Sử dụng điốt cơ MOSFET để sạc pin trong biến tần

Trong bài đăng này, chúng tôi cố gắng hiểu cách các điốt bên trong của MOSFET có thể được khai thác để cho phép sạc pin thông qua cùng một máy biến áp đang được sử dụng làm máy biến áp nghịch lưu.

Trong bài viết này, chúng tôi sẽ tìm hiểu khái niệm biến tần cầu đầy đủ và tìm hiểu cách các điốt tích hợp trong 4 MOSFET của nó có thể được ứng dụng để sạc pin đi kèm.

Biến tần Full Bridge hoặc H-Bridge là gì

Trong một vài bài viết trước đây của tôi, chúng tôi đã thảo luận về mạch biến tần cầu đầy đủ và về nguyên tắc làm việc của chúng.

Như trong hình trên, về cơ bản, trong biến tần toàn cầu, chúng ta có một bộ 4 MOSFET được kết nối với tải đầu ra. Các cặp MOSFET được kết nối theo đường chéo được chuyển đổi luân phiên thông qua một bên ngoài dao động , làm cho DC đầu vào từ pin biến đổi thành dòng điện xoay chiều hoặc AC cho tải.

Tải trọng thường ở dạng máy biến áp , có điện áp thấp sơ cấp được kết nối với cầu MOSFET để đảo ngược DC sang AC dự kiến.

Thông thường, 4 MOSFET kênh N cấu trúc liên kết cầu H dựa trên được áp dụng trong bộ biến tần cầu đầy đủ, vì cấu trúc liên kết này cung cấp khả năng làm việc hiệu quả nhất về tỷ lệ nhỏ gọn trên công suất phát.

Mặc dù sử dụng biến tần 4 kênh N tùy thuộc vào IC điều khiển với bootstrapping , tuy nhiên hiệu quả vượt trội hơn sự phức tạp, do đó những loại này được sử dụng phổ biến trong tất cả các biến tần cầu đầy đủ .

Mục đích của Điốt bên trong MOSFET

Các điốt bên trong cơ thể có mặt trong hầu hết các MOSFET hiện đại ngày nay chủ yếu được giới thiệu để bảo vệ thiết bị từ các xung EMF ngược được tạo ra từ một tải cảm ứng , chẳng hạn như một máy biến áp, động cơ, điện từ, v.v.

Khi một tải cảm ứng được BẬT thông qua cống MOSFET, năng lượng điện được lưu trữ ngay lập tức bên trong tải và trong thời gian tiếp theo khi MOSFET TẮT , EMF được lưu trữ này bị đá ngược trở lại phân cực ngược từ nguồn MOSFET để tiêu hao, gây ra hư hỏng vĩnh viễn cho MOSFET.

Sự hiện diện của một đi-ốt bên trong thân qua ống thoát / nguồn của thiết bị ngăn chặn nguy hiểm bằng cách cho phép conf phía sau này tăng đột biến một đường dẫn trực tiếp qua diode, do đó bảo vệ MOSFET khỏi sự cố có thể xảy ra.

Sử dụng điốt cơ MOSFET để sạc pin biến tần

Chúng ta biết rằng biến tần không hoàn thiện nếu không có pin, và pin biến tần chắc chắn phải sạc thường xuyên để giữ cho đầu ra biến tần luôn ở mức cao nhất và ở trạng thái chờ.

Tuy nhiên, việc sạc pin cần có máy biến áp, phải là loại có công suất cao để đảm bảo tối ưu dòng điện cho pin .

Việc sử dụng một máy biến áp bổ sung kết hợp với máy biến áp nghịch lưu có thể khá cồng kềnh và tốn kém. Do đó, việc tìm kiếm một kỹ thuật trong đó cùng một máy biến áp biến tần được áp dụng để sạc pin nghe rất có lợi.

May mắn thay, sự hiện diện của các điốt bên trong thân máy MOSFET làm cho máy biến áp có thể được chuyển đổi ở chế độ biến tần và cả ở chế độ sạc pin, một cách dễ dàng chuyển tiếp chuyển đổi trình tự.

Khái niệm làm việc cơ bản

Trong sơ đồ bên dưới, chúng ta có thể thấy rằng, mỗi MOSFET được đi kèm với một diode bên trong, được kết nối qua các chân thoát / nguồn của chúng.

Cực dương của diode được kết nối với chân nguồn, trong khi chân cực âm được liên kết với chân thoát của thiết bị. Chúng ta cũng có thể thấy rằng vì MOSFET được cấu hình trong một mạng bắc cầu, các điốt cũng được cấu hình cơ bản chỉnh lưu toàn cầu định dạng mạng.

Một số rơle được sử dụng để triển khai một số thay đổi nhanh chóng để cho phép điện lưới AC sạc pin thông qua các điốt trên thân MOSFET.

Điều này chỉnh lưu cầu Sự hình thành mạng của các điốt bên trong MOSFET thực sự làm cho quá trình sử dụng một máy biến áp đơn làm máy biến áp nghịch lưu và máy biến áp sạc rất đơn giản.

Hướng dòng chảy hiện tại thông qua điốt cơ thể MOSFET

Hình ảnh sau đây cho thấy hướng của dòng điện chạy qua các điốt trên thân để chỉnh lưu máy biến áp AC thành điện áp sạc DC

Với nguồn điện xoay chiều, các dây biến áp thay đổi cực tính luân phiên. Như trong hình bên trái, giả sử START là dây dương, các mũi tên màu cam biểu thị dạng dòng chảy qua D1, pin, D3 và quay trở lại FINISH hoặc dây âm của máy biến áp.

Đối với chu kỳ AC tiếp theo, cực tính đảo ngược và dòng điện di chuyển như được chỉ ra bởi các mũi tên màu xanh lam qua diode thân D4, pin, D2, và quay trở lại FINISH hoặc đầu âm của cuộn dây máy biến áp. Điều này tiếp tục lặp lại xen kẽ, chuyển đổi cả chu kỳ AC thành DC và sạc pin.

Tuy nhiên, vì MOSFET cũng tham gia vào hệ thống, nên cần phải hết sức cẩn thận để đảm bảo rằng các thiết bị này không bị hỏng trong quá trình này và điều này đòi hỏi một hoạt động chuyển đổi bộ sạc / biến tần hoàn hảo.

Thiết kế thực tế

Sơ đồ sau đây cho thấy một thiết kế thực tế được thiết lập để triển khai điốt thân MOSFET làm bộ chỉnh lưu cho sạc pin biến tần , với công tắc chuyển đổi rơ le.

Để đảm bảo an toàn 100% cho MOSFET ở chế độ sạc và trong khi sử dụng điốt thân với máy biến áp AC, các cổng MOSFET phải được giữ ở điện thế nối đất và cắt hoàn toàn khỏi nguồn DC.

Đối với điều này, chúng tôi thực hiện hai điều, kết nối 1 k điện trở qua các chân cổng / nguồn của tất cả các MOSFET và đặt một rơ le cắt nối tiếp với đường cung cấp Vcc của IC điều khiển.

Rơle cắt là một tiếp điểm rơle SPDT với các tiếp điểm N / C của nó được kết nối nối tiếp với đầu vào nguồn cung cấp IC điều khiển. Trong trường hợp không có nguồn điện AC, các tiếp điểm N / C vẫn hoạt động cho phép nguồn cung cấp pin đến IC trình điều khiển để cấp nguồn cho MOSFET.

Khi nguồn AC khả dụng, điều này chuyển tiếp những thay đổi tới các tiếp điểm N / O cắt IC Vcc khỏi nguồn điện, do đó đảm bảo cắt toàn bộ MOSFETs khỏi ổ đĩa tích cực.

Chúng ta có thể thấy một tập hợp khác của tiếp điểm đấu nối với máy biến áp 220 V phía nguồn điện. Cuộn dây này tạo thành phía đầu ra 220V của biến tần. Các đầu cuộn dây được nối với các cực của rơ le DPDT, có các tiếp điểm N / O và N / C được cấu hình với đầu vào lưới điện AC và tải tương ứng.

Trong trường hợp không có nguồn điện lưới AC, hệ thống làm việc ở chế độ biến tần, và sản lượng điện được cung cấp cho tải qua các tiếp điểm N / C của DPDT.

Khi có đầu vào lưới điện xoay chiều, rơ le kích hoạt đến các tiếp điểm N / O cho phép điện lưới xoay chiều cấp điện cho phía 220V của máy biến áp. Điều này lần lượt cung cấp năng lượng cho phía biến tần của máy biến áp và dòng điện được phép đi qua các điốt cơ thể của MOSFET để sạc pin được gắn kèm.

Trước khi rơle DPDT có thể kích hoạt, rơle SPDT phải ngắt Vcc của IC điều khiển khỏi nguồn cung cấp. Sự chậm trễ kích hoạt nhỏ này giữa rơ le SPDT và rơ le DPDT phải được đảm bảo để đảm bảo an toàn 100% cho MOSFET và cho các hoạt động âm thanh của biến tần / chế độ sạc thông qua các điốt cơ thể.

Hoạt động chuyển đổi chuyển tiếp

Như đã đề xuất ở trên, khi có nguồn điện lưới, tiếp điểm rơle SPDT phía Vcc sẽ kích hoạt vài mili giây trước rơle DPDT, ở phía máy biến áp. Tuy nhiên, khi đầu vào nguồn bị lỗi, cả hai rơ le phải TẮT gần như đồng thời. Các điều kiện này có thể được thực hiện bằng cách sử dụng mạch sau.

Ở đây, nguồn cung cấp DC hoạt động cho cuộn dây rơle được lấy từ một tiêu chuẩn Bộ chuyển đổi AC sang DC , được cắm với nguồn điện lưới.

Điều này có nghĩa là, khi có nguồn AC lưới, bộ chuyển đổi AC / DC sẽ BẬT các rơ le. Rơ le SPDT được kết nối trực tiếp với nguồn DC sẽ kích hoạt nhanh chóng trước khi rơ le DPDT có thể. Rơ le DPDT kích hoạt sau đó vài mili giây do sự hiện diện của tụ điện 10 ohm và 470 uF. Điều này đảm bảo rằng IC điều khiển MOSFET bị vô hiệu hóa trước khi máy biến áp có thể đáp ứng với đầu vào AC lưới ở phía 220 V của nó.

Khi nguồn AC bị lỗi, cả hai công tắc rơ le TẮT gần như đồng thời, vì tụ điện 470uF bây giờ không ảnh hưởng đến DPDT do diode phân cực ngược nối tiếp.

Điều này kết thúc phần giải thích của chúng tôi về việc sử dụng điốt thân MOSFET để sạc pin biến tần thông qua một biến áp chung. Hy vọng rằng ý tưởng này sẽ cho phép nhiều người có sở thích chế tạo biến tần tự động giá rẻ, nhỏ gọn với bộ sạc pin tích hợp, sử dụng một biến áp chung duy nhất.