Uporaba diod telesa MOSFET za polnjenje baterije v pretvornikih

V tem prispevku poskušamo razumeti, kako bi lahko izkoristili notranje diode telesa MOSFET-ov za omogočanje polnjenja akumulatorja prek istega transformatorja, ki se uporablja kot pretvornik pretvornika.

V tem članku bomo raziskali celoten koncept pretvornika mostu in izvedeli, kako bi lahko vgrajene diode njegovih 4 MOSFET-ov uporabili za polnjenje priložene baterije.

Kaj je pretvornik Full Bridge ali H-Bridge

V nekaj mojih prejšnjih objavah smo že razpravljali polno mostni pretvorniški tokokrogi in glede njihovega načela dela.

Kot je prikazano na zgornji sliki, imamo v osnovi mostičnega pretvornika nabor 4 MOSFET-jev, priključenih na izhodno obremenitev. Diagonalno povezani pari MOSFET se izmenično preklapljajo prek zunanjega oscilator , zaradi česar se vhodni enosmerni tok iz akumulatorja pretvori v izmenični tok ali izmenični tok za obremenitev.

Obremenitev je običajno v obliki a transformator , katerega nizkonapetostni primarni priključek je povezan z mostom MOSFET za predvideno inverzijo enosmernega in izmeničnega toka.

Značilno je 4 N-kanalni MOSFET temelji na topologiji H-mostu v pretvornikih celotnega mosta, saj ta topologija zagotavlja najučinkovitejše delovanje glede razmerja kompaktnosti in izhodne moči.

Čeprav je uporaba pretvornikov s 4 N kanali odvisna od specializiranih gonilnike IC s bootstrapping , vendar učinkovitost prevlada nad zapletenostjo, zato so te vrste popularno uporabljene v vseh modernih polno mostni pretvorniki .

Namen MOSFET notranjih diod telesa

Notranje telesne diode, ki so prisotne v skoraj vseh sodobnih MOSFET-jih, so v prvi vrsti predstavljene zaščitite napravo iz vzvratnih konic EMF, ustvarjenih iz povezanega induktivna obremenitev , kot so transformator, motor, elektromagnet itd.

Ko se skozi odtok MOSFET vklopi induktivna obremenitev, se električna energija takoj shrani v obremenitev in v naslednjem trenutku kot MOSFET se izklopi , ta shranjeni EMF se vrne v obratni polarnosti iz vira MOSFET v odtok, kar povzroči trajno škodo na MOSFET.

Prisotnost notranje diode telesa prek odtoka / vira naprave preprečuje nevarnost, saj omogoča, da se ta zadnji EMF konico usmeri neposredno skozi diodo in tako zaščiti MOSFET pred morebitno okvaro.

Uporaba diode telesa MOSFET za polnjenje pretvorniške baterije

Vemo, da je pretvornik brez baterije nepopoln in da pretvorniška baterija neizogibno zahteva pogosto polnjenje, da ostane izhod pretvornika poln in v stanju pripravljenosti.

Za polnjenje baterije pa je potreben transformator, ki mora imeti visoko moč, da se zagotovi optimalno tok akumulatorja .

Uporaba dodatnega transformatorja v povezavi z pretvornikom je lahko precej obsežna in draga. Zato najdemo tehniko, pri kateri za polnjenje se uporablja isti pretvorniški transformator baterija zveni zelo koristno.

Prisotnost notranjih diod telesa v MOSFET-jih na srečo omogoča, da se transformator preklopi v načinu pretvornika in tudi v načinu polnilca akumulatorja prek nekaj preprostih menjalniki relejev zaporedja.

Osnovni koncept dela

Na spodnjem diagramu lahko vidimo, da je vsak MOSFET opremljen z notranjo diodo telesa, ki je povezana preko njihovih odtočnih / izvornih zatičev.

Anoda diode je povezana z izvornim zatičem, medtem ko je katodni zatič povezan z odtočnim zatičem naprave. Prav tako lahko vidimo, da so MOSFET-ji konfigurirani v premoščenem omrežju, diode postanejo konfigurirane tudi v osnovnem polno mostni usmernik omrežni format.

Zaposlenih je nekaj relejev, ki izvajajo nekaj hitri menjavi za omogočanje omrežnega izmeničnega toka, da napolni baterijo prek diod telesa MOSFET.

To mostni usmernik Oblikovanje omrežja notranjih diod MOSFET dejansko naredi postopek uporabe enega samega transformatorja kot pretvornika in transformatorja polnilca zelo enostaven.

Trenutna smer toka skozi diode telesa MOSFET

Naslednja slika prikazuje smer toka toka skozi diode telesa za usmerjanje AC transformatorja na enosmerno polnilno napetost

Z napajalnikom izmeničnega toka transformatorske žice izmenično spreminjajo svojo polarnost. Kot je prikazano na levi sliki, če predpostavimo, da je START pozitivna žica, oranžne puščice označujejo pretok toka skozi D1, baterijo, D3 in nazaj do FINISH ali negativne žice transformatorja.

V naslednjem ciklu izmeničnega toka se polarnost obrne in tok se premakne, kot kažejo modre puščice preko diode telesa D4, akumulatorja, D2 in nazaj do FINISH ali negativnega konca navitja transformatorja. To se ponavlja in izmenično ponavlja, tako da izmenični cikel spremenimo v enosmerni in polnimo baterijo.

Ker pa so v sistem vključeni tudi MOSFET-i, je treba biti zelo previden, da se te naprave med postopkom ne poškodujejo, kar zahteva popolne postopke zamenjave pretvornika / polnilnika.

Praktično oblikovanje

Naslednji diagram prikazuje praktično zasnovo, ki je postavljena za uporabo diod telesa MOSFET kot usmernika polnjenje pretvorniške baterije , s preklopnimi stikali releja.

Da bi zagotovili 100-odstotno varnost MOSFET-jev v načinu polnjenja in med uporabo diod telesa s transformatorjem AC, morajo biti MOSFET-vrata pritrjena na potencial tal in popolnoma ločena od napajalnega enosmernega toka.

V ta namen izvedemo dve stvari, priključimo 1 k uporov preko zatičev vhoda / vira vseh MOSFET-jev in postavimo preklopni rele v seriji z napajalno linijo Vcc gonilnika IC.

Preklopni rele je kontaktni rele SPDT s svojimi N / C kontakti, ki so serijsko povezani z vhodom za napajanje IC. Če ni omrežja AC, ostanejo N / C kontakti aktivni, kar omogoča, da baterija doseže gonilno vezje za napajanje MOSFET-jev.

Ko je omrežni napajalnik na voljo, to rele se zamenja na N / O kontakte, ki odklopijo IC Vcc od vira napajanja, s čimer se zagotovi popolna ločitev MOSFET-jev od pozitivnega pogona.

Lahko vidimo še en nabor relejni kontakti priključen na omrežno stran transformatorja 220 V. To navitje predstavlja izhodno 220V stran pretvornika. Konci navitja so povezani s polovi releja DPDT, katerega N / O in N / C kontakti so konfigurirani z vhodnim omrežjem AC in obremenitvijo.

Če omrežnega omrežja ni, sistem deluje v pretvorniškem načinu, izhodna moč pa se odda v breme prek N / C kontaktov DPDT.

V prisotnosti omrežnega vhoda se rele aktivira na N / O kontakte, ki omrežnemu omrežju omogoča napajanje 220V strani transformatorja. To pa napaja pretvorniško stran transformatorja in tok lahko prehaja skozi diode telesa MOSFET-ov za polnjenje priložene baterije.

Preden se rele DPDT lahko aktivira, naj bi rele SPDT odrezal Vcc gonilnika IC od napajanja. Treba je zagotoviti to rahlo zakasnitev vklopa med relejem SPDT in relejem DPDT, da se zagotovi 100-odstotna varnost MOSFET-jev in zanesljivega delovanja pretvornik / način polnjenja preko telesnih diod.

Operacije prehoda releja

Kot je predlagano zgoraj, se mora kontaktni rele SPDT na strani Vcc na strani Vcc aktivirati nekaj milisekund pred relejem DPDT na strani transformatorja. Če pa omrežni vhod odpove, se morata oba releja skoraj istočasno izklopiti. Te pogoje bi lahko izvedli z uporabo naslednjega vezja.

Tu je operativno napajanje enosmerne tuljave releja pridobljeno iz standarda Adapter za izmenični in enosmerni tok , priključen na omrežje.

To pomeni, da ko je omrežje AC na voljo, AC / DC adapter vklopi releje. Rele SPDT, ki je povezan neposredno z napajanjem enosmernega toka, se hitro aktivira, preden lahko rele DPDT zmore. Rele DPDT se aktivira nekaj milisekund kasneje zaradi prisotnosti 10 ohmov in kondenzatorja 470 uF. To zagotavlja, da je IC gonilnika MOSFET onemogočen, preden se transformator lahko odzove na omrežni vhod na svoji 220 V strani.

Ko omrežno napajanje odpove, se oba releja skoraj istočasno IZKLOPITE, saj kondenzator 470uF zdaj nima serijske povratne pristranske diode na DPDT.

S tem smo zaključili našo razlago glede uporabe diod telesa MOSFET za polnjenje pretvorniške baterije z enim skupnim transformatorjem. Upajmo, da bo ideja mnogim ljubiteljem omogočila, da z uporabo enega samega skupnega transformatorja izdelajo poceni, kompaktne avtomatske pretvornike z vgrajenimi polnilci baterij.