Obwód falownika PWM wykorzystujący TL494

Falownik to obwód, który przekształca prąd stały (DC) na prąd przemienny (AC). Falownik PWM to rodzaj obwodu że używa zmodyfikowane fale kwadratowe symulować efekty prądu przemiennego (AC), który nadaje się do zasilania większości swoich urządzeń gospodarstwa domowego. Mówię najczęściej - ponieważ ogólnie istnieją dwa typy falowników, pierwszy typ to tak zwany zmodyfikowany falownik prostokątny, ponieważ nazwa wskazuje, że wyjście jest raczej falą prostokątną niż sinusoidalną, a nie czystą falą sinusoidalną, więc Jeśli spróbujesz zasilać silniki prądu przemiennego lub triaki, spowoduje to różne problemy.

Drugi typ to czysty falownik sinusoidalny. Dzięki temu można go bez problemu stosować do wszystkich rodzajów urządzeń AC. Dowiedz się więcej o różnych typach falowników tutaj.

Ale moim zdaniem nie powinieneś budować falownika jako projektu DIY. Jeśli pytasz dlaczego? To jedź !, aw tym projekcie zbuduję prosty zmodyfikowany obwód falownika PWM o przebiegu prostokątnym za pomocą popularnego układu TL494 i wyjaśnię wady i zalety takich falowników i na koniec, zobaczymy, dlaczego nie zrobić zmodyfikowanego obwodu falownika prostokątnego jako projektu DIY.

OSTRZEŻENIE! Ten obwód jest zbudowany i zademonstrowany wyłącznie do celów edukacyjnych i absolutnie nie zaleca się budowania i używania tego typu obwodu w urządzeniach komercyjnych.

UWAGA! Jeśli wykonujesz ten typ obwodu, zachowaj szczególną ostrożność w przypadku wysokich napięć i skoków napięcia generowanych przez niesinusoidalną naturę fali wejściowej.

Jak działa falownik?

Bardzo podstawowy schemat obwodu falownika pokazano powyżej. Dodatnie napięcie jest podłączone do środkowego kołka transformatora, który działa jako wejście. A dwa pozostałe piny są połączone z tranzystorami MOSFET, które działają jak przełączniki.

Teraz, jeśli włączymy MOSFET Q1, podłączając napięcie do zacisku bramki, prąd będzie płynął w jednym kierunku strzałki, jak pokazano na powyższym obrazku. W ten sposób strumień magnetyczny będzie również indukowany w kierunku strzałki, a rdzeń transformatora przepuści strumień magnetyczny w cewce wtórnej, a na wyjściu otrzymamy 220V.

Teraz, jeśli wyłączymy MOSFET Q1 i włączymy MOSFET Q2, prąd będzie płynął w kierunku strzałki pokazanej na powyższym obrazku, odwracając w ten sposób kierunek strumienia magnetycznego w rdzeniu. Dowiedz się więcej o działaniu MOSFET tutaj.

Teraz wszyscy wiemy, że transformator działa na zasadzie zmian strumienia magnetycznego. Tak więc, włączanie i wyłączanie obu tranzystorów MOSFET, jeden odwrócony do drugiego i robienie tego 50 razy w ciągu sekundy, wygeneruje przyjemny oscylujący strumień magnetyczny wewnątrz rdzenia transformatora, a zmieniający się strumień magnetyczny indukuje napięcie w cewce wtórnej, jak znamy z prawa Faradaya. I tak działa podstawowy falownik.

Inwerter IC TL494

Teraz, zanim zbudujemy obwód oparty na kontrolerze PWM TL494, nauczmy się, jak działa kontroler PWM TL494.

Układ scalony TL494 ma 8 bloków funkcjonalnych, które są pokazane i opisane poniżej.

1. Regulator odniesienia 5 V

Wyjście regulatora wewnętrznego napięcia odniesienia 5 V to pin REF, który jest pinem 14 układu scalonego. Regulator odniesienia zapewnia stabilne zasilanie obwodów wewnętrznych, takich jak przerzutnik sterujący impulsem, oscylator, komparator sterowania czasem martwym i komparator PWM. Regulator służy również do sterowania wzmacniaczami błędu, które są odpowiedzialne za sterowanie wyjściem.

Uwaga! Zadawanie jest programowane wewnętrznie z początkową dokładnością ± 5% i utrzymuje stabilność w zakresie napięcia wejściowego od 7 V do 40 V. Dla napięć wejściowych mniejszych niż 7 V, regulator nasyca się w zakresie 1 V od wejścia i śledzi go.

2. Oscylator

Oscylator generuje i dostarcza falę piłokształtną do kontrolera czasu martwego i komparatorów PWM dla różnych sygnałów sterujących.

Częstotliwość oscylatora można ustawić, wybierając składowe taktowania R T i CT.

Częstotliwość oscylatora można obliczyć za pomocą poniższego wzoru

Fosc = 1 / (RT * CT)

Dla uproszczenia stworzyłem arkusz kalkulacyjny, za pomocą którego można bardzo łatwo obliczyć częstotliwość.

Uwaga! Częstotliwość oscylatora jest równa częstotliwości wyjściowej tylko dla zastosowań single-ended. W zastosowaniach przeciwsobnych częstotliwość wyjściowa jest równa połowie częstotliwości oscylatora.

3. Komparator regulacji czasu martwego

Czas martwy lub po prostu sterowanie poza czasem zapewnia minimalny czas martwy lub czas wolny. Wyjście komparatora czasu martwego blokuje przełączające tranzystory, gdy napięcie na wejściu jest większe niż napięcie rampy oscylatora. Przyłożenie napięcia do pinu DTC może nałożyć dodatkowy czas martwy, zapewniając w ten sposób dodatkowy czas martwy od minimum 3% do 100%, gdy napięcie wejściowe zmienia się od 0 do 3 V. Mówiąc prościej, możemy zmienić cykl pracy fali wyjściowej bez dostrajania wzmacniaczy błędu.

Uwaga! Wewnętrzne przesunięcie 110 mV zapewnia minimalny czas martwy wynoszący 3% przy uziemionym wejściu sterującym czasu martwego.

4. Wzmacniacze błędów

Oba wzmacniacze błędu o wysokim wzmocnieniu otrzymują odchylenie z szyny zasilającej VI. Pozwala to na zakres napięcia wejściowego w trybie wspólnym od –0,3 V do 2 V mniej niż VI. Oba wzmacniacze zachowują się w sposób charakterystyczny dla wzmacniaczy single-ended z pojedynczym zasilaniem, ponieważ każde wyjście jest aktywne tylko w stanie wysokim.

5. Wejście sterujące wyjściem

Wejście sterujące wyjściem określa, czy tranzystory wyjściowe działają równolegle, czy w trybie przeciwsobnym. Podłączenie styku sterującego wyjścia, który jest stykiem 13 do masy, ustawia tranzystory wyjściowe w tryb pracy równoległej. Ale podłączenie tego pinu do pinu 5V-REF powoduje ustawienie tranzystorów wyjściowych w tryb przeciwsobny.

6. Tranzystory wyjściowe

Układ scalony ma dwa wewnętrzne tranzystory wyjściowe, które są w konfiguracji z otwartym kolektorem i otwartym emiterem, dzięki czemu może dostarczać lub odprowadzać maksymalny prąd do 200 mA.

Uwaga! Tranzystory mają napięcie nasycenia mniejsze niż 1,3 V w konfiguracji ze wspólnym emiterem i mniejsze niż 2,5 V w konfiguracji nadajnik-wtórnik.

funkcje

Kompletny obwód sterowania zasilaniem PWM
Niezatwierdzone wyjścia dla prądu zlewu lub źródła 200 mA
Sterowanie wyjściem wybiera działanie z pojedynczym zakończeniem lub przeciwsobne
Obwód wewnętrzny zabrania podwójnego impulsu na którymkolwiek wyjściu
Zmienny czas martwy zapewnia kontrolę nad całkowitym zakresem
Wewnętrzny regulator zapewnia stabilne napięcie 5 V.
Zasilanie referencyjne z 5% tolerancją
Architektura obwodów umożliwia łatwą synchronizację

Uwaga! Większość wewnętrznego schematu i opisu operacji pochodzi z arkusza danych i jest do pewnego stopnia modyfikowana w celu lepszego zrozumienia.

Wymagane składniki

Sl.No	Części	Rodzaj	Ilość
1	TL494	IC	1
2	IRFZ44N	Mosfet	2
3	Zacisk śrubowy	Zacisk śrubowy 5mmx2	1
4	Zacisk śrubowy	Zacisk śrubowy 5mmx3	1
5	0,1 uF	Kondensator	1
6	50 tys., 1%	Rezystor	2
7	560R	Rezystor	2
8	10 tys., 1%	Rezystor	2
9	150 tys., 1%	Rezystor	1
10	Platerowana deska	Ogólny 50 x 50 mm	1
11	Radiator zasilacza	Ogólny	1

Schemat obwodu falownika TL494

Budowa obwodu falownika TL494CN

Na potrzeby tej demonstracji obwód jest konstruowany na domowej płytce drukowanej przy pomocy plików schematu i projektu PCB. Należy pamiętać, że jeśli do wyjścia transformatora zostanie podłączone duże obciążenie, przez ścieżki PCB przepłynie ogromna ilość prądu i istnieje szansa, że ślady się przepalą. Tak więc, aby zapobiec wypalaniu się śladów PCB, dołączyłem kilka zworek, które pomagają zwiększyć przepływ prądu.

Obliczenia

Nie ma wielu obliczeń teoretycznych dla tego obwodu falownika przy użyciu TL494. Ale jest kilka praktycznych obliczeń, które wykonamy podczas testowania sekcji obwodu.

Aby obliczyć częstotliwość oscylatora, można użyć następującego wzoru.

Fosc = 1 / (RT * CT)

Uwaga! Dla uproszczenia podano arkusz kalkulacyjny , za pomocą którego można łatwo obliczyć częstotliwość oscylatora.

Testowanie obwodu falownika TL494 PWM

Aby przetestować obwód, stosuje się następującą konfigurację.

Akumulator kwasowo-ołowiowy 12V.
Transformator z zaczepem 6-0-6 i zaczepem 12-0-12
Żarówka 100W jako obciążenie
Multimetr Meco 108B + TRMS
Multimetr Meco 450B + TRMS
Oscyloskop Hantek 6022BE
Oraz test-PCB, do którego podłączyłem sondy oscyloskopu.

Wejście MOSFET

Po skonfigurowaniu układu TL494 zmierzyłem wejściowy sygnał PWM do bramki MOSFET, jak widać na poniższym obrazku.

Przebieg wyjściowy transformatora bez obciążenia (do pomiaru przebiegu wyjściowego podłączyłem inny transformator wtórny)

Jak widać na powyższym obrazku, system pobiera prąd o mocy 12,97 W bez podłączonego obciążenia.

Tak więc z powyższych dwóch zdjęć możemy bardzo łatwo obliczyć sprawność falownika.

Sprawność wynosi około 65%

Co nie jest złe, ale też nie jest dobre.

Jak więc widać, napięcie wyjściowe spada do połowy tego, co nasze komercyjne wejście sieciowe AC.

Na szczęście transformator, którego używam, zawiera taśmę 6-0-6, obok taśmy 12-0-12.

Pomyślałem więc, dlaczego nie użyć taśmy 6-0-6 do zwiększenia napięcia wyjściowego.

Jak widać na powyższym obrazku pobór mocy bez obciążenia wynosi 12,536W

Teraz napięcie wyjściowe transformatora jest śmiertelne

Uwaga! Zachowaj szczególną ostrożność podczas pracy przy wysokim napięciu. Taka ilość napięcia z pewnością może cię zabić.

Ponownie pobór mocy wejściowej, gdy żarówka 100W jest podłączona jako obciążenie

W tym momencie słabe sondy mojego multimetru nie były wystarczające, aby przejść przez 10,23 A prądu, więc zdecydowałem się umieścić 1,5 mm2 przewodu bezpośrednio w zaciskach multimetru.

Pobór mocy wejściowej wynosił 121,94 W.

Ponownie pobór mocy wyjściowej, gdy żarówka 100W jest podłączona jako obciążenie

Moc wyjściowa pobierana przez obciążenie wynosiła 80,70 W. Jak widać żarówka świeciła bardzo jasno, dlatego postawiłem ją obok stolika.

Więc znowu, jeśli obliczymy wydajność, to około 67%

A teraz pozostaje pytanie za milion dolarów

Dlaczego NIE zrobić zmodyfikowanego obwodu falownika prostokątnego jako projektu DIY?

Teraz po obejrzeniu powyższych wyników musisz pomyśleć, że ten obwód jest wystarczająco dobry, prawda?

Pozwólcie, że powiem wam, że absolutnie tak nie jest, bo

Przede wszystkim wydajność jest naprawdę bardzo słaba.

W zależności od obciążenia, napięcie wyjściowe The częstotliwość wyjściowa, a kształt fali zmian, ponieważ nie ma sprzężenia zwrotnego kompensacja częstotliwości i żaden filtr LC na wyjściu do czyszczenia rzeczy.

W tej chwili nie jestem w stanie zmierzyć skoków mocy wyjściowej, ponieważ skoki te zabiją mój oscyloskop i podłączony laptop. I powiem wam, że z pewnością są ogromne skoki generowane przez transformator, który znam, oglądając wideo Afrotechmods. Oznacza to, że podłączenie wyjścia falownika do zacisku 6-0-6 V powodowało osiąganie napięcia szczytowego do szczytu powyżej 1000 V, co zagraża życiu.

Teraz wystarczy pomyśleć o włączeniu się do lamp CFL, a ładowarkę telefonu, lub 10W żarówki z tej przetwornicy, to natychmiast wysadzić.

Wiele projektów, które znalazłem w Internecie, ma kondensator wysokiego napięcia na wyjściu jako obciążenie, co zmniejsza skoki napięcia, ale to też nie zadziała. Skoki napięcia 1000 V mogą natychmiast spowodować wysadzenie kondensatorów. Jeśli podłączysz go do ładowarki laptopa lub obwodu SMPS, warystor metalowo-tlenkowy (MOV) natychmiast wybuchnie.

Dzięki temu mogę cały dzień zajmować się wadami.

Z tego powodu nie polecam budowania i pracy z tego typu obwodami, ponieważ są one zawodne, niezabezpieczone i mogą zaszkodzić na dobre. Chociaż wcześniej budowaliśmy falownik, który również nie jest wystarczająco dobry do praktycznych zastosowań. Zamiast tego powiem ci wydać trochę pieniędzy i kupić komercyjny falownik, który ma mnóstwo funkcji ochronnych.

Dalsze ulepszenia

Jedynym ulepszeniem, jakie można zrobić w tym obwodzie, jest całkowite wyrzucenie go i zmodyfikowanie za pomocą techniki zwanej SPWM (modulacja szerokości impulsu sinusoidalnego) oraz dodanie odpowiedniej kompensacji częstotliwości sprzężenia zwrotnego i zabezpieczenia przed zwarciem i nie tylko. Ale to temat na inny projekt, który niebawem nadejdzie.

Zastosowania obwodu falownika TL494

Po przeczytaniu tego wszystkiego, jeśli myślisz o aplikacjach, powiem ci w nagłych wypadkach, może służyć do ładowania telefonu, laptopa i innych rzeczy.

Mam nadzieję, że spodobał Ci się ten artykuł i nauczyłeś się czegoś nowego. Czytaj dalej, ucz się, buduj, a do zobaczenia w następnym projekcie.