【導(dǎo)讀】在這篇文章中，我們將了解如何利用MOSFET的內(nèi)部二極管為逆變器中的電池充電。我們將研究全橋逆變器的概念，并學(xué)習(xí)如何將其4個(gè)MOSFET的內(nèi)置二極管為電池充電。
什么是全橋或H橋逆變器
如上圖所示，在全橋逆變器中，我們有一組4個(gè)MOSFET連接到輸出負(fù)載。對(duì)角連接的MOSFET通過外部振蕩器交替切換，從而使來自電池的輸入DC轉(zhuǎn)換為負(fù)載的交流電或AC。
負(fù)載通常表現(xiàn)為變壓器形式，其低壓初級(jí)線圈與MOSFET橋連接以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的DC到AC反相。
通常，基于4 N溝道MOSFET的H橋被應(yīng)用在全橋逆變器中，盡管使用4 N通道逆變器依賴于專用驅(qū)動(dòng)器IC，但效率很高，其復(fù)雜性可以略過，因此，這些方法廣泛用于所有現(xiàn)代全橋逆變器中。
MOSFET體內(nèi)二極管的用途
最初引入現(xiàn)代MOSFET中使用的內(nèi)部二極管，以保護(hù)器件免受因連接的電感性負(fù)載（例如變壓器，電動(dòng)機(jī)，螺線管等）產(chǎn)生的反向EMF尖峰的影響。
當(dāng)電感負(fù)載與MOSFET漏極接通時(shí)，電能立即存儲(chǔ)在負(fù)載內(nèi)部，并且在下一個(gè)瞬間隨著關(guān)閉，該存儲(chǔ)的EMF從MOSFET源極到漏極，從而導(dǎo)致MOSFET永久性損壞。
在器件的漏極/源極之間存在一個(gè)內(nèi)部二極管，通過允許反電動(dòng)勢(shì)尖峰穿過二極管來阻止MOSFET被損壞，從而保護(hù)了MOSFET。
使用MOSFE二極管為逆變器電池充電
我們知道沒有電池的逆變器是不完整的，并且逆變器電池需要頻繁充電，以保持逆變器持續(xù)輸出并處于待機(jī)狀態(tài)。
然而，給電池充電需要變壓器，該變壓器必須是高功率器件，以確保電池的最佳電流。
將額外的變壓器與逆變器變壓器一起使用體積會(huì)非常龐大，并且成本會(huì)很高。因此，找到一種使用相同的逆變器變壓器為電池充電的技術(shù)聽起來非常有效。
值得高興的是，MOSFET中內(nèi)部二極管使變壓器可以通過一些簡單的繼電器切換序列以逆變器模式以及電池充電器模式進(jìn)行切換。
基本工作原理
在下圖中，我們可以看到，每個(gè)MOSFET都帶有一個(gè)內(nèi)部二極管，該二極管跨接在它們的漏極/源極引腳之間。
二極管的陽極與源極相連，而陰極引腳與器件的源極引腳相連。我們還可以看到，由于MOSFET配置在橋接網(wǎng)絡(luò)中，因此二極管也配置成基本的全橋整流器網(wǎng)絡(luò)格式。
采用了幾個(gè)繼電器，它們實(shí)現(xiàn)了一些快速轉(zhuǎn)換，以使電網(wǎng)AC能夠通過MOSFET二極管為電池充電。
實(shí)際上，MOSFET內(nèi)部二極管的這種橋式整流器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使用單個(gè)變壓器作為逆變器變壓器和充電器變壓器的過程非常簡單。
流過MOSFET二極管的電流方向
下圖顯示了流過二極管的電流方向，將變壓器AC整流為DC充電電壓
使用交流電源時(shí)，變壓器線會(huì)交替改變其極性。如左圖所示，假設(shè)START為正極，橙色箭頭指示電流通過D1，電池，D3并流回FINISH或變壓器負(fù)極的電流模式。
在下一個(gè)AC周期中，極性反轉(zhuǎn)，電流如藍(lán)色箭頭所示經(jīng)過體二極管D4，電池D2并流回FINISH或變壓器繞組的負(fù)極。這會(huì)不斷重復(fù)，將兩個(gè)AC周期都轉(zhuǎn)換為DC并為電池充電。
但是，由于MOSFET也包含在系統(tǒng)中，因此操作時(shí)必須格外小心，以確保這些器件在過程中不會(huì)損壞。
實(shí)用設(shè)計(jì)
下圖顯示了將MOSFET二極管用于為逆變器電池充電的整流器的設(shè)計(jì)，并帶有繼電器轉(zhuǎn)換開關(guān)。
為了確保MOSFET在充電模式下絕對(duì)安全，并且將二極管與變壓器AC一起使用時(shí)，MOSFET柵極必須保持在接地電位，并且必須與電源DC完全斷開。
為此，我們做了兩件事：在所有MOSFET的柵極/源極引腳之間連接1 k電阻，并在驅(qū)動(dòng)器IC的Vcc電源線上串聯(lián)一個(gè)截止繼電器。
截止繼電器是SPDT繼電器觸點(diǎn)，其N / C觸點(diǎn)與驅(qū)動(dòng)器IC電源輸入串聯(lián)。在沒有交流電源的情況下，N / C觸點(diǎn)保持活動(dòng)狀態(tài)，從而允許電池電源到達(dá)驅(qū)動(dòng)器IC，從而為MOSFET供電。
到此，我們就解釋了有關(guān)使用MOSFET二極管通過單個(gè)公共變壓器為逆變器電池充電的原理。希望這一想法將使更多業(yè)余愛好者能夠使用一個(gè)通用變壓器來構(gòu)建帶有內(nèi)置電池充電器的自動(dòng)化逆變器。
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