如何將其4個MOSFET的內置二極管為電池充電

在這篇文章中，我們將了解如何利用MOSFET的內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，并學習如何將其4個MOSFET的內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MOSFET連接到輸出負載。對角連接的MOSFET通過外部振蕩器交替切換，從而使來自電池的輸入DC轉換為負載的交流電或AC。

負載通常表現(xiàn)為變壓器形式，其低壓初級線圈與MOSFET橋連接以實現(xiàn)預期的DC到AC反相。

通常，基于4 N溝道MOSFET的H橋被應用在全橋逆變器中，盡管使用4 N通道逆變器依賴于專用驅動器IC，但效率很高，其復雜性可以略過，因此，這些方法廣泛用于所有現(xiàn)代全橋逆變器中。

MOSFET體內二極管的用途

最初引入現(xiàn)代MOSFET中使用的內部二極管，以保護器件免受因連接的電感性負載（例如變壓器，電動機，螺線管等）產生的反向EMF尖峰的影響。

當電感負載與MOSFET漏極接通時，電能立即存儲在負載內部，并且在下一個瞬間隨著關閉，該存儲的EMF從MOSFET源極到漏極，從而導致MOSFET永久性損壞。

在器件的漏極/源極之間存在一個內部二極管，通過允許反電動勢尖峰穿過二極管來阻止MOSFET被損壞，從而保護了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非常龐大，并且成本會很高。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聽起來非常有效。

值得高興的是，MOSFET中內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行切換。

基本工作原理

在下圖中，我們可以看到，每個MOSFET都帶有一個內部二極管，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配置在橋接網絡中，因此二極管也配置成基本的全橋整流器網絡格式。

采用了幾個繼電器，它們實現(xiàn)了一些快速轉換，以使電網AC能夠通過MOSFET二極管為電池充電。

實際上，MOSFET內部二極管的這種橋式整流器網絡結構使用單個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，變壓器線會交替改變其極性。如左圖所示，假設START為正極，橙色箭頭指示電流通過D1，電池，D3并流回FINISH或變壓器負極的電流模式。

在下一個AC周期中，極性反轉，電流如藍色箭頭所示經過體二極管D4，電池D2并流回FINISH或變壓器繞組的負極。這會不斷重復，將兩個AC周期都轉換為DC并為電池充電。

但是，由于MOSFET也包含在系統(tǒng)中，因此操作時必須格外小心，以確保這些器件在過程中不會損壞。

實用設計

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計，并帶有繼電器轉換開關。

為了確保MOSFET在充電模式下絕對安全，并且將二極管與變壓器AC一起使用時，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，并在驅動器IC的Vcc電源線上串聯(lián)一個截止繼電器。

截止繼電器是SPDT繼電器觸點，其N / C觸點與驅動器IC電源輸入串聯(lián)。在沒有交流電源的情況下，N / C觸點保持活動狀態(tài)，從而允許電池電源到達驅動器IC，從而為MOSFET供電。

到此，我們就解釋了有關使用MOSFET二極管通過單個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通用變壓器來構建帶有內置電池充電器的自動化逆變器。
編輯：hfy