Ús de díodes corporals MOSFET per carregar la bateria als inversors

En aquest post intentem entendre com es podrien aprofitar els díodes interns del cos dels MOSFET per permetre la càrrega de la bateria a través del mateix transformador que s’utilitza com a transformador inversor.

En aquest article investigarem un concepte d’inversor de pont complet i aprendrem com es podrien aplicar els díodes integrats dels seus 4 MOSFET per carregar una bateria connectada.

Què és un inversor Full Bridge o H-Bridge

En algunes de les meves publicacions anteriors que hem comentat circuits inverter de pont complet i pel que fa al seu principi de funcionament.

Com es mostra a la imatge anterior, bàsicament, en un inversor de pont complet tenim un conjunt de 4 MOSFET connectats a la càrrega de sortida. Els parells de MOSFET connectats diagonalment es canvien alternativament per un extern oscil·lador , provocant que l’entrada CC de la bateria es transformi en un corrent altern o CA per a la càrrega.

Normalment, la càrrega té la forma de transformador , el primari de baixa tensió del qual està connectat amb el pont MOSFET per a la inversió de CC a CA prevista.

Normalment, el 4 MOSFET de canal N. la topologia de pont H basada s’aplica en inversors de pont complet, ja que aquesta topologia proporciona el treball més eficient en termes de relació de compacitat a potència.

Tot i que l’ús d’inversors de canal de 4 N depèn d’especialitzats CI de controladors amb arrencada , però, l'eficiència supera la complexitat, per tant, aquests tipus s'utilitzen popularment en tots els moderns inversors de ponts complets .

Propòsit dels díodes interns del cos MOSFET

Els díodes interns del cos presents en gairebé tots els MOSFET actuals s’introdueixen principalment protegir el dispositiu a partir de pics EMF inversos generats a partir d'un connectat càrrega inductiva , com ara un transformador, un motor, un solenoide, etc.

Quan s’activa una càrrega inductiva a través del desguàs MOSFET, l’energia elèctrica s’emmagatzema instantàniament a l’interior de la càrrega i durant el següent moment com a MOSFET s'apaga , aquest CEM emmagatzemat es retrocedeix en la polaritat inversa des de la font MOSFET fins a drenar-lo, causant un dany permanent al MOSFET.

La presència d’un díode corporal intern a través del desguàs / font del dispositiu contrasta el perill, ja que permet que aquest emf posterior pugui accedir directament al diode, protegint així el MOSFET d’una possible avaria.

Ús de díodes corporals MOSFET per carregar la bateria del convertidor

Sabem que un inversor està incomplet sense una bateria i que una bateria inverter requereix inevitablement una càrrega freqüent per mantenir la sortida de l’inversor recarregada i en estat d’espera.

Tot i això, per carregar una bateria es necessita un transformador, que ha de ser d’un tipus de potència elevada per garantir-ne l’òptima actual de la bateria .

Utilitzar un transformador addicional juntament amb el transformador inverter també pot resultar bastant voluminós i costós. Per tant, trobar una tècnica en la qual el s'aplica el mateix transformador inversor per carregar la bateria sona extremadament beneficiosa.

La presència dels díodes interns del cos als MOSFET afortunadament fa possible que el transformador es pugui canviar en el mode inversor i també en el mode carregador de bateria, mitjançant canvis de relés seqüències.

Concepte bàsic de treball

Al diagrama següent podem veure que cada MOSFET s’acompanya d’un díode intern del cos, connectat a través dels seus pins de drenatge / font.

L’ànode del díode està connectat amb el pin font, mentre que el pin catòdic s’associa amb el pin de drenatge del dispositiu. També podem veure que, atès que els MOSFET es configuren en una xarxa de pont, els díodes també es configuren en una base rectificador de pont complet format de xarxa.

S'utilitzen un parell de relés que implementen uns quants canvis ràpids per permetre que la xarxa de CA carregui la bateria mitjançant els díodes del cos MOSFET.

Això rectificador de pont la formació de xarxes dels díodes interns MOSFET fa que el procés d’utilitzar un únic transformador com a transformador d’inversors i transformadors de carregador sigui molt senzill.

Direcció de flux actual a través de díodes corporals MOSFET

La següent imatge mostra la direcció del flux de corrent a través dels díodes del cos per rectificar el transformador de CA a una tensió de càrrega de CC

Amb un subministrament de corrent altern, els cables del transformador canvien de polaritat alternativament. Com es mostra a la imatge de l'esquerra, assumint el START com a cable positiu, les fletxes taronges indiquen el patró de flux de corrent a través de D1, bateria, D3 i de tornada a FINISH o el cable negatiu del transformador.

Per al pròxim cicle de corrent altern, la polaritat inverteix i el corrent es mou tal com s’indica amb les fletxes blaves mitjançant el díode corporal D4, la bateria, el D2 i torna al final o al final negatiu del bobinatge del transformador. Això es repeteix alternativament, transformant els cicles de corrent altern en CC i carregant la bateria.

Tanmateix, atès que els MOSFET també participen al sistema, cal extremar les precaucions perquè aquest dispositiu no es faci malbé durant el procés, i això requereix una operació perfecta de canvi d’inversors / carregadors.

Disseny pràctic

El següent diagrama mostra un disseny pràctic configurat per implementar díodes corporals MOSFET com a rectificador per a carregant la bateria d’un inversor , amb commutadors de relé.

Per garantir un 100% de seguretat dels MOSFET en el mode de càrrega i mentre s’utilitzen els díodes corporals amb el transformador de corrent altern, les portes del MOSFET s’han de mantenir al potencial de terra i estar completament tallades del corrent continu de l’alimentació.

Per a això implementem dues coses, connectem resistències de 1 k a través dels pins de porta / font de tots els MOSFET i posem un relé de tall en sèrie amb la línia de subministrament Vcc del controlador IC.

El relé de tall és un contacte de relé SPDT amb els seus contactes N / C connectats en sèrie amb l’entrada de subministrament IC del controlador. En absència de corrent altern, els contactes N / C es mantenen actius, cosa que permet que el subministrament de la bateria arribi a l’IC del controlador per alimentar els MOSFET.

Quan estigui disponible la xarxa elèctrica, això canvis de relé acabats als contactes N / O que tallen l'IC Vcc de la font d'alimentació, garantint així un tall total per als MOSFET de la unitat positiva.

Podem veure un altre conjunt de retransmetre contactes connectat amb el transformador lateral de 220 V. Aquest bobinatge constitueix la sortida de 220V del costat del convertidor. Els extrems de bobinatge estan connectats amb els pols d’un relé DPDT, els contactes N / O i N / C dels quals es configuren amb l’entrada AC i la càrrega de la xarxa elèctrica respectivament.

En absència de corrent altern de xarxa, el sistema funciona en mode inversor i la potència de sortida es lliura a la càrrega a través dels contactes N / C del DPDT.

En presència d’una entrada de xarxa de CA, el relé s’activa a contactes N / O permetent a la xarxa de CA alimentar el costat de 220 V del transformador. Al seu torn, això dinamitza el costat inversor del transformador i es deixa passar el corrent a través dels díodes del cos dels MOSFET per carregar la bateria connectada.

Abans que el relé DPDT pugui activar-se, se suposa que el relé SPDT tallarà el subministrament del Vcc de l'IC del controlador. Cal assegurar aquest lleuger retard d’activació entre el relé SPDT i el relé DPDT per tal de garantir el 100% de seguretat dels MOSFET i de les operacions de so del inversor / mode de càrrega a través dels díodes corporals.

Operacions de canvi de relés

Com s'ha suggerit més amunt, quan hi hagi subministrament de xarxa el contacte de relé SPDT lateral Vcc s'hauria d'activar uns quants mil·lisegons abans del relé DPDT, al costat del transformador. Tanmateix, quan falla l’entrada de xarxa, els dos relés s’han d’apagar gairebé simultàniament. Aquestes condicions es podrien implementar mitjançant el següent circuit.

Aquí, l’alimentació de CC operativa per a la bobina del relé s’adquireix d’un estàndard Adaptador de CA a CC , connectat a la xarxa elèctrica.

Això vol dir que, quan la xarxa de CA està disponible, l'adaptador AC / DC encén els relés. El relé SPDT que es connecta directament al subministrament de corrent continu s’activa ràpidament abans que el relé DPDT pugui. El relé DPDT s’activa uns quants mil·lisegons després a causa de la presència dels 10 ohms i el condensador 470 uF. Això garanteix que l’IC del controlador MOSFET estigui desactivat abans que el transformador pugui respondre a l’entrada de corrent altern a la seva banda de 220 V.

Quan falla la xarxa elèctrica, el relé s’activa gairebé simultàniament, ja que el condensador 470uF ara no té cap efecte sobre el DPDT a causa del díode polaritzat inversament de la sèrie.

Això conclou la nostra explicació sobre l’ús de díodes corporals MOSFET per carregar una bateria d’inversors mitjançant un únic transformador comú. Amb sort, la idea permetrà a molts aficionats construir inversors automàtics econòmics i compactes amb carregadors de bateries incorporats, mitjançant un únic transformador comú.