Utilisation de diodes de corps MOSFET pour charger la batterie dans les onduleurs

Dans cet article, nous essayons de comprendre comment les diodes du corps interne des MOSFET pourraient être exploitées pour permettre la charge de la batterie à travers le même transformateur qui est utilisé comme transformateur inverseur.

Dans cet article, nous étudierons un concept d'onduleur à pont complet et découvrirons comment les diodes intégrées de ses 4 MOSFET pourraient être appliquées pour charger une batterie connectée.

Qu'est-ce qu'un onduleur Full Bridge ou H-Bridge

Dans quelques-uns de mes articles précédents, nous avons discuté circuits onduleurs à pont complet et concernant leur principe de fonctionnement.

Comme le montre l'image ci-dessus, en gros, dans un onduleur à pont complet, nous avons un ensemble de 4 MOSFET connectés à la charge de sortie. Les paires de MOSFET connectées en diagonale sont alternativement commutées via un oscillateur , provoquant la transformation du CC d'entrée de la batterie en un courant alternatif ou CA pour la charge.

La charge se présente normalement sous la forme d'un transformateur , dont le primaire basse tension est connecté au pont MOSFET pour l'inversion DC-AC prévue.

En règle générale, le MOSFET 4 canaux N La topologie à pont en H est appliquée dans les onduleurs à pont complet, car cette topologie offre le fonctionnement le plus efficace en termes de rapport compacité / puissance de sortie.

Bien que l'utilisation d'onduleurs à 4 canaux N dépende de CI pilotes avec amorçage , mais l'efficacité l'emporte sur la complexité, par conséquent, ces types sont couramment utilisés dans tous les onduleurs pont complet .

Objectif des diodes internes du corps MOSFET

Les diodes de corps internes présentes dans presque tous les MOSFET modernes sont principalement introduites pour protéger l'appareil à partir de pointes EMF inversées générées à partir d'un charge inductive , comme un transformateur, un moteur, un solénoïde, etc.

Lorsqu'une charge inductive est activée via le drain MOSFET, l'énergie électrique est stockée instantanément à l'intérieur de la charge, et au moment suivant, Le MOSFET s'éteint , cet EMF stocké est renvoyé dans la polarité inverse de la source MOSFET au drain, causant un dommage permanent au MOSFET.

La présence d'une diode de corps interne à travers le drain / source du dispositif déjoue le danger en permettant à cette pointe de force électromotrice arrière un chemin direct à travers la diode, protégeant ainsi le MOSFET d'une éventuelle panne.

Utilisation de diodes de corps MOSFET pour charger la batterie de l'onduleur

Nous savons qu'un onduleur est incomplet sans batterie et qu'une batterie d'onduleur nécessite inévitablement une charge fréquente pour maintenir la sortie de l'onduleur au maximum et en état de veille.

Cependant, la charge d'une batterie nécessite un transformateur, qui doit être de type haute puissance pour assurer une courant pour la batterie .

L'utilisation d'un transformateur supplémentaire en conjonction avec le transformateur inverseur peut également être assez encombrante et coûteuse. Par conséquent, trouver une technique dans laquelle le le même transformateur inverseur est appliqué pour la charge la batterie semble extrêmement bénéfique.

La présence des diodes internes du corps dans les MOSFET permet heureusement que le transformateur soit commuté en mode onduleur et également en mode chargeur de batterie, grâce à quelques changements de relais séquences.

Concept de travail de base

Dans le diagramme ci-dessous, nous pouvons voir que chaque MOSFET est accompagné d'une diode de corps interne, connectée à travers leurs broches drain / source.

L'anode de la diode est connectée à la broche source, tandis que la broche cathodique est associée à la broche de drain du dispositif. Nous pouvons également voir que puisque les MOSFET sont configurés dans un réseau ponté, les diodes sont également configurées dans un redresseur à pont complet format réseau.

Quelques relais sont utilisés qui implémentent quelques changements rapides pour permettre au réseau AC de charger la batterie via les diodes du corps MOSFET.

Ce pont redresseur la formation du réseau des diodes internes du MOSFET rend en fait le processus d'utilisation d'un seul transformateur comme transformateur inverseur et transformateur chargeur très simple.

Direction du courant à travers les diodes du corps MOSFET

L'image suivante montre la direction du flux de courant à travers les diodes du corps pour redresser le transformateur CA en une tension de charge CC

Avec une alimentation CA, les fils du transformateur changent de polarité en alternance. Comme le montre l'image de gauche, en supposant que le START est le fil positif, les flèches orange indiquent le schéma de circulation du courant via D1, batterie, D3 et retour à la FINITION ou au fil négatif du transformateur.

Pour le cycle CA suivant, la polarité s'inverse et le courant se déplace comme indiqué par les flèches bleues via la diode de corps D4, la batterie, D2, et retourne à la FINITION ou à l'extrémité négative de l'enroulement du transformateur. Cela se répète en alternance, transformant à la fois les cycles CA en CC et en chargeant la batterie.

Cependant, étant donné que les MOSFET sont également impliqués dans le système, un soin extrême doit être exercé pour s'assurer que ces appareils ne soient pas endommagés au cours du processus, ce qui nécessite des opérations parfaites de changement de convertisseur / chargeur.

Conception pratique

Le schéma suivant montre une conception pratique mise en place pour mettre en œuvre des diodes de corps MOSFET en tant que redresseur pour charger une batterie d'onduleur , avec commutateurs de relais.

Pour assurer une sécurité à 100% pour les MOSFET en mode de charge et lors de l'utilisation des diodes du corps avec le transformateur AC, les portes MOSFET doivent être maintenues au potentiel de masse et complètement coupées de l'alimentation DC.

Pour cela, nous implémentons deux choses, connecter 1 k résistances à travers les broches de grille / source de tous les MOSFET, et mettre un relais de coupure en série avec la ligne d'alimentation Vcc du circuit intégré de pilotage.

Le relais de coupure est un contact de relais SPDT avec ses contacts N / C connectés en série avec l'entrée d'alimentation du circuit intégré du pilote. En l'absence de secteur CA, les contacts N / C restent actifs, ce qui permet à l'alimentation de la batterie d'atteindre le circuit intégré de commande pour alimenter les MOSFET.

Lorsque le secteur est disponible, ce relais change aux contacts N / O coupant l'IC Vcc de la source d'alimentation, assurant ainsi une coupure totale pour les MOSFET de l'entraînement positif.

Nous pouvons voir un autre ensemble de contacts de relais connecté au transformateur côté secteur 220 V. Cet enroulement constitue le côté sortie 220V de l'onduleur. Les extrémités des enroulements sont connectées aux pôles d'un relais DPDT, dont les contacts N / O et N / F sont configurés avec l'entrée du réseau secteur AC et la charge respectivement.

En l'absence de réseau électrique AC, le système fonctionne en mode onduleur et la puissance de sortie est fournie à la charge via les contacts N / C du DPDT.

En présence d'une entrée de réseau CA, le relais s'active sur des contacts N / O permettant au réseau CA d'alimenter le côté 220V du transformateur. Cela alimente à son tour le côté onduleur du transformateur et le courant est autorisé à passer à travers les diodes du corps des MOSFET pour charger la batterie attachée.

Avant que le relais DPDT ne puisse s'activer, le relais SPDT est censé couper le Vcc du circuit intégré de commande de l'alimentation. Ce léger retard d'activation entre le relais SPDT et le relais DPDT doit être assuré afin de garantir une sécurité à 100% pour les MOSFET et pour le bon fonctionnement du onduleur / mode de charge via les diodes du corps.

Opérations de changement de relais

Comme suggéré ci-dessus, lorsque l'alimentation secteur est disponible, le contact du relais SPDT côté Vcc doit s'activer quelques millisecondes avant le relais DPDT, côté transformateur. Cependant, en cas de panne de l'entrée secteur, les deux relais doivent s'éteindre presque simultanément. Ces conditions pourraient être mises en œuvre à l'aide du circuit suivant.

Ici, l'alimentation CC opérationnelle pour la bobine de relais est acquise à partir d'un standard Adaptateur CA vers CC , branché sur le réseau électrique.

Cela signifie que, lorsqu'un réseau CA est disponible, l'adaptateur CA / CC met les relais sous tension. Le relais SPDT connecté directement à l'alimentation CC s'active rapidement avant que le relais DPDT le puisse. Le relais DPDT s'active quelques millisecondes plus tard en raison de la présence du condensateur 10 ohms et 470 uF. Cela garantit que le circuit intégré du pilote MOSFET est désactivé avant que le transformateur ne puisse répondre à l'entrée CA du réseau sur son côté 220 V.

En cas de panne du secteur, les deux relais s'éteignent presque simultanément, car le condensateur de 470 uF n'a plus d'effet sur le DPDT en raison de la diode polarisée en inverse en série.

Ceci conclut notre explication concernant l'utilisation de diodes de corps MOSFET pour charger une batterie d'onduleur via un seul transformateur commun. Espérons que l'idée permettra aux nombreux amateurs de construire des onduleurs automatiques compacts et bon marché avec des chargeurs de batterie intégrés, en utilisant un seul transformateur commun.