MOSFET testdiódák használata az akkumulátor feltöltéséhez az inverterekben

Ebben a bejegyzésben megpróbáljuk megérteni, hogyan lehetne kihasználni a MOSFET belső testdiódáit az akkumulátor töltésének lehetővé tételére ugyanazon a transzformátoron keresztül, amelyet az inverter transzformátoraként használnak.

Ebben a cikkben egy teljes híd inverter koncepcióját vizsgáljuk meg, és megtudjuk, hogyan lehet 4 MOSFET-jének beépített diódáit alkalmazni egy csatolt akkumulátor töltésére.

Mi a teljes híd vagy a H-híd inverter

Néhány korábbi bejegyzésemben megvitattuk teljes híd inverter áramkörök és működési elvüket illetően.

Amint a fenti képen látható, egy teljes híd inverterben 4 MOSFET készlet van csatlakoztatva a kimeneti terheléshez. Az átlósan összekapcsolt MOSFET párokat felváltva kapcsolják át egy külsőn oszcillátor , aminek következtében az akkumulátor bemeneti egyenárama változik váltakozó árammá vagy váltakozó áramúvá a terheléshez.

A terhelés általában a formájában van transzformátor , amelynek kisfeszültségű primerje a MOSFET híddal van összekötve a tervezett DC-AC inverzió érdekében.

Jellemzően a 4 N-csatornás MOSFET alapú H-híd topológiát alkalmaznak teljes híd inverterekben, mivel ez a topológia biztosítja a leghatékonyabb munkát a tömörség és a teljesítmény kimenet arányában.

Noha 4 N csatornás inverterek használata a szakterülettől függ vezető IC-k val vel bootstrapping , a hatékonyság mégis felülmúlja a komplexitást, ezért ezeket a típusokat népszerûen alkalmazzák az összes modernben teljes híd inverterek .

A MOSFET belső testdiódák célja

A belső testdiódákat elsősorban a mai modern MOSFET-ekben mutatják be biztosítsa a készüléket a kapcsoltból generált fordított EMF tüskékből induktív terhelés , például transzformátor, motor, mágnesszelep stb.

Amikor az induktív terhelést bekapcsolják a MOSFET lefolyón keresztül, az elektromos energia azonnal tárolódik a terhelés belsejében, és a következő pillanatban A MOSFET kikapcsol , ezt a tárolt EMF-et a MOSFET forrásból fordított polaritással visszarúgják, hogy kifolyhassanak, maradandó károsodást okozva a MOSFET-ben.

Egy belső testdióda jelenléte az eszköz lefolyóján / forrásán keresztül meghiúsítja a veszélyt azáltal, hogy lehetővé teszi ennek a hátsó emf-nek a diódán keresztüli közvetlen utat, így védve a MOSFET-et az esetleges meghibásodástól.

MOSFET testdiódák használata az inverter akkumulátorának töltéséhez

Tudjuk, hogy az inverter akkumulátor nélkül hiányos, és az inverter akkumulátorához elkerülhetetlenül gyakran kell tölteni, hogy az inverter kimenete feltöltve és készenléti állapotban legyen.

Az akkumulátor töltéséhez azonban transzformátorra van szükség, amelynek nagy teljesítményűnek kell lennie az optimális működés érdekében az akkumulátor áramát .

Egy további transzformátor használata az inverter transzformátorral együtt meglehetősen terjedelmes és költséges is lehet. Ezért olyan technika megtalálása, amelyben a ugyanazt az inverter transzformátort használják töltésre az akkumulátor rendkívül előnyösnek hangzik.

A belső testdiódák jelenléte a MOSFET-ekben szerencsére lehetővé teszi a transzformátor váltását inverter módban és akkumulátortöltő módban is, néhány egyszerű váltó váltók szekvenciák.

Alapvető működési koncepció

Az alábbi ábrán láthatjuk, hogy mindegyik MOSFET-et egy belső testdióda kíséri, amely a lefolyó / forrás csapokon keresztül csatlakozik.

A dióda anódja a forráscsappal van összekötve, míg a katódcsap az eszköz leeresztőcsapjával van összekötve. Azt is láthatjuk, hogy mivel a MOSFET-ek áthidalott hálózatban vannak konfigurálva, a diódák egy alapszintűre is konfigurálódnak teljes hídú egyenirányító hálózati formátum.

Néhány relét alkalmaznak, amelyek néhányat megvalósítanak gyors átállás lehetővé teszi a hálózati váltakozó áramú akkumulátor töltését a MOSFET testdiódákon keresztül.

Ez híd egyenirányító A MOSFET belső diódák hálózatképzése valóban egyszerűvé teszi az egyetlen transzformátor invertertranszformátorként és töltőtranszformátorként történő használatát.

Az áramlás aktuális iránya a MOSFET testdiódákon keresztül

Az alábbi képen látható a testdiódákon átáramló áram iránya a transzformátor váltakozó áramú DC egyenfeszültségre történő egyenirányításához

AC tápellátás esetén a transzformátor vezetékei felváltva változtatják a polaritásukat. Amint a bal oldali képen látható, a START-ot feltételezzük pozitív vezetéknek, a narancssárga nyilak jelzik az áram áramlási mintázatát a D1-en, az akkumulátoron, a D3-on keresztül és a FINISH felé vagy a transzformátor negatív vezetékére.

A következő váltakozó áramú ciklusnál a polaritás megfordul, és az áram a kék nyilak által jelzett módon a D4 testdiódán, az akkumulátoron, a D2 testdiódán keresztül mozog, majd vissza a FINISH-re vagy a transzformátor tekercsének negatív végére. Ez folyamatosan váltakozva ismétlődik, mind az AC-ciklusokat DC-vé alakítva, mind az akkumulátort töltve.

Mivel azonban a MOSFET-ek is részt vesznek a rendszerben, rendkívül körültekintően kell eljárni annak biztosítására, hogy ezek az eszközök ne sérüljenek meg a folyamat során, és ez tökéletes inverter / töltő váltási műveleteket igényel.

Gyakorlati tervezés

Az alábbi ábra a MOSFET testdiódák egyenirányítójaként történő megvalósításának gyakorlati kialakítását mutatja be inverter akkumulátor töltése , relé váltó kapcsolókkal.

A MOSFET-ek 100% -os biztonságának biztosítása érdekében töltési üzemmódban és a testdiódák AC transzformátorral történő használata közben a MOSFET-kapukat a földpotenciálnál kell tartani, és teljesen le kell választani a tápfeszültségről.

Ehhez két dolgot valósítunk meg: összekötünk 1 k ellenállást az összes MOSFET kapu / forrás csapszegével, és egy leválasztó relét sorozatosan a meghajtó IC Vcc tápvezetékével.

A leválasztó relé egy SPDT relés érintkező, amelynek N / C érintkezői sorba vannak kötve a meghajtó IC táp bemenetével. Hálózat hiányában az N / C érintkezők aktívak maradnak, így az akkumulátorellátás eljuthat a meghajtó IC-hez a MOSFET-ek táplálásához.

Ha a hálózati váltóáram rendelkezésre áll, ez relé változik az N / O érintkezőkhöz, amelyek leválasztják az IC Vcc-t az áramforrásról, így biztosítva a MOSFET-ek teljes elzárását a pozitív meghajtótól.

Láthatunk egy másik készletet relé érintkezők a transzformátorhoz csatlakozik 220 V hálózati oldalon. Ez a tekercs képezi az inverter kimeneti 220 V oldalát. A tekercselés végei egy DPDT relé pólusaival vannak összekötve, amelynek N / O és N / C érintkezői az AC hálózati bemenettel és a terheléssel vannak konfigurálva.

Hálózati váltakozó áramú hálózat hiányában a rendszer inverteres üzemmódban működik, és a kimenő teljesítmény a DPDT N / C érintkezőin keresztül jut a terheléshez.

AC relé bemenet jelenlétében a relé N / O érintkezõkre aktiválódik, lehetõvé téve, hogy a váltóáramú hálózat táplálja a transzformátor 220 V oldalát. Ez viszont energiát szolgáltat a transzformátor inverter oldalán, és az áram átengedi a MOSFET testdiódáit a csatlakoztatott akkumulátor feltöltéséhez.

Mielőtt a DPDT relé aktiválódni tudna, az SPDT relének le kell vágnia a meghajtó IC Vcc-jét az áramellátásról. Az SPDT relé és a DPDT relé közötti aktiválásnak ezt a kis késleltetését biztosítani kell a 100% -os biztonság garantálása érdekében a MOSFET-ek és a készülék megfelelő működése szempontjából. inverter / töltés mód a testdiódákon keresztül.

Relé váltási műveletek

A fentiek szerint, amikor rendelkezésre áll hálózati tápellátás, a Vcc oldali SPDT relé kontaktusának néhány milliszekundummal aktiválódnia kell a DPDT relé előtt, a transzformátor oldalán. Ha azonban a hálózati bemenet meghibásodik, akkor mindkét relének szinte egyszerre kell kikapcsolnia. Ezek a feltételek a következő áramkör használatával valósíthatók meg.

Itt a relétekercs működési egyenáramát egy szabványból szerzik be AC-DC adapter , a hálózati hálózathoz csatlakozik.

Ez azt jelenti, hogy amikor a hálózati rács rendelkezésre áll, az AC / DC adapter bekapcsolja a reléket. A közvetlenül az egyenáramú tápegységhez csatlakoztatott SPDT relé gyorsan aktiválódik, mielőtt a DPDT relé képes lenne. A DPDT relé néhány milliszekundummal később aktiválódik a 10 ohmos és a 470 uF kondenzátor jelenléte miatt. Ez biztosítja, hogy a MOSFET meghajtó IC le legyen tiltva, mielőtt a transzformátor reagálni tudna a hálózat AC bemenetére a 220 V oldalán.

Ha a hálózati váltóáram nem működik, akkor mindkét relé szinte egyszerre kapcsol ki, mivel a 470uF kondenzátornak a soros fordított előfeszített dióda miatt most nincs hatása a DPDT-re.

Ezzel befejezzük magyarázatunkat a MOSFET testdiódák használatáról az inverter akkumulátorának egyetlen közös transzformátoron keresztül történő feltöltésére. Remélhetőleg az ötlet lehetővé teszi, hogy a sok hobbista olcsó, kompakt automatikus invertereket építsen beépített akkumulátortöltőkkel, egyetlen közös transzformátor segítségével.