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(guò)外部振蕩器交替切換，從而使來(lái)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(guò)，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(guò)允許反電動(dòng)勢(shì)尖峰穿過(guò)二極管來(lái)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(méi)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(tīng)起來(lái)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(guò)一些簡(jiǎn)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(yáng)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(guò)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(guò)程非常簡(jiǎn)單。

流過(guò)MOSFET二極管的電流方向

下圖顯示了流過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(kāi)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(kāi)。

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(méi)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(guò)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(ài)好者能夠使用一個(gè)通用變壓器來(lái)構(gòu)建帶有內(nèi)置電池充電器的自動(dòng)化逆變器。
編輯：hfy