שימוש בדיודות גוף MOSFET לטעינת סוללה בממירים

בפוסט זה אנו מנסים להבין כיצד ניתן לנצל את דיודות הגוף הפנימיות של MOSFET כדי לאפשר טעינה של סוללה באמצעות אותו שנאי המשמש כ שנאי המהפך.

במאמר זה נחקור מושג מהפך גשר מלא ונלמד כיצד ניתן ליישם את הדיודות המובנות של 4 MOSFETs שלו לטעינת סוללה מחוברת.

מהו גשר מלא או מהפך H-Bridge

בכמה מהפוסטים הקודמים שלי דנו מעגלי מהפך גשר מלאים ולגבי עקרון העבודה שלהם.

כפי שמוצג בתמונה לעיל, בעצם, בממיר גשר מלא יש לנו קבוצה של 4 MOSFETs המחוברים לעומס הפלט. זוגות ה- MOSFET המחוברים באלכסון עוברים לסירוגין דרך חיצוני מַתנֵד , מה שגורם לזרם הכניסה מהסוללה להפוך לזרם חילופין או זרם חילופין לעומס.

העומס הוא בדרך כלל בצורה של שַׁנַאי , שראשי המתח הנמוך שלהם מחוברים עם גשר MOSFET עבור היפוך ה- DC ל- AC המיועד.

בדרך כלל, 4 MOSFET בערוץ N טופולוגיה מבוססת H-bridge מיושמת בממירי גשר מלאים, מכיוון שטופולוגיה זו מספקת את העבודה היעילה ביותר מבחינת קומפקטיות ויחס תפוקת חשמל.

למרות ששימוש בממירי ערוץ 4 N תלוי במומחיות ICs נהג עם bootstrapping עם זאת, היעילות גוברת על המורכבות, ולכן סוגים אלה משמשים פופולרי בכל המודרני ממירי גשר מלאים .

מטרת דיודות גוף פנימיות של MOSFET

דיודות הגוף הפנימיות הקיימות כמעט בכל ה- MOSFET המודרני מוצגות בעיקר בפני לשמור על המכשיר מקוצים EMF הפוכים שנוצרו מחיבור עומס אינדוקטיבי , כגון שנאי, מנוע, סולנואיד וכו '.

כאשר עומס אינדוקטיבי מופעל דרך ניקוז ה- MOSFET, אנרגיה חשמלית נשמרת באופן מיידי בתוך העומס ובמהלך הרגע הבא כ MOSFET מכבה , EMF המאוחסן הזה נבעט לאחור בקוטביות ההפוכה ממקור MOSFET לניקוז, וגורם נזק קבוע ל- MOSFET.

הימצאותה של דיודת גוף פנימית על פני הניקוז / מקור המכשיר מסכלת את הסכנה בכך שהיא מאפשרת ל- emf האחורי הזה להעביר דרך ישירה דרך הדיודה, ובכך להגן על ה- MOSFET מפני תקלה אפשרית.

שימוש בדיודות גוף MOSFET לטעינה של סוללת מהפך

אנו יודעים כי מהפך אינו שלם ללא סוללה, וסוללת מהפך מחייבת בהכרח טעינה לעיתים קרובות על מנת לשמור על תפוקת המהפך ומצבה במצב המתנה.

עם זאת, טעינת סוללה דורשת שנאי, אשר צריך להיות מסוג הספק גבוה כדי להבטיח אופטימלי זרם עבור הסוללה .

שימוש בשנאי נוסף בשילוב עם שנאי המהפך יכול להיות גם מגושם ויקר למדי. לכן מציאת טכניקה שבה ה אותו שנאי מהפך מוחל לטעינה הסוללה נשמעת מועילה ביותר.

הנוכחות של דיודות הגוף הפנימיות ב- MOSFET מאפשרת למרבה המזל להחליף את השנאי במצב המהפך וגם במצב מטען הסוללה, באמצעות כמה קל החלפות ממסר רצפים.

תפיסת עבודה בסיסית

בתרשים להלן אנו יכולים לראות כי כל MOSFET מלווה בדיודת גוף פנימית, המחוברת על פני סיכות הניקוז / מקור שלהם.

האנודה של הדיודה מחוברת לסיכת המקור, בעוד שסיכת הקתודה משויכת לסיכת הניקוז של המכשיר. אנו יכולים גם לראות שמכיוון שה- MOSFET מוגדרים ברשת מגושרת, הדיודות מוגדרות גם בסיסיות מיישר גשר מלא פורמט רשת.

מועסקים כמה ממסרים המיישמים כמה החלפות מהירות על מנת לאפשר לרשת AC לטעון את הסוללה באמצעות דיודות גוף MOSFET.

זֶה מיישר גשר יצירת רשת של דיודות פנימיות MOSFET למעשה הופכת את תהליך השימוש בשנאי יחיד כ שנאי מהפך ושנאי מטען לפשוט מאוד.

כיוון הזרימה הנוכחי דרך דיודות גוף MOSFET

התמונה הבאה מציגה את כיוון זרימת הזרם דרך דיודות הגוף לתיקון שנאי AC למתח טעינה DC

עם אספקת AC, חוטי השנאי משנים את הקוטביות שלהם לסירוגין. כפי שמוצג בתמונה השמאלית, בהנחה שההתחלה היא כחוט החיובי, החצים הכתומים מציינים את דפוס הזרימה של הזרם דרך D1, סוללה, D3 וחזרה ל- FINISH או לחוט השלילי של השנאי.

במהלך מחזור ה- AC הבא, הקוטביות מתהפכת, והזרם נע כמצוין על ידי החצים הכחולים דרך דיודת הגוף D4, הסוללה, D2, וחזרה לסוף או לקצה השלילי של סלילת השנאי. פעולה זו ממשיכה לחזור לסירוגין, והופכת את שני מחזורי ה- AC ל- DC וטוענת את הסוללה.

עם זאת, מכיוון ש- MOSFET מעורבים גם במערכת, יש לנקוט בזהירות יתרה בכדי להבטיח שמכשירים אלה לא ייפגעו תוך כדי, והדבר מחייב פעולות מעבר מהפך / מטען מושלמות.

עיצוב מעשי

התרשים הבא מציג תכנון מעשי המיועד ליישום דיודות גוף MOSFET כמישר עבור טעינת סוללת מהפך , עם מתגי החלפת ממסר.

כדי להבטיח 100% בטיחות עבור ה- MOSFET במצב הטעינה ותוך שימוש בדיודות הגוף עם שנאי AC, יש להחזיק את שערי ה- MOSFET בפוטנציאל הקרקע, ולנתק אותם לחלוטין מזרם ה- DC.

לשם כך אנו מיישמים שני דברים, מחברים נגדי 1k על פני השער / פינים המקוריים של כל ה- MOSFET, ומניחים ממסר חתוך בסדרה עם קו האספקה ​​Vcc של IC הנהג.

ממסר הניתוק הוא קשר ממסר SPDT עם אנשי הקשר N / C המחוברים בסדרה עם קלט אספקת הנהג IC. בהיעדר רשת חשמל, מגעי N / C נותרים פעילים ומאפשרים לאספקת הסוללה להגיע לממשק הנהג להפעלת MOSFET.

כאשר זרם AC זמין, זה ממסר מתחלף למגעי ה- N / O המנתקים את ה- IC Vcc ממקור החשמל, ובכך מבטיחים ניתוק מוחלט עבור ה- MOSFET מהכונן החיובי.

אנו יכולים לראות סט אחר של אנשי קשר ממסר מחובר לצד שנאי 220 וולט. סלילה זו מהווה את פלט 220V של המהפך. הקצוות המתפתלים מחוברים עם הקטבים של ממסר DPDT, אשר N / O ו- N / C מגעים מוגדרים עם קלט רשת החשמל AC והעומס בהתאמה.

בהיעדר רשת AC, המערכת עובדת במצב מהפך, והספק הכוח מועבר לעומס באמצעות מגעי N / C של DPDT.

בנוכחות קלט רשת AC, הממסר מופעל למגעי N / O המאפשר לרשת AC להפעיל את הצד 220V של השנאי. זה בתורו ממריץ את צד המהפך של השנאי והזרם מותר לעבור דרך דיודות הגוף של ה- MOSFET לטעינת הסוללה המחוברת.

לפני שממסר DPDT מסוגל להפעיל, ממסר SPDT אמור לנתק את ה- Vcc של כונן הנהג מהאספקה. יש להבטיח עיכוב קל זה בהפעלה בין ממסר SPDT לבין ממסר DPDT על מנת להבטיח 100% בטיחות עבור ה- MOSFET ולפעולות הקול של מהפך / מצב טעינה דרך דיודות הגוף.

פעולות מעבר ממסר

כפי שהוצע לעיל, כאשר אספקת החשמל זמינה, על מגע ממסר ה- SPDT בצד ה- Vcc להפעיל כמה אלפיות השנייה לפני ממסר ה- DPDT, בצד השנאי. עם זאת, כאשר כניסת הרשת נכשלת, שני הממסרים חייבים לכבות כמעט בו זמנית. ניתן ליישם תנאים אלה באמצעות המעגל הבא.

כאן, אספקת ה- DC התפעולית של סליל הממסר נרכשת מתקן מתאם AC ל- DC , מחובר לרשת החשמל.

המשמעות היא שכאשר רשת AC זמינה, מתאם ה- AC / DC מפעיל את הממסרים. ממסר SPDT המחובר ישירות לאספקת DC מופעל במהירות לפני שמסר ה- DPDT יכול. ממסר DPDT מופעל כעבור כמה אלפיות השנייה בגלל נוכחותם של 10 אוהם וקבל 470 uF. זה מבטיח כי מנהל ההתקן MOSFET מושבת לפני שהשנאי מסוגל להגיב לכניסת החשמל לרשת בצד ה -220 וולט.

כאשר זרם החשמל נכשל, שני הממסר נכבה כמעט בו זמנית, מכיוון שלקבל 470uF אין כל השפעה על ה- DPDT בגלל הדיודה מוטה ההפוכה.

זה מסכם את ההסבר שלנו לגבי שימוש בדיודות גוף MOSFET להטענת סוללת מהפך באמצעות שנאי משותף יחיד. יש לקוות, הרעיון יאפשר לחובבים הרבים לבנות ממירים אוטומטיים זולים וקומפקטיים עם מטענים מובנים, באמצעות שנאי משותף יחיד.