falownika z pełnym mostkiem oraz w odniesieniu do ich zasady działania.

Jak widać na powyższym obrazku, w zasadzie w falowniku z pełnym mostkiem mamy zestaw 4 tranzystorów MOSFET podłączonych do obciążenia wyjściowego. Pary MOSFET połączone ukośnie są na przemian przełączane przez zewnętrzny oscylator powodując transformację wejściowego prądu stałego z akumulatora w prąd przemienny lub prąd przemienny dla obciążenia.

Obciążenie ma zwykle postać transformator , którego pierwotna strona niskonapięciowa jest połączona z mostkiem MOSFET w celu zamierzonej inwersji DC / AC.

Zwykle 4 N-kanałowy MOSFET oparta na mostku H jest stosowana w falownikach z pełnym mostkiem, ponieważ ta topologia zapewnia najbardziej wydajną pracę pod względem stosunku zwartości do mocy wyjściowej.

Chociaż użycie falowników 4 N kanałowych zależy od wyspecjalizowanych układy scalone sterownika z bootstrap , jednak wydajność przeważa nad złożonością, stąd te typy są powszechnie stosowane we wszystkich nowoczesnych falowniki z pełnym mostkiem .

Przeznaczenie wewnętrznych diod MOSFET

Wprowadzane są głównie diody wewnętrzne obecne w prawie wszystkich współczesnych tranzystorach MOSFET zabezpieczyć urządzenie z odwrotnych impulsów EMF generowanych z podłączonego obciążenie indukcyjne takie jak transformator, silnik, solenoid itp.

Kiedy obciążenie indukcyjne jest włączane przez dren MOSFET, energia elektryczna jest natychmiast magazynowana wewnątrz obciążenia, aw następnej chwili jako MOSFET WYŁĄCZA SIĘ , ta zmagazynowana EMF jest odrzucana z powrotem w odwrotnej polaryzacji ze źródła MOSFET do drenażu, powodując trwałe uszkodzenie MOSFET.

Obecność wewnętrznej diody ciała w poprzek drenu / źródła urządzenia niweluje niebezpieczeństwo, umożliwiając temu tylnemu impulsowi emf bezpośrednią ścieżkę przez diodę, chroniąc w ten sposób MOSFET przed możliwą awarią.

Używanie diod korpusu MOSFET do ładowania akumulatora falownika

Wiemy, że falownik jest niekompletny bez akumulatora, a akumulator falownika nieuchronnie wymaga częstego ładowania, aby utrzymać napięcie wyjściowe falownika w stanie gotowości.

Jednak ładowanie akumulatora wymaga transformatora, który musi być typu o dużej mocy, aby zapewnić optymalną wydajność prąd dla akumulatora .

Stosowanie dodatkowego transformatora w połączeniu z transformatorem inwerterowym może być również dość nieporęczne i kosztowne. Dlatego znalezienie techniki, w której ten sam transformator falownika jest stosowany do ładowania bateria brzmi niezwykle korzystnie.

Obecność wewnętrznych diod korpusu w tranzystorach MOSFET na szczęście umożliwia przełączanie transformatora w trybie falownika, a także w trybie ładowarki akumulatora, poprzez kilka łatwych przełączenia przekaźników sekwencje.

Podstawowa koncepcja pracy

Na poniższym schemacie widzimy, że każdemu tranzystorowi MOSFET towarzyszy wewnętrzna dioda korpusu, połączona przez ich styki drenu / źródła.

Anoda diody jest połączona z bolcem źródłowym, natomiast bolec katody jest powiązany z bolcem spustowym urządzenia. Widzimy również, że skoro tranzystory MOSFET są skonfigurowane w sieci mostkowej, diody również konfigurowane są w prostownik mostkowy format sieci.

Stosuje się kilka przekaźników, które realizują kilka szybkie przezbrojenia do umożliwienia sieci AC ładowania akumulatora przez diody korpusu MOSFET.

To mostek prostowniczy tworzenie sieci wewnętrznych diod MOSFET sprawia, że ​​proces wykorzystania pojedynczego transformatora jako transformatora inwertera i transformatora ładowarki jest bardzo prosty.

Aktualny kierunek przepływu przez diody korpusu MOSFET

Poniższy rysunek przedstawia kierunek przepływu prądu przez diody korpusu w celu prostowania prądu przemiennego transformatora na napięcie ładowania prądu stałego

Przy zasilaniu AC przewody transformatora zmieniają naprzemiennie swoją polaryzację. Jak pokazano na lewym obrazku, zakładając, że START jest dodatnim przewodem, pomarańczowe strzałki wskazują wzór przepływu prądu przez D1, akumulator, D3 iz powrotem do KOŃCA lub ujemnego przewodu transformatora.

W następnym cyklu AC polaryzacja odwraca się, a prąd przesuwa się zgodnie z niebieskimi strzałkami przez diodę korpusu D4, akumulator, D2 iz powrotem do WYKOŃCZENIA lub ujemnego końca uzwojenia transformatora. Powtarza się to na przemian, przekształcając oba cykle prądu przemiennego na prąd stały i ładując akumulator.

Jednakże, ponieważ tranzystory MOSFET są również zaangażowane w system, należy zachować szczególną ostrożność, aby zapewnić, że te urządzenia nie zostaną uszkodzone w procesie, a to wymaga doskonałych operacji wymiany falownika / ładowarki.

Praktyczny projekt

Poniższy diagram przedstawia praktyczny projekt konfiguracji do implementacji diod ciała MOSFET jako prostownika dla ładowanie baterii inwertera , z przełącznikami przekaźnika.

Aby zapewnić 100% bezpieczeństwo tranzystorów MOSFET w trybie ładowania i podczas używania diod korpusu z transformatorem AC, bramki MOSFET muszą być utrzymywane na potencjale masy i całkowicie odcięte od zasilania DC.

W tym celu zaimplementowaliśmy dwie rzeczy, podłączamy rezystory 1 k na pinach bramki / źródła wszystkich tranzystorów MOSFET i umieszczamy przekaźnik odcinający szeregowo z linią zasilania Vcc układu scalonego sterownika.

Przekaźnik odłączający to styk przekaźnika SPDT, którego styki rozwierne są połączone szeregowo z wejściem zasilania sterownika IC. W przypadku braku zasilania prądem przemiennym styki N / C pozostają aktywne, umożliwiając zasilanie z baterii układu scalonego sterownika w celu zasilania tranzystorów MOSFET.

Jeśli dostępne jest zasilanie sieciowe, to przekaźnik się przełącza do styków N / O odcinając układ IC Vcc od źródła zasilania, zapewniając w ten sposób całkowite odcięcie tranzystorów MOSFET od napędu dodatniego.

Widzimy inny zestaw plików styki przekaźnika podłączony do transformatora po stronie sieci 220 V. Uzwojenie to stanowi wyjście falownika po stronie 220 V. Końce uzwojeń są połączone z biegunami przekaźnika DPDT, którego styki zwierne i rozwierne są skonfigurowane odpowiednio z wejściem sieci zasilającej AC i obciążeniem.

W przypadku braku zasilania sieciowego AC, system pracuje w trybie falownika, a moc wyjściowa jest dostarczana do obciążenia przez styki rozwierne DPDT.

W przypadku obecności wejścia sieci AC przekaźnik uaktywnia się na styki zwierne, umożliwiając sieci AC zasilanie strony 220 V transformatora. To z kolei zasila stronę transformatora z falownikiem, a prąd może przepływać przez diody korpusu tranzystorów MOSFET w celu ładowania dołączonego akumulatora.

Zanim przekaźnik DPDT będzie mógł się aktywować, przekaźnik SPDT powinien odciąć Vcc układu scalonego sterownika od zasilania. To niewielkie opóźnienie aktywacji między przekaźnikiem SPDT a przekaźnikiem DPDT musi być zapewnione w celu zagwarantowania 100% bezpieczeństwa tranzystorów MOSFET i prawidłowego działania tryb falownika / ładowania przez diody ciała.

Operacje przełączania przekaźnika

Jak sugerowano powyżej, gdy dostępne jest zasilanie sieciowe, styk przekaźnika SPDT po stronie Vcc powinien aktywować się na kilka milisekund przed przekaźnikiem DPDT po stronie transformatora. Jednak w przypadku awarii zasilania sieciowego oba przekaźniki muszą wyłączyć się prawie jednocześnie. Te warunki można by zrealizować za pomocą następującego obwodu.

Tutaj operacyjne zasilanie DC dla cewki przekaźnika jest pobierane ze standardu Adapter AC do DC podłączony do sieci elektrycznej.

Oznacza to, że gdy dostępne jest napięcie sieciowe AC, adapter AC / DC włącza przekaźniki. Przekaźnik SPDT podłączony bezpośrednio do zasilania DC aktywuje się szybko, zanim przekaźnik DPDT może to zrobić. Przekaźnik DPDT aktywuje się kilka milisekund później z powodu obecności 10 omów i kondensatora 470 μF. Zapewnia to, że układ scalony sterownika MOSFET jest wyłączony, zanim transformator będzie w stanie odpowiedzieć na wejście AC sieci po stronie 220 V.

W przypadku awarii zasilania sieciowego oba przekaźniki wyłączają się prawie jednocześnie, ponieważ kondensator 470uF nie ma teraz wpływu na DPDT ze względu na szeregową diodę spolaryzowaną odwrotnie.

Na tym kończy się nasze wyjaśnienie dotyczące używania diod korpusu MOSFET do ładowania akumulatora falownika przez pojedynczy wspólny transformator. Miejmy nadzieję, że ten pomysł umożliwi wielu hobbystom zbudowanie tanich, kompaktowych falowników automatycznych z wbudowanymi ładowarkami akumulatorów, przy użyciu jednego wspólnego transformatora.