ШИМ инверторна верига, използвайки tl494

Инверторът е схема, която преобразува постоянен ток (постоянен ток) в променлив ток (променлив ток). А PWM инвертор е вид схема, която използва модифицирани квадратни вълни, за да симулират ефектите на променлив ток (AC), който е подходящ за захранване на повечето от вашите домакински уреди. Казвам най-много, защото обикновено съществуват два вида инвертори, първият тип е така нареченият модифициран инвертор с квадратна вълна, тъй като името предполага, че изходът е квадратна вълна, а не синусоида, а не чиста синусоида, така че, ако се опитате да захранвате променливотокови двигатели или TRIACS, това ще доведе до различни проблеми.

Вторият тип се нарича инвертор с чиста синусоида. Така че може да се използва за всички видове AC уреди без проблем. Научете повече за различните видове инвертори тук.

Но според мен не трябва да изграждате инвертор като проект за „направи си сам“. Ако питате защо ?, тогава се возете !, и в този проект ще изградя обикновена модифицирана PWM инверторна схема с помощта на популярния чип TL494 и ще обясня плюсовете и минусите на такива инвертори и накрая, ще видим защо да не направим модифицирана схема на инвертор с квадратни вълни като проект „направи си сам“.

ВНИМАНИЕ! Тази схема е изградена и демонстрирана само с образователна цел и абсолютно не се препоръчва да се изгражда и използва този тип верига за търговски уреди.

ВНИМАНИЕ! Ако правите този тип верига, моля, бъдете особено внимателни за високи напрежения и скокове на напрежение, генерирани от несинусоидалния характер на входната вълна.

Как работи инверторът?

Съвсем основна схема на инверторната схема е показана по-горе. Положително напрежение е свързано към средния щифт на трансформатора, който действа като вход. И двата други щифта са свързани с MOSFET, които действат като превключватели.

Сега, ако активираме MOSFET Q1, като поставим напрежение на терминала на портата, токът ще тече в една посока на стрелката, както е показано на изображението по-горе. По този начин магнитен поток също ще бъде индуциран в посока на стрелката и сърцевината на трансформатора ще премине магнитния поток във вторичната намотка и ще получим 220V на изхода.

Сега, ако деактивираме MOSFET Q1 и активираме MOSFET Q2, токът ще тече в посоката на стрелката, показана на горното изображение, като по този начин обръща посоката на магнитния поток в сърцевината. Научете повече за работата на MOSFET тук.

Сега всички знаем, че трансформаторът работи чрез магнитен поток. Така че, включването и изключването на MOSFET-ите, едно обърнато към друго и правене на това 50 пъти в секунда, ще генерира хубав трептящ магнитен поток вътре в сърцевината на трансформатора и променящият се магнитен поток ще индуцира напрежение във вторичната намотка като ние знаем по закона на Фарадей. И така работи основният инвертор.

Инвертор IC TL494

Сега, преди да изградим веригата, базирана на TL494 PWM контролера, нека научим как работи PWM контролерът TL494.

TL494 IC има 8 функционални блока, които са показани и описани по-долу.

1. 5-V референтен регулатор

Изходът на 5V вътрешен референтен регулатор е REF щифт, който е щифт-14 на IC. Референтният регулатор е там, за да осигури стабилно захранване за вътрешни схеми като импулсно управление на тригера, осцилатор, компаратор за контрол на мъртвото време и компаратор на ШИМ. Регулаторът се използва и за задвижване на усилвателите на грешки, които са отговорни за управлението на изхода.

Забележка! Еталонът е вътрешно програмиран с първоначална точност от ± 5% и поддържа стабилност в диапазона на входното напрежение от 7V до 40 V. За входни напрежения под 7 V регулаторът се насища в рамките на 1 V от входа и го проследява.

2. Осцилатор

Осцилаторът генерира и осигурява триъгълна вълна към контролера на мъртвото време и PWM компараторите за различни управляващи сигнали.

Честотата на осцилатора може да се настрои чрез избиране на времето компоненти R Т и С Т.

Честотата на осцилатора може да бъде изчислена по формулата по-долу

Fosc = 1 / (RT * CT)

За простота направих електронна таблица, чрез която можете много лесно да изчислите честотата.

Забележка! Честотата на осцилатора е равна на изходната честота само за еднократни приложения. За push-pull приложения изходната честота е половината от честотата на осцилатора.

3. Контрол за контрол на мъртвото време

Мъртвото време или просто казано контрол извън времето осигурява минималното мъртво време или извън времето. Изходът на компаратора за мъртво време блокира превключващите транзистори, когато напрежението на входа е по-голямо от напрежението на рампата на осцилатора. Прилагането на напрежение към DTC щифта може да наложи допълнително мъртво време, като по този начин се осигури допълнително мъртво време от своите минимум 3% до 100%, тъй като входното напрежение варира от 0 до 3V. С прости думи, можем да променим работния цикъл на изходната вълна, без да променяме усилвателите на грешките.

Забележка! Вътрешно отместване от 110 mV осигурява минимално време на мъртво време от 3% със заземен вход за управление на мъртвото време.

4. Усилватели за грешки

И двата усилвателя за грешка с голяма печалба получават своето пристрастие от VI захранващата релса. Това позволява общ режим на входно напрежение от –0,3 V до 2 V по-малко от VI. И двата усилвателя се държат характерно за еднокраен усилвател с едно захранване, тъй като всеки изход е активен само високо.

5. Изходно-контролен вход

Входът за контрол на изхода определя дали изходните транзистори работят в паралелен режим или режим на издърпване. Чрез свързване на изходния контролен щифт, който е щифт-13 към земята, настройва изходните транзистори в паралелен режим на работа. Но чрез свързване на този щифт към 5V-REF щифт настройва изходните транзистори в режим push-pull.

6. Изходни транзистори

IC има два вътрешни изходни транзистора, които са в конфигурации с отворен колектор и отворен емитер, чрез които може да произвежда или поглъща максимален ток до 200 mA.

Забележка! Транзисторите имат напрежение на насищане по-малко от 1,3 V в конфигурацията на общия емитер и по-малко от 2,5 V в конфигурацията на емитер-последовател.

Характеристика

Пълна PWM схема за управление на захранването
Неангажирани изходи за 200 mA мивка или източник на ток
Изходният контрол избира еднократна или натискаща операция
Вътрешната схема забранява двойния импулс на всеки изход
Променливото мъртво време осигурява контрол върху общия обхват
Вътрешният регулатор осигурява стабилен 5-V
Референтна доставка с 5% толеранс
Архитектурата на веригата позволява лесно синхронизиране

Забележка! Повечето от вътрешната схема и описание на операциите са взети от листа с данни и са модифицирани до известна степен за по-добро разбиране.

Необходими компоненти

Sl.No	Части	Тип	Количество
1	TL494	интегрална схема	1
2	IRFZ44N	Мосфет	2
3	Винтова клема	Винтова клема 5mmx2	1
4	Винтова клема	Винтова клема 5mmx3	1
5	0.1uF	Кондензатор	1
6	50K, 1%	Резистор	2
7	560R	Резистор	2
8	10K, 1%	Резистор	2
9	150K, 1%	Резистор	1
10	Облечена дъска	Generic 50x 50mm	1
11.	Радиатор на захранването	Общи	1

TL494 Инверторна схема

TL494CN Инверторна верига

За тази демонстрация веригата е конструирана върху самоделна печатна платка с помощта на схематичните и дизайнерските файлове на печатни платки. Моля, обърнете внимание, че ако към изхода на трансформатора е свързан голям товар, през следите от печатни платки ще изтече огромно количество ток и има вероятност следите да изгорят. Така че, за да предотвратя изгарянето на следите от печатни платки, включих някои джъмпери, които помагат за увеличаване на текущия поток.

Изчисления

Няма много теоретични изчисления за тази инверторна схема, използваща TL494. Но има някои практически изчисления, които ще направим при тестването на веригата.

За изчисляване на честотата на осцилатора може да се използва следната формула.

Fosc = 1 / (RT * CT)

Забележка! За простота е дадена електронна таблица , чрез която лесно можете да изчислите честотата на осцилатора.

Тестване на инверторната схема на ШИМ TL494

За да се тества веригата, се използва следната настройка.

12V оловно-киселинна батерия.
Трансформатор, който има кран 6-0-6 и кран 12-0-12
100W крушка с нажежаема жичка като товар
Мултиметър Meco 108B + TRMS
Мултиметър Meco 450B + TRMS
Осцилоскоп Hantek 6022BE
И тестовата платка, в която съм свързал осцилоскопните сонди.

MOSFET вход

След настройването на чипа TL494, измерих входния ШИМ сигнал към портата на MOSFET, както можете да видите на изображението по-долу.

Изходната форма на вълната на трансформатора без товар (свързах друг вторичен трансформатор за измерване на изходната форма на вълната)

Както можете да видите на изображението по-горе, системата привлича около 12,97 W, без да е прикачен товар.

Така че от горните две изображения можем лесно да изчислим ефективността на инвертора много лесно.

Ефективността е около 65%

Което не е лошо, но не е и добро.

Така че, както можете да видите, изходното напрежение спада до половината от това, което нашите търговски мрежови входни мрежи.

За щастие трансформаторът, който използвам, съдържа лента 6-0-6, заедно с лента 12-0-12.

И така, помислих си защо да не използвам лентата 6-0-6 за увеличаване на изходното напрежение.

Както можете да видите от горната снимка, консумацията на енергия без товар е 12.536W

Сега изходното напрежение на трансформатора е в смъртоносни нива

Внимание! Бъдете изключително предпазливи, когато работите с високо напрежение. Това количество напрежение със сигурност може да ви убие.

Отново Входна консумация на енергия, когато крушка от 100 W е свързана като товар

В този момент слабите сонди на моя мултицет не бяха достатъчни, за да преминат през 10,23 ампера на ток, затова реших да поставя 1,5 квадратни метра тел директно в терминалите на мултиметъра.

Консумацията на входна мощност е 121,94 вата

Отново изходната консумация на енергия, когато крушка от 100 W е свързана като товар

Изходната мощност, консумирана от товара, е 80,70W. Както виждате, крушката светеше много ярко, затова я сложих до масата си.

Така че отново, ако изчислим ефективността, тя е около 67%

И сега въпросът за милиона долара остава

Защо да не направим модифицирана схема на инвертор с квадратна вълна като проект „направи си сам“?

След като разгледате горните резултати, сигурно си мислите, че тази схема е достатъчно добра, нали?

Позволете ми да ви кажа, че това абсолютно не е така, защото

На първо място, ефективността е наистина много лоша.

В зависимост от натоварването, на изходното напрежение, на изходната честота, както и формата на вълна промени, тъй като няма обратна връзка честота компенсация и не LC филтър на изхода на нещата да се изчистят.

В момента не мога да измервам изходните пикове, тъй като пиковете ще убият осцилоскопа ми и свързания лаптоп. И нека ви кажа, че със сигурност има огромни скокове, които се генерират от трансформатора, който познавам, гледайки видеоклипа на Afrotechmods. Това означава, че свързването на изхода на инвертора към терминала 6-0-6 V е достигало пиково до пиково напрежение от над 1000V и това е животозастрашаващо.

Сега, помислете само за включване на CFL лампа, зарядно за телефон или 10W крушка с този инвертор, той незабавно ще изгори.

Много дизайни, които открих в интернет, имат кондензатор с високо напрежение на изхода като товар, което намалява скоковете на напрежението, но това също няма да работи. Тъй като пиковете от 1000V могат незабавно да издухат кондензаторите. Ако го свържете със зарядно устройство за лаптоп или SMPS верига, металооксидният варистор (MOV) вътре ще мигне веднага.

И с това мога да продължавам и продължавам с минусите по цял ден.

Това беше причината, поради която не препоръчвам изграждането и работата с този тип вериги, тъй като е ненадеждна, незащитена и може да ви навреди завинаги. Въпреки че преди това ние изграждаме инвертор, който също не е достатъчно добър за практически приложения. Вместо това ще ви кажа да похарчите малко пари и да си купите търговски инвертор, който има много защитни функции.

По-нататъшно подобрение

Единственото подобрение, което може да се направи на тази верига, е да я изхвърлите напълно и да я модифицирате с техника, наречена SPWM (Sine Pulse Width Modulation), и да добавите правилна компенсация на честотата на обратната връзка и защита от късо съединение и други. Но това е тема на друг проект, който между другото предстои скоро.

Приложения на TL494 инверторна схема

След като прочетете всичко това, ако мислите за приложения, тогава ще ви кажа при спешни случаи, може да се използва за зареждане на лаптопа на телефона и други неща.

Надявам се тази статия да ви е харесала и да сте научили нещо ново. Продължавайте да четете, продължете да учите, продължете да градите и ще се видим в следващия проект.