Pwm inverterkrets ved hjelp av TL494

En inverter er en krets som konverterer likestrøm (DC) til vekselstrøm (AC). En PWM-omformer er en type krets som bruker modifiserte firkantbølger for å simulere effekten av vekselstrøm (AC), som er egnet for å drive de fleste husholdningsapparater. Jeg sier det meste fordi det generelt finnes to typer omformere, den første typen er den såkalte en modifisert firkantbølgeomformer, som navnet tilsier at utgangen er en firkantbølge i stedet for en sinusbølge, ikke en ren sinusbølge så, hvis du prøver å drive vekselstrømsmotorer eller TRIACS, vil det føre til forskjellige problemer.

Den andre typen kalles en ren sinusbølgeomformer. Så den kan brukes til alle slags strømforsyningsapparater uten problemer. Lær mer om forskjellige typer inverter her.

Men etter min mening bør du ikke bygge en inverter som et DIY-prosjekt. Hvis du spør hvorfor ?, så kjør med !, og i dette prosjektet vil jeg bygge en enkel modifisert firkantbølge PWM-inverterkrets ved å bruke den populære TL494-brikken og forklare fordeler og ulemper med en slik omformer og til slutt, vi vil se hvorfor ikke lage en modifisert firkantbølge inverterkrets som et DIY-prosjekt.

ADVARSEL! Denne kretsen er bygget og demonstrert kun for pedagogiske formål, og det anbefales absolutt ikke å bygge og bruke denne typen krets for kommersielle apparater.

FORSIKTIGHET! Hvis du lager denne typen krets, må du være ekstra forsiktig med høyspennings- og spenningspigger generert av inngangsbølgens ikke-sinusformede natur.

Hvordan fungerer en inverter?

En veldig grunnleggende skjematisk oversikt over inverterkretsen er vist ovenfor. En positiv spenning er koblet til den midterste pinnen på transformatoren, som fungerer som en inngang. Og de to andre pinnene er koblet til MOSFET-ene som fungerer som brytere.

Nå hvis vi aktiverer MOSFET Q1, vil strømmen strømme i en retning av pilen, som vist på bildet ovenfor, ved å sette en spenning ved portterminalen. Dermed vil en magnetisk fluks også bli indusert i pilens retning, og kjernen til transformatoren vil passere magnetstrømmen i sekundærspolen, og vi får 220V ved utgangen.

Nå, hvis vi deaktiverer MOSFET Q1 og aktiverer MOSFET Q2, vil strømmen strømme i retning av pilen vist i bildet ovenfor, og dermed reversere retningen til magnetstrømmen i kjernen. Lær mer om hvordan MOSFET fungerer her.

Nå vet vi alle at en transformator fungerer ved magnetisk strømning. Hvis du slår begge MOSFETene av og på, en invertert til en annen og gjør det 50 ganger i sekundet, vil det generere en fin oscillerende magnetisk strømning inne i transformatorens kjerne, og den skiftende magnetiske strømmen vil indusere en spenning i sekundærspolen som vi kjenner etter faradays lov. Og det er slik den grunnleggende omformeren fungerer.

Inverter IC TL494

Nå før vi bygger kretsen basert på TL494 PWM-kontrolleren, la oss lære hvordan PWM-kontrolleren TL494 fungerer.

TL494 IC har 8 funksjonelle blokker, som er vist og beskrevet nedenfor.

1. 5-V referanseregulator

5V intern referanse regulator utgang er REF pin, som er pin-14 av IC. Referanseregulatoren er der for å gi en stabil forsyning for interne kretser, som pulsstyring flip-flop, oscillator, dead-time control comparator og PWM comparator. Regulatoren brukes også til å drive feilforsterkerne som er ansvarlige for å kontrollere utgangen.

Merk! Referansen er internt programmert til en innledende nøyaktighet på ± 5% og opprettholder stabilitet over et inngangsspenningsområde på 7V til 40 V. For inngangsspenninger mindre enn 7 V mettes regulatoren innen 1 V fra inngangen og sporer den.

2. Oscillator

Oscillatoren genererer og gir en sagtannbølge til dødtidskontrolleren og PWM-komparatorene for forskjellige styresignaler.

Frekvensen for oscillatoren kan innstilles ved å velge timing komponenter R T og C T.

Frekvensen til oscillatoren kan beregnes med formelen nedenfor

Fosc = 1 / (RT * CT)

For enkelhets skyld har jeg laget et regneark der du enkelt kan beregne frekvensen.

Merk! Oscillatorfrekvensen er lik utgangsfrekvensen bare for applikasjoner med en slutt. For push-pull applikasjoner er utgangsfrekvensen halvparten av oscillatorfrekvensen.

3. Dødtidskontrollkomparator

Dødtid eller bare å si off-time control gir minimum dead time eller off-time. Utgangen fra dødtidskomparatoren blokkerer byttetransistorer når spenningen ved inngangen er større enn rampespenningen til oscillatoren. Bruk av en spenning på DTC- pinnen kan påføre ytterligere dødtid, og dermed gi ytterligere dødtid fra minimum 3% til 100% ettersom inngangsspenningen varierer fra 0 til 3V. Enkelt sagt kan vi endre Duty-syklusen til utgangsbølgen uten å justere feilforsterkerne.

Merk! En intern forskyvning på 110 mV sikrer en minimum dødtid på 3% med dødtidskontrollinngangen jordet.

4. Feilforsterkere

Begge forsterkere med høy forsterkning mottar sin forspenning fra VI-forsyningsskinnen. Dette tillater et vanlig inngangsspenningsområde fra –0,3 V til 2 V mindre enn VI. Begge forsterkerne oppfører seg karakteristisk for en enkelt-endet forsyningsforsterker, ved at hver utgang bare er aktiv høy.

5. Utgangskontrollinngang

Utgangskontrollinngangen bestemmer om utgangstransistorene fungerer i parallell- eller push-pull-modus. Ved å koble utgangskontrollpinnen som er pin-13 til jord, stiller utgangstransistorene i parallell driftsmodus. Men ved å koble denne pinnen til 5V-REF-pinnen setter du utgangstransistorene i push-pull-modus.

6. Utgangstransistorer

IC har to interne utgangstransistorer som er i åpne-kollektor- og open-emitter-konfigurasjoner, hvorved den kan kilde eller synke en maksimal strøm opp til 200mA.

Merk! Transistorene har en metningsspenning på mindre enn 1,3 V i common-emitter-konfigurasjonen og mindre enn 2,5 V i emitter-follower-konfigurasjonen.

Funksjoner

Komplett PWM Power-Control Circuitry
Uforpliktede utganger for 200 mA synke- eller kildestrøm
Utgangskontroll velger enkelthendt eller push-pull-operasjon
Internt kretsløp forbyr dobbel puls ved begge utgangene
Variabel dødtid gir kontroll over total rekkevidde
Intern regulator gir en stabil 5-V
Referanseleveranse med 5% toleranse
Kretsarkitektur tillater enkel synkronisering

Merk! Det meste av den interne skjematiske beskrivelsen og operasjonsbeskrivelsen er hentet fra databladet og endret til en viss grad for bedre forståelse.

Komponenter kreves

Sl.nr	Deler	Type	Mengde
1	TL494	IC	1
2	IRFZ44N	Mosfet	2
3	Skruterminal	Skruterminal 5mmx2	1
4	Skruterminal	Skruterminal 5mmx3	1
5	0,1 uF	Kondensator	1
6	50K, 1%	Motstand	2
7	560R	Motstand	2
8	10K, 1%	Motstand	2
9	150K, 1%	Motstand	1
10	Kledd brett	Generisk 50x 50mm	1
11	PSU kjøleribbe	Generisk	1

TL494 inverter kretsskjema

TL494CN Inverter Circuit Construction

For denne demonstrasjonen er kretsen konstruert på en hjemmelaget PCB, ved hjelp av skjematiske og PCB-designfiler. Vær oppmerksom på at hvis en stor belastning er koblet til transformatorens utgang, vil en stor mengde strøm strømme gjennom PCB-sporene, og det er en sjanse for at sporene vil brenne ut. Så for å forhindre at PCB-sporene brenner ut, har jeg tatt med noen hoppere som bidrar til å øke strømmen.

Beregninger

Det er ikke mange teoretiske beregninger for denne inverterkretsen som bruker TL494. Men det er noen praktiske beregninger som vi vil gjøre i testingen av kretsdelen.

For å beregne oscillatorfrekvensen kan følgende formel brukes.

Fosc = 1 / (RT * CT)

Merk! For enkelhets skyld er det gitt et regneark som du enkelt kan beregne oscillatorfrekvensen med.

Testing av TL494 PWM inverterkrets

For å teste kretsen brukes følgende oppsett.

12V blybatteri.
En transformator som har en 6-0-6 kran og en 12-0-12 kran
100W glødelampe som last
Meco 108B + TRMS multimeter
Meco 450B + TRMS multimeter
Hantek 6022BE oscilloskop
Og test-PCB der jeg har koblet til oscilloskop-sonder.

MOSFET-inngang

Etter å ha satt opp TL494-brikken, har jeg målt PWM-signalet til porten til MOSFET, som du kan se på bildet nedenfor.

Utgangsbølgeformen til transformatoren uten belastning (jeg har koblet til en annen sekundær transformator for å måle utgangsbølgeformen)

Som du kan se i bildet ovenfor, trekker systemet rundt en wapping 12.97W uten belastning.

Så fra de to ovennevnte bildene kan vi enkelt beregne omformerens effektivitet veldig enkelt.

Effektiviteten er rundt 65%

Noe som ikke er dårlig, men det er heller ikke bra.

Så som du kan se, faller utgangsspenningen til halvparten av det kommersielle vekselstrømnettet vårt.

Heldigvis inneholder transformatoren jeg bruker en 6-0-6 taping, sammen med 12-0-12 taping.

Så jeg tenkte hvorfor ikke bruke 6-0-6 tapingen for å øke utgangsspenningen.

Som du kan se fra bildet ovenfor, er strømforbruket uten belastning 12,536W

Nå er transformatorens utgangsspenning i dødelige nivåer

Forsiktighet! Vær ekstra forsiktig når du arbeider med høye spenninger. Denne mengden spenning kan absolutt drepe deg.

Igjen Inngang strømforbruk når en 100W-pære er tilkoblet som last

På dette punktet var de dårlige sonderne på multimeteret mitt ikke tilstrekkelig til å passere 10,23 ampere strøm, så jeg har bestemt meg for å legge 1,5sqmm ledning direkte i multimeterterminalene.

Inngangseffekten var 121,94 watt

Igjen utgangseffektforbruket når en 100W-pære er koblet til som en belastning

Effekten som ble brukt av lasten var 80,70W. Som du ser lyste lyspæren veldig sterkt, det er derfor jeg satte den ved siden av bordet mitt.

Så igjen, hvis vi beregner effektiviteten, er den rundt 67%

Og nå gjenstår million dollar-spørsmålet

Hvorfor IKKE lage en modifisert Square Wave Inverter Circuit som et DIY-prosjekt?

Nå etter å ha sett på resultatene ovenfor, må du tenke at denne kretsen er god nok, ikke sant?

La meg fortelle deg at dette absolutt ikke er tilfelle i det hele tatt fordi

For det første er effektiviteten veldig dårlig.

Avhengig av lasten, den utgangsspenning, den utgangsfrekvens, og at formen på bølge endres når det ikke er noen tilbakemelding frekvenskompensasjon og ingen LC-filter på utgangen for å rydde ting.

For øyeblikket klarer jeg ikke å måle utgangspiggene fordi piggene vil drepe oscilloskopet mitt og den tilkoblede bærbare datamaskinen. Og la meg fortelle deg at det absolutt er store pigger som genereres av transformatoren som jeg kjenner ved å se på Afrotechmods-videoen. Dette betyr at tilkobling av omformerens utgang til 6-0-6 V-terminalen nådde toppen til toppspenningen på over 1000V, og det er livstruende.

Nå, tenk bare på å slå på en CFL-lampe, en telefonlader eller en 10W-lyspære med denne omformeren, den vil umiddelbart blåse opp.

Mange design jeg har funnet på internett har en høyspenningskondensator ved utgangen som en belastning, noe som reduserer spenningspiggene, men det fungerer heller ikke. Da pigger på 1000V umiddelbart kan blåse kondensatorene. Hvis du kobler den til en bærbar lader eller en SMPS-krets, sprenger Metal-Oxide Varistor (MOV) umiddelbart.

Og med det kan jeg fortsette og fortsette med ulempene hele dagen.

Dette var grunnen til at jeg ikke anbefaler å bygge og jobbe med denne typen kretser, da det er upålitelig, ubeskyttet og kan skade deg for godt. Selv om vi tidligere bygger en omformer som heller ikke er god nok til praktiske bruksområder. I stedet vil jeg fortelle deg å bruke litt penger og kjøpe en kommersiell inverter som har massevis av beskyttelsesfunksjoner.

Ytterligere forbedring

Den eneste forbedringen som kan gjøres med denne kretsen, er å kaste den helt, og modifisere den med en teknikk som kalles SPWM (Sine Pulse Width Modulation), og legge til riktig tilbakemeldingsfrekvenskompensasjon og kortslutningsbeskyttelse og mer. Men det er et emne for et annet prosjekt som forresten snart kommer.

Anvendelser av TL494 inverterkrets

Etter å ha lest alt dette hvis du tenker på applikasjoner, så vil jeg fortelle deg i nødstilfeller, den kan brukes til å lade opp den bærbare datamaskinen og andre ting.

Jeg håper du likte denne artikkelen og lærte noe nytt. Fortsett å lese, fortsett å lære, fortsett å bygge, så ser vi deg i neste prosjekt.