MOSFET-kehodiodien käyttäminen vaihtosuuntaajien akun lataamiseen

Tässä viestissä yritämme ymmärtää, kuinka MOSFET-laitteiden sisäisiä kehodiodeja voitaisiin hyödyntää akun lataamisen mahdollistamiseksi samalla muuntajalla, jota käytetään invertterimuuntajana.

Tässä artikkelissa tutkitaan täyssilta-invertterikonseptia ja opitaan, kuinka sen 4 MOSFET-laitteen sisäänrakennettuja diodeja voitaisiin käyttää liitetyn akun lataamiseen.

Mikä on Full Bridge tai H-Bridge Inverter

Muutamassa aikaisemmassa viestissäni olemme keskustelleet täyssillan invertteripiirit ja heidän toimintaperiaatteestaan.

Kuten yllä olevassa kuvassa on esitetty, periaatteessa täyssilta-invertterissä meillä on 4 MOSFET-sarjaa, jotka on kytketty lähtökuormaan. Diagonaalisesti liitetyt MOSFET-parit kytketään vuorotellen ulkoisen kautta oskillaattori , jolloin akun tulojännite muuttuu kuorman vaihtovirraksi tai vaihtovirraksi.

Kuorma on normaalisti a: n muodossa muuntaja , jonka matalajännitteinen ensiö on kytketty MOSFET-siltaan aiottua tasavirta-vaihtovirta-inversiota varten.

Tyypillisesti 4 N-kanavan MOSFET H-silta-pohjaista topologiaa käytetään täyssilta-inverttereissä, koska tämä topologia tarjoaa tehokkaimman työskentelyn kompaktiuden ja tehon suhteen suhteen.

Vaikka 4 N kanavan taajuusmuuttajien käyttö riippuu erikoistuneista kuljettajan IC: t kanssa bootstrapping , mutta tehokkuus ylittää monimutkaisuuden, joten näitä tyyppejä käytetään yleisesti kaikissa moderneissa täyssilta-invertterit .

MOSFET-kehon sisäisten diodien tarkoitus

Lähes kaikissa nykypäivän MOSFET-laitteissa esiintyvät sisäiset kehodiodit tutustutaan ensisijaisesti suojaa laitetta kytketystä EMF-piikistä induktiivinen kuorma , kuten muuntaja, moottori, solenoidi jne.

Kun induktiivinen kuorma kytketään PÄÄLLE MOSFET-viemärin kautta, sähköenergia varastoituu välittömästi kuorman sisälle ja seuraavan hetken aikana MOSFET sammuu , tämä tallennettu EMF palautetaan päinvastaisessa napaisuudessa MOSFET-lähteestä valumaan, aiheuttaen pysyvän vaurion MOSFETille.

Sisäisen kehodiodin läsnäolo laitteen viemärin / lähteen yli estää vaaran sallimalla tämän taka-emf-piikin suoran polun diodin läpi, mikä suojaa MOSFETiä mahdollisilta hajoamisilta.

MOSFET-kehodiodien käyttäminen invertterin akun lataamiseen

Tiedämme, että taajuusmuuttaja on keskeneräinen ilman akkua, ja taajuusmuuttajan akku vaatii väistämättä lataamista usein, jotta taajuusmuuttajan lähtö pysyy täydellisenä ja valmiustilassa.

Akun lataaminen edellyttää kuitenkin muuntajaa, jonka on oltava korkean tehon tyyppi optimaalisen varmistamiseksi akun virta .

Lisämuuntajan käyttö invertterimuuntajan kanssa voi olla myös melko tilaa vievää ja kallista. Siksi löytää tekniikka, jossa samaa invertterimuuntajaa käytetään lataamiseen akku kuulostaa erittäin hyödylliseltä.

Sisäisten runkodiodien läsnäolo MOSFET-laitteissa tekee onneksi mahdolliseksi muuntaja vaihtaa invertteritilassa ja myös akkulaturitilassa joidenkin helppojen releen vaihto sekvenssit.

Peruskäsite

Alla olevasta kaaviosta voimme nähdä, että jokaisen MOSFETin mukana tulee sisäinen runkodiodi, joka on kytketty tyhjennys- / lähdetappiensa yli.

Diodin anodi on kytketty lähdetapiin, kun taas katoditappi on liitetty laitteen tyhjennystapiin. Voimme myös nähdä, että koska MOSFETit on konfiguroitu silloitettuun verkkoon, diodit konfiguroidaan myös perusasetuksiin täyssiltainen tasasuuntaaja verkkomuoto.

Käytetään pari relettä, jotka toteuttavat muutaman nopea vaihto verkkovirran lataamiseksi akun lataamiseksi MOSFET-runkodiodien kautta.

Tämä sillan tasasuuntaaja MOSFET-sisäisten diodien verkkomuodostus tekee yhden muuntajan käyttämisestä prosessin invertterimuuntajana ja laturimuuntajana todella suoraviivaisena.

Nykyinen virtaussuunta MOSFET-kehodiodien läpi

Seuraava kuva näyttää kehodiodien läpi kulkevan virran suunnan muuntajan AC tasasuuntaamiseksi tasavirtalatausjännitteeksi

Verkkojännitteellä muuntajan johdot muuttavat napaisuuttaan vuorotellen. Kuten vasemmalla olevassa kuvassa oletetaan, että START on positiivinen johto, oranssit nuolet osoittavat virran D1, akun, D3 kautta ja takaisin FINISH: iin tai muuntajan negatiiviseen johtoon.

Seuraavan vaihtovirtajakson kohdalla napaisuus muuttuu ja virta siirtyy sinisten nuolien osoittamalla tavalla runkodiodin D4, akun, D2 kautta ja takaisin VALMIS-kohtaan tai muuntajan käämityksen negatiiviseen päähän. Tämä toistaa jatkuvasti vuorotellen, muuntaen sekä vaihtosyklit tasavirraksi että lataamalla akkua.

Koska MOSFET-laitteet ovat kuitenkin mukana järjestelmässä, on noudatettava erityistä varovaisuutta sen varmistamiseksi, että nämä laitteet eivät vaurioidu prosessissa, ja tämä edellyttää täydellisiä vaihtosuuntaajan / laturin vaihtotoimenpiteitä.

Käytännön suunnittelu

Seuraava kaavio esittää käytännön suunnittelun, joka on toteutettu MOSFET-kehodiodien toteuttamiseksi tasasuuntaajana invertterin akun lataaminen , releen vaihtokytkimillä.

MOSFET-laitteiden 100-prosenttisen turvallisuuden varmistamiseksi lataustilassa ja kun vartalodiodeja käytetään muuntaja AC: n kanssa, MOSFET-portit on pidettävä maadoituspotentiaalissa ja täysin katkaistuna syöttöjännitteestä.

Tätä varten toteutamme kaksi asiaa, yhdistämme 1 k vastukset kaikkien MOSFET-laitteiden portti- / lähdetappien yli ja katkaisurele sarjaan ohjain-IC: n Vcc-syöttöjohdon kanssa.

Katkaisurele on SPDT-relekosketin, jonka N / C-koskettimet on kytketty sarjaan kuljettajan piirin syöttötuloon. Verkkovirran puuttuessa N / C-koskettimet pysyvät aktiivisina, jolloin akun syöttö pääsee kuljettajan IC: hen MOSFETien virran saamiseksi.

Kun verkkovirta on käytettävissä, tämä rele vaihtuu N / O-koskettimiin, jotka katkaisevat IC Vcc: n virtalähteestä, varmistaen siten MOSFETien täydellisen katkaisun positiivisesta asemasta.

Voimme nähdä toisen joukon releen koskettimet kytketty muuntajaan 220 V: n verkkopuolelle. Tämä käämi muodostaa invertterin 220 V: n ulostulopuolen. Käämityspäät on kytketty DPDT-releen napoihin, joiden N / O- ja N / C-koskettimet on konfiguroitu verkkoverkkotuloon AC ja kuormaan.

Verkkovirran puuttuessa järjestelmä toimii invertteritilassa, ja teho syötetään kuormaan DPDT: n N / C-koskettimien kautta.

AC-verkkotulon läsnä ollessa rele aktivoituu N / O-koskettimiin, jolloin verkkovirta AC syöttää muuntajan 220 V: n puolen. Tämä puolestaan ​​virtaa muuntajan invertteripuolen ja virran annetaan kulkea MOSFET-laitteiden runkodiodien läpi liitetyn akun lataamista varten.

Ennen kuin DPDT-rele aktivoituu, SPDT-releen on tarkoitus katkaista ohjain-IC: n Vcc virtalähteestä. Tämä pieni viive SPDT-releen ja DPDT-releen välillä on varmistettava 100-prosenttisen turvallisuuden takaamiseksi MOSFET-laitteille ja laitteen moitteettomalle toiminnalle. invertteri / lataustila kehodiodien kautta.

Releen vaihtotoiminnot

Kuten yllä ehdotettiin, kun verkkojännite on saatavilla, Vcc-puolen SPDT-releen koskettimen tulisi aktivoitua muutama millisekunti ennen DPDT-releä, muuntajan puolella. Kuitenkin, kun verkkotulo epäonnistuu, molempien releiden on katkaistava virta lähes samanaikaisesti. Nämä ehdot voidaan toteuttaa seuraavalla piirillä.

Tällöin releen kelan toiminnallinen DC-syöttö hankitaan standardista AC-DC-sovitin , kytketty verkkovirtaan.

Tämä tarkoittaa, että kun verkkovirta on käytettävissä, AC / DC-sovitin kytkee releet päälle. Suoraan tasavirtalähteeseen kytketty SPDT-rele aktivoituu nopeasti ennen kuin DPDT-rele pystyy. DPDT-rele aktivoituu muutaman millisekunnin myöhemmin 10 ohmin ja 470 uF-kondensaattorin läsnäolon vuoksi. Tämä varmistaa, että MOSFET-ohjainpiiri poistetaan käytöstä, ennen kuin muuntaja pystyy vastaamaan verkkovirran AC-tuloon sen 220 V: n puolella.

Kun verkkovirta katkeaa, molemmat releet kytkeytyvät pois päältä melkein samanaikaisesti, koska 470uF-kondensaattorilla ei ole nyt vaikutusta DPDT: hen sarjavastaisen esijännitetyn diodin takia.

Tämä päättelee selityksemme MOSFET-runkodiodien käytöstä invertterin akun lataamiseen yhden yhteisen muuntajan kautta. Toivottavasti ajatus antaa monille harrastajille mahdollisuuden rakentaa halpoja, pienikokoisia automaattitaajuusmuuttajia, joissa on sisäänrakennetut akkulaturit, käyttämällä yhtä yhteistä muuntajaa.