استخدام ثنائيات الجسم MOSFET لشحن البطارية في العاكسات

استخدام ثنائيات الجسم MOSFET لشحن البطارية في العاكسات

في هذا المنشور ، نحاول أن نفهم كيف يمكن استغلال الثنائيات الداخلية للجسم من MOSFETs لتمكين شحن البطارية من خلال نفس المحول الذي يتم استخدامه كمحول العاكس.



في هذه المقالة سنبحث في مفهوم عاكس الجسر الكامل ونتعلم كيف يمكن تطبيق الثنائيات المدمجة في 4 MOSFETs لشحن بطارية متصلة.

ما هو الجسر الكامل أو العاكس H-Bridge

ناقشنا في القليل من مشاركاتي السابقة دوائر العاكس الجسر الكامل وفيما يتعلق بمبدأ عملهم.





كما هو موضح في الصورة أعلاه ، في الأساس ، في عاكس الجسر الكامل لدينا مجموعة من 4 MOSFETs متصلة بحمل الإخراج. يتم تبديل أزواج MOSFET المتصلة قطريًا بالتناوب من خلال خارجي مذبذب ، مما يتسبب في تحويل دخل التيار المستمر من البطارية إلى تيار متناوب أو تيار متردد للحمل.

عادة ما يكون الحمل في شكل ملف محول ، الذي يتم توصيل الجهد الأساسي المنخفض الخاص به بجسر MOSFET لعكس التيار المستمر إلى التيار المتردد.



عادةً ما يكون ملف 4 N- قناة MOSFET يتم تطبيق طوبولوجيا الجسر H المعتمدة على عواكس الجسر الكامل ، نظرًا لأن هذا الهيكل يوفر العمل الأكثر كفاءة من حيث الاكتناز إلى نسبة خرج الطاقة.

على الرغم من أن استخدام محولات 4 N قناة تعتمد على المتخصصة سائق المرحلية مع التمهيد ، ومع ذلك ، فإن الكفاءة تفوق التعقيد ، ومن ثم يتم استخدام هذه الأنواع بشكل شائع في جميع الأنواع الحديثة محولات الجسر الكامل .

الغرض من الثنائيات الداخلية للجسم MOSFET

يتم تقديم الثنائيات الداخلية للجسم الموجودة في جميع الدوائر المتكاملة MOSFET الحديثة تقريبًا بشكل أساسي حماية الجهاز من ارتفاعات EMF العكسية المتولدة من ملف الحمل الاستقرائي ، مثل المحول ، المحرك ، الملف اللولبي ، إلخ.

عندما يتم تشغيل الحمل الاستقرائي من خلال استنزاف MOSFET ، يتم تخزين الطاقة الكهربائية على الفور داخل الحمل ، وخلال اللحظة التالية مثل MOSFET ينطفئ ، يتم إرجاع هذا EMF المخزن في القطبية العكسية من مصدر MOSFET إلى التصريف ، مما يتسبب في تلف دائم في MOSFET.

يؤدي وجود صمام ثنائي داخلي للجسم عبر مصرف / مصدر الجهاز إلى إحباط الخطر من خلال السماح لمسار emf الخلفي هذا بمسار مباشر عبر الصمام الثنائي ، وبالتالي حماية MOSFET من الانهيار المحتمل.

استخدام ثنائيات الجسم MOSFET لشحن بطارية العاكس

نحن نعلم أن العاكس غير مكتمل بدون بطارية ، وأن بطارية العاكس تتطلب حتمًا الشحن بشكل متكرر للحفاظ على خرج العاكس في أعلى مستوى وفي حالة الاستعداد.

ومع ذلك ، فإن شحن البطارية يتطلب محوّلًا ، والذي يجب أن يكون من النوع عالي القوة الكهربائية لضمان الأداء الأمثل الحالي للبطارية .

يمكن أن يكون استخدام محول إضافي مع المحول العاكس ضخمًا ومكلفًا أيضًا. لذلك ، فإن العثور على تقنية يكون فيها يتم تطبيق نفس محول العاكس للشحن البطارية تبدو مفيدة للغاية.

لحسن الحظ ، فإن وجود ثنائيات الجسم الداخلية في MOSFETs يجعل من الممكن تبديل المحول في وضع العاكس وأيضًا في وضع شاحن البطارية ، من خلال بعض السهولة تغيير التتابع التسلسلات.

مفهوم العمل الأساسي

في الرسم البياني أدناه يمكننا أن نرى أن كل MOSFET مصحوب بصمام ثنائي داخلي للجسم ، متصل عبر دبابيس التصريف / المصدر.

يتم توصيل أنود الصمام الثنائي بالدبوس المصدر ، بينما يرتبط دبوس الكاثود بدبوس التصريف بالجهاز. يمكننا أيضًا أن نرى أنه نظرًا لتكوين MOSFETs في شبكة متصلة ، يتم أيضًا تكوين الثنائيات بشكل أساسي مقوم كامل الجسر تنسيق الشبكة.

يتم استخدام اثنين من المرحلات التي تنفذ عددًا قليلاً التحولات السريعة لتمكين التيار المتردد الشبكي من شحن البطارية عبر ثنائيات الجسم MOSFET.

هذه جسر المعدل إن تشكيل شبكة الثنائيات الداخلية MOSFET يجعل عملية استخدام محول واحد كمحول عاكس ومحول شاحن أمرًا سهلاً للغاية.

اتجاه التدفق الحالي من خلال ثنائيات الجسم MOSFET

توضح الصورة التالية اتجاه تدفق التيار عبر ثنائيات الجسم لتصحيح المحول AC إلى جهد شحن DC

مع مصدر التيار المتردد ، تغير أسلاك المحولات قطبيتها بالتناوب. كما هو موضح في الصورة اليسرى ، بافتراض أن START هي السلك الموجب ، تشير الأسهم البرتقالية إلى نمط تدفق التيار عبر D1 ، والبطارية ، و D3 والعودة إلى FINISH أو السلك السلبي للمحول.

لدورة التيار المتردد التالية ، تنعكس القطبية ، ويتحرك التيار كما هو موضح بواسطة الأسهم الزرقاء عبر الصمام الثنائي للجسم D4 ، والبطارية ، و D2 ، والعودة إلى النهاية النهائية أو النهاية السالبة لملف المحول. يستمر هذا في التكرار بالتناوب ، مما يؤدي إلى تحويل كل من دورات التيار المتردد إلى تيار مستمر وشحن البطارية.

ومع ذلك ، نظرًا لأن MOSFETs تشارك أيضًا في النظام ، يجب توخي الحذر الشديد لضمان عدم تعرض هذه الأجهزة للتلف أثناء العملية ، وهذا يتطلب عمليات تبديل العاكس / الشاحن المثالية.

تصميم عملي

يوضح الرسم التخطيطي التالي تصميمًا عمليًا تم إعداده لتنفيذ ثنائيات الجسم MOSFET كمقوم لـ شحن بطارية انفرتر ، مع مفاتيح تحويل التتابع.

لضمان سلامة وحدات MOSFETs بنسبة 100٪ في وضع الشحن وأثناء استخدام صمامات ثنائية الجسم مع محول التيار المتردد ، يجب تثبيت بوابات MOSFET عند موضع الأرض ، وقطع التيار المباشر عن التيار المباشر.

لهذا نقوم بتنفيذ شيئين ، قم بتوصيل مقاومات 1 k عبر دبابيس البوابة / المصدر لجميع MOSFETs ، ووضع مرحل قطع متسلسل مع خط إمداد Vcc لمحرك IC.

مرحل القطع عبارة عن اتصال مرحل SPDT مع جهات اتصال N / C المتصلة في سلسلة مع إدخال إمداد محرك IC. في حالة عدم وجود أنابيب التيار المتردد ، تظل جهات الاتصال N / C نشطة مما يسمح لإمداد البطارية بالوصول إلى IC السائق لتشغيل وحدات MOSFET.

عندما يتوفر التيار المتردد الرئيسي ، هذا يتغير التتابع إلى جهات الاتصال N / O التي تقطع IC Vcc من مصدر الطاقة ، وبالتالي ضمان قطع كامل لـ MOSFETs من المحرك الإيجابي.

يمكننا أن نرى مجموعة أخرى من تتابع الاتصالات متصل مع محول التيار الكهربائي 220 فولت. هذا اللف يشكل مخرج 220 فولت من العاكس. ترتبط نهايات اللف بأعمدة مرحل DPDT ، حيث يتم تكوين جهات الاتصال N / O و N / C الخاصة بها مع إدخال التيار الكهربائي AC والحمل على التوالي.

في حالة عدم وجود التيار المتردد للشبكة الرئيسية ، يعمل النظام في وضع العاكس ، ويتم توصيل خرج الطاقة للحمل عبر جهات اتصال N / C الخاصة بـ DPDT.

في حالة وجود مدخل شبكة تيار متردد ، يتم تنشيط التتابع إلى جهات اتصال N / O مما يسمح لشبكة التيار المتردد بتشغيل جانب 220 فولت من المحول. وهذا بدوره ينشط جانب العاكس من المحول ويسمح للتيار بالمرور عبر الصمامات الثنائية للجسم من MOSFETs لشحن البطارية المرفقة.

قبل أن يتم تنشيط مرحل DPDT ، من المفترض أن يقوم مرحل SPDT بقطع Vcc لبرنامج التشغيل IC من الإمداد. يجب ضمان هذا التأخير الطفيف في التنشيط بين مرحل SPDT ومرحل DPDT من أجل ضمان أمان 100٪ لدوائر MOSFET وللعمليات الصوتية الخاصة بـ وضع العاكس / الشحن عن طريق ثنائيات الجسم.

عمليات تبديل التتابع

كما هو مقترح أعلاه ، عندما يكون مصدر التيار الكهربائي متاحًا ، يجب أن يتم تنشيط جهة اتصال مرحل SPDT من جانب Vcc بضع ميلي ثانية قبل مرحل DPDT ، على جانب المحول. ومع ذلك ، عندما يفشل إدخال التيار الكهربائي ، يجب إيقاف تشغيل كلا المرحلتين في وقت واحد تقريبًا. يمكن تنفيذ هذه الشروط باستخدام الدائرة التالية.

هنا ، يتم الحصول على مصدر التيار المستمر التشغيلي لملف الترحيل من معيار محول تيار متردد إلى تيار مستمر ، موصول بشبكة الكهرباء.

هذا يعني أنه عند توفر التيار المتردد للشبكة ، يقوم محول التيار المتردد / التيار المستمر بتشغيل المرحلات. يتم توصيل مرحل SPDT مباشرة بمصدر التيار المستمر بسرعة قبل أن يتمكن مرحل DPDT. يتم تنشيط مرحل DPDT بعد بضعة مللي ثانية بسبب وجود 10 أوم ومكثف 470 فائق التوهج. هذا يضمن أن محرك MOSFET IC معطل قبل أن يتمكن المحول من الاستجابة لمدخل التيار المتردد للشبكة عند جانبه 220 فولت.

عندما يفشل التيار المتردد الرئيسي ، يتم إيقاف تشغيل كل من مفتاح الترحيل في وقت واحد تقريبًا ، نظرًا لأن مكثف 470 فائق التوهج الآن ليس له أي تأثير على DPDT بسبب سلسلة الصمام الثنائي المنحاز العكسي.

يختتم هذا شرحنا فيما يتعلق باستخدام ثنائيات الجسم MOSFET لشحن بطارية العاكس من خلال محول مشترك واحد. نأمل أن تسمح الفكرة للعديد من الهواة ببناء محولات أوتوماتيكية رخيصة وصغيرة الحجم مزودة بشواحن بطارية مدمجة ، باستخدام محول واحد مشترك.




السابق: شرح الدوائر الإلكترونية الأساسية - دليل المبتدئين للإلكترونيات التالي: حلبة الباحث عن مسمار - ابحث عن المعادن المخفية داخل الجدران