Circuitul invertor PwM folosind tl494

Un invertor este un circuit care convertește curentul continuu (DC) în curent alternativ (AC). Un invertor PWM este un tip de circuit care utilizează unde pătrate modificate pentru a simula efectele curentului alternativ (AC), care este potrivit pentru alimentarea majorității aparatelor dvs. de uz casnic. Spun majoritatea, deoarece există în general două tipuri de invertoare, primul tip este așa-numitul invertor cu undă pătrată modificat, deoarece numele sugerează că ieșirea este mai degrabă o undă pătrată decât o undă sinusoidală, nu o undă sinusoidală pură, deci, dacă încercați să alimentați motoare de curent alternativ sau TRIACS, aceasta va cauza diferite probleme.

Al doilea tip se numește invertor cu undă sinusoidală pură. Deci, poate fi folosit pentru toate tipurile de aparate de curent alternativ fără probleme. Aflați mai multe despre diferitele tipuri de invertoare aici.

Dar, în opinia mea, nu ar trebui să construiți un invertor ca proiect DIY. Dacă vă întrebați de ce ?, atunci mergeți de-a lungul timpului !, iar în acest proiect, voi construi un circuit invertor PWM cu undă pătrată modificat simplu folosind popularul cip TL494 și voi explica avantajele și dezavantajele unui astfel de invertoare și la final, vom vedea de ce să nu facem un circuit invertor cu undă pătrată modificat ca proiect DIY.

AVERTIZARE! Acest circuit este construit și demonstrat doar în scopuri educaționale și nu este absolut recomandat să construiți și să utilizați acest tip de circuit pentru aparate comerciale.

PRUDENȚĂ! Dacă realizați acest tip de circuit, vă rugăm să fiți foarte atenți la tensiunea înaltă și vârfurile de tensiune generate de natura non-sinusoidală a undei de intrare.

Cum funcționează un invertor?

O schemă de bază a circuitului invertorului este prezentată mai sus. O tensiune pozitivă este conectată la pinul central al transformatorului, care acționează ca o intrare. Și ceilalți doi pini sunt conectați cu MOSFET - urile care acționează ca comutatoare.

Acum, dacă activăm MOSFET Q1, punând o tensiune la terminalul porții curentul va curge într-o direcție a săgeții așa cum se arată în imaginea de mai sus. Astfel, un flux magnetic va fi indus și în direcția săgeții, iar miezul transformatorului va trece fluxul magnetic în bobina secundară și vom obține 220V la ieșire.

Acum, dacă dezactivăm MOSFET Q1 și activăm MOSFET Q2, curentul va curge în direcția săgeții prezentate în imaginea de mai sus, inversând astfel direcția fluxului magnetic din miez. Aflați mai multe despre funcționarea MOSFET aici.

Acum, știm cu toții că un transformator funcționează prin flux magnetic se schimbă. Deci, pornirea și oprirea ambelor MOSFET-uri, una inversată la alta și făcând asta de 50 de ori într-o secundă, va genera un flux magnetic oscilant frumos în interiorul miezului transformatorului și fluxul magnetic în schimbare va induce o tensiune în bobina secundară ca știm după legea Faraday. Și așa funcționează invertorul de bază.

Invertor IC TL494

Acum, înainte de a construi circuitul bazat pe controlerul PWM TL494, să aflăm cum funcționează controlerul PWM TL494.

TL494 IC are 8 blocuri funcționale, care sunt prezentate și descrise mai jos.

1. Regulator de referință 5-V

Ieșirea regulatorului de referință intern de 5V este pinul REF, care este pinul 14 al CI. Regulatorul de referință este acolo pentru a oferi o alimentare stabilă pentru circuitele interne, cum ar fi flip-flopul de direcție a impulsurilor, oscilatorul, comparatorul de control al timpului mort și comparatorul PWM Regulatorul este, de asemenea, utilizat pentru a acționa amplificatoarele de eroare care sunt responsabile pentru controlul ieșirii.

Notă! Referința este programată intern la o precizie inițială de ± 5% și menține stabilitatea într-un interval de tensiune de intrare de la 7V la 40 V. Pentru tensiuni de intrare mai mici de 7 V, regulatorul satura în termen de 1 V de intrare și îl urmărește.

2. Oscilator

Oscilatorul generează și oferă o undă din dinte de ferăstrău controlerului de timp mort și comparatoarelor PWM pentru diferite semnale de control.

Frecvența oscilatorului poate fi setat prin selectarea componentelor de sincronizare R T și C T.

Frecvența oscilatorului poate fi calculată prin formula de mai jos

Fosc = 1 / (RT * CT)

Pentru simplitate, am realizat o foaie de calcul, prin care puteți calcula frecvența foarte ușor.

Notă! Frecvența oscilatorului este egală cu frecvența de ieșire numai pentru aplicațiile cu un singur capăt. Pentru aplicațiile push-pull, frecvența de ieșire este jumătate din frecvența oscilatorului.

3. Comparator de timp mort

Timpul mort sau pentru a spune pur și simplu controlul off-time oferă timpul minim mort sau off-time. Ieșirea comparatorului de timp mort blochează tranzistoarele de comutare atunci când tensiunea la intrare este mai mare decât tensiunea de rampă a oscilatorului. Aplicarea unei tensiuni la pinul DTC poate impune timp mort suplimentar, oferind astfel timp mort suplimentar de la minimul său de 3% până la 100%, deoarece tensiunea de intrare variază de la 0 la 3V. În termeni simpli, putem schimba ciclul de funcționare al undei de ieșire fără a modifica amplificatoarele de eroare.

Notă! Un decalaj intern de 110 mV asigură un timp mort minim de 3% cu intrarea de control a timpului mort împământată.

4. Amplificatoare de eroare

Ambii amplificatori de eroare cu câștig ridicat își primesc părtinirea de la șina de alimentare VI. Aceasta permite un interval de tensiune de intrare în modul comun de la –0,3 V la 2 V mai mic decât VI. Ambii amplificatori se comportă în mod caracteristic unui amplificator cu o singură sursă, în sensul că fiecare ieșire este activă numai la nivel înalt.

5. Intrare ieșire-control

Intrarea de control de ieșire determină dacă tranzistoarele de ieșire funcționează în mod paralel sau push-pull. Prin conectarea pinului de control al ieșirii, care este pinul-13 la masă, setează tranzistoarele de ieșire în modul de funcționare paralel. Dar, conectând acest pin la pinul 5V-REF, setează tranzistoarele de ieșire în modul push-pull.

6. Tranzistoare de ieșire

IC-ul are două tranzistoare de ieșire interne, care sunt în configurații open-collector și open-emitter, prin care poate sursa sau scufunda un curent maxim de până la 200mA.

Notă! Tranzistoarele au o tensiune de saturație mai mică de 1,3 V în configurația emițător comun și mai mică de 2,5 V în configurația emițător-urmăritor.

Caracteristici

Circuit complet de control al puterii PWM
Ieșiri necomandate pentru chiuveta de 200 mA sau curent sursă
Controlul de ieșire selectează funcționarea cu un singur capăt sau Push-Pull
Circuitul intern interzice impulsul dublu la oricare dintre ieșiri
Timpul mort variabil oferă control asupra intervalului total
Regulatorul intern oferă un stabil 5-V
Furnizare de referință cu 5% toleranță
Arhitectura circuitului permite sincronizarea ușoară

Notă! Majoritatea schemei interne și a descrierii operațiunilor sunt preluate din foaia tehnică și modificate într-o oarecare măsură pentru o mai bună înțelegere.

Componente necesare

Sl. Nu	Părți	Tip	Cantitate
1	TL494	IC	1
2	IRFZ44N	Mosfet	2
3	Terminal cu șurub	Borna cu șurub 5mmx2	1
4	Terminal cu șurub	Borna cu șurub 5mmx3	1
5	0,1 uF	Condensator	1
6	50K, 1%	Rezistor	2
7	560R	Rezistor	2
8	10K, 1%	Rezistor	2
9	150K, 1%	Rezistor	1
10	Placă îmbrăcată	Generic 50x 50mm	1
11	Radiator PSU	Generic	1

Schema circuitului invertorului TL494

Construcția circuitului invertorului TL494CN

Pentru această demonstrație, circuitul este construit pe un PCB de casă, cu ajutorul fișierelor de proiectare schematică și PCB. Vă rugăm să rețineți că, dacă este conectată o sarcină mare la ieșirea transformatorului, o cantitate imensă de curent va curge prin urmele PCB și există șansa ca urmele să se ardă. Deci, pentru a preveni arderea urmelor PCB, am inclus câteva jumperi care ajută la creșterea debitului curent.

Calcule

Nu există multe calcule teoretice pentru acest circuit invertor care utilizează TL494. Dar există câteva calcule practice pe care le vom face în testarea secțiunii circuitului.

Pentru a calcula frecvența oscilatorului se poate utiliza următoarea formulă.

Fosc = 1 / (RT * CT)

Notă! Pentru simplitate, este dată o foaie de calcul prin care puteți calcula cu ușurință frecvența oscilatorului.

Testarea circuitului invertorului TL494 PWM

Pentru a testa circuitul, se folosește următoarea configurare.

Baterie plumb-acid de 12V.
Un transformator care are un robinet 6-0-6 și un 12-0-12 robinet
Bec cu incandescență de 100W ca sarcină
Multimetru Meco 108B + TRMS
Multimetru Meco 450B + TRMS
Osciloscop Hantek 6022BE
Și Test-PCB în care am conectat sondele osciloscopului.

Intrare MOSFET

După configurarea cipului TL494, am măsurat semnalul PWM de intrare la poarta MOSFET, așa cum puteți vedea în imaginea de mai jos.

Forma de undă de ieșire a transformatorului fără sarcină (am conectat un alt transformator secundar pentru a măsura forma de undă de ieșire)

După cum puteți vedea în imaginea de mai sus, sistemul atrage în jurul unui wapping 12.97W fără nicio sarcină atașată.

Deci, din cele două imagini de mai sus, putem calcula cu ușurință eficiența invertorului foarte ușor.

Eficiența este de aproximativ 65%

Ceea ce nu este rău, dar nici nu este bun.

Așa cum puteți vedea, tensiunea de ieșire scade la jumătate din cantitatea de intrare comercială a rețelei noastre de curent alternativ.

Din fericire, transformatorul pe care îl folosesc conține o înregistrare 6-0-6, alături de înregistrarea 12-0-12.

Deci, m-am gândit de ce să nu folosesc înregistrarea 6-0-6 pentru a crește tensiunea de ieșire.

După cum puteți vedea din imaginea de mai sus, consumul de energie fără sarcină este de 12.536W

Acum, tensiunea de ieșire a transformatorului este în niveluri letale

Prudență! Fiți foarte precaut când lucrați cu tensiuni ridicate. Această cantitate de tensiune vă poate ucide cu siguranță.

Din nou Consum de energie de intrare atunci când un bec de 100W este conectat sub formă de sarcină

În acest moment, sondele minuscule ale multimetrului meu nu erau suficiente pentru a trece prin 10,23 amp de curent, așa că am decis să pun 1,5sqmm de sârmă direct în terminalele multimetrului.

Consumul de energie de intrare a fost de 121,94 wați

Din nou, consumul de putere de ieșire atunci când un bec de 100W este conectat ca o sarcină

Puterea de ieșire consumată de sarcină a fost de 80,70W. După cum puteți vedea, becul strălucea foarte puternic, de aceea l-am pus lângă masă.

Deci, din nou, dacă calculăm eficiența, este în jur de 67%

Și acum rămâne întrebarea de un milion de dolari

De ce să nu creați un circuit invertor de undă pătrată modificat ca proiect DIY?

Acum, după vizualizarea rezultatelor de mai sus, trebuie să vă gândiți că acest circuit este suficient de bun, nu?

Permiteți-mi să vă spun că acest lucru nu este absolut deloc, deoarece

În primul rând, eficiența este într-adevăr foarte slabă.

În funcție de sarcina, tensiunea de ieșire, frecvența de ieșire, precum și forma undei modificări, deoarece nu există nici un feedback - ul de compensare de frecvență și nici un filtru LC la ieșire la lucrurile curate în sus.

În acest moment, nu pot măsura vârfurile de ieșire, deoarece vârfurile îmi vor ucide osciloscopul și laptopul conectat. Și permiteți-mi să vă spun că sunt cu siguranță vârfuri uriașe generate de transformatorul pe care îl cunosc vizionând videoclipul Afrotechmods. Aceasta înseamnă că conectarea ieșirii invertorului la terminalul 6-0-6 V atingea tensiunea de vârf la vârf de peste 1000V și asta pune viața în pericol.

Acum, gândiți-vă la alimentarea unei lămpi CFL, a unui încărcător de telefon sau a unui bec de 10W cu acest invertor, va exploda instantaneu.

Multe modele pe care le-am găsit pe internet au un condensator de înaltă tensiune la ieșire sub formă de sarcină, ceea ce reduce vârfurile de tensiune, dar și asta nu va funcționa. Deoarece vârfurile de 1000V pot arunca instantaneu condensatorii. Dacă îl conectați la un încărcător de laptop sau la un circuit SMPS, Varistorul de oxid de metal (MOV) din interior va exploda instantaneu.

Și cu asta, pot continua și continuu cu dezavantajele toată ziua.

Acesta a fost motivul pentru care nu recomand construirea și lucrul cu aceste tipuri de circuite, deoarece nu sunt fiabile, neprotejate și vă pot dăuna definitiv. Deși anterior, construim un invertor care nu este suficient de bun pentru aplicații practice. În schimb, vă voi spune să cheltuiți un pic de bani și să cumpărați un invertor comercial care are o mulțime de caracteristici de protecție.

Îmbunătățire suplimentară

Singura îmbunătățire care se poate face acestui circuit este să îl aruncați complet și să-l modificați cu o tehnică numită SPWM (Sine Pulse Width Modulation) și să adăugați o compensare adecvată a frecvenței de feedback și protecție la scurtcircuit și multe altele. Dar acesta este un subiect pentru un alt proiect care va veni în curând.

Aplicații ale circuitului invertor TL494

După ce ați citit toate acestea, dacă vă gândiți la aplicații, atunci vă voi spune în caz de urgență, poate fi folosit pentru a vă încărca laptopul telefonului și alte lucruri.

Sper că ți-a plăcut acest articol și ai învățat ceva nou. Citește în continuare, continuă să înveți, continuă să construiești și te vom vedea în proiectul următor.