Pwm inverterkrets med TL494

En inverter är en krets som omvandlar likström (DC) till växelström (AC). En PWM-omformare är en typ av krets som använder modifierade fyrkantiga vågor för att simulera effekterna av växelström (AC), som är lämplig för att driva de flesta av dina hushållsapparater. Jag säger mest eftersom det generellt finns två typer av växelriktare, den första typen är den så kallade en modifierad fyrkantvågsomformare, eftersom namnet antyder att utgången är en fyrkantvåg snarare än en sinusvåg, inte en ren sinusvåg, om du försöker driva växelströmsmotorer eller TRIACS, kommer det att orsaka olika problem.

Den andra typen kallas en ren sinusomvandlare. Så det kan användas för alla typer av AC-apparater utan problem. Läs mer om olika typer av växelriktare här.

Men enligt min mening borde du inte bygga en inverter som ett DIY-projekt. Om du frågar varför ?, åka med !, och i det här projektet kommer jag att bygga en enkel modifierad fyrkantig PWM-inverterkrets med hjälp av det populära TL494-chipet och förklara fördelarna och nackdelarna med en sådan växelriktare och i slutet, vi kommer att se varför inte göra en modifierad fyrkantvågsomformarkrets som ett DIY-projekt.

VARNING! Denna krets är byggd och demonstrerad endast för utbildningsändamål, och det rekommenderas absolut inte att bygga och använda denna typ av krets för kommersiella apparater.

VARNING! Om du gör denna typ av krets, var vänlig extra försiktig med högspännings- och spänningstoppar som genereras av ingångsvågens icke-sinusformade natur.

Hur fungerar en växelriktare?

En mycket grundläggande schematisk bild av växelriktarkretsen visas ovan. En positiv spänning är ansluten till transformatorns mittstift, som fungerar som en ingång. Och de två andra stiften är anslutna till MOSFET: erna som fungerar som omkopplare.

Om vi nu aktiverar MOSFET Q1, genom att sätta en spänning vid grindterminalen kommer strömmen att flyta i en riktning av pilen som visas i bilden ovan. Således kommer ett magnetiskt flöde också att induceras i pilens riktning och transformatorns kärna kommer att passera det magnetiska flödet i sekundärspolen, och vi får 220V vid utgången.

Om vi nu inaktiverar MOSFET Q1 och aktiverar MOSFET Q2, kommer strömmen att strömma i pilens riktning som visas i bilden ovan och därmed vända riktningen för magnetflödet i kärnan. Läs mer om hur MOSFET fungerar här.

Nu vet vi alla att en transformator fungerar med magnetiskt flöde förändras. Om du slår på och av både MOSFET: erna, en inverterad till en annan och gör det 50 gånger på en sekund, kommer det att genereras ett fint oscillerande magnetiskt flöde inuti transformatorns kärna och det förändrade magnetiska flödet kommer att inducera en spänning i sekundärspolen som vi känner till faradays lag. Och så fungerar den grundläggande växelriktaren.

Omvandlare IC TL494

Nu innan vi bygger kretsen baserat på TL494 PWM-styrenheten, låt oss lära oss hur PWM-styrenheten TL494 fungerar.

TL494 IC har 8 funktionsblock som visas och beskrivs nedan.

1. 5-V referensregulator

Den 5V interna referensregulatorns utgång är REF-stiftet, som är stift-14 på IC. Referensregulatorn är där för att tillhandahålla en stabil försörjning för interna kretsar som pulsstyrningens vippa, oscillator, dödtidskomparator och PWM-komparator. Regulatorn används också för att driva felförstärkarna som är ansvariga för att kontrollera utgången.

Notera! Referensen är internt programmerad till en initial noggrannhet på ± 5% och bibehåller stabilitet över ett ingångsspänningsområde på 7V till 40 V. För ingångsspänningar mindre än 7 V, mättas regulatorn inom 1 V från ingången och spårar den.

2. Oscillator

Oscillatorn genererar och tillhandahåller en sågtandvåg till dödtidskontrollen och PWM-komparatorerna för olika styrsignaler.

Frekvensen hos oscillatorn kan ställas in genom att välja timing komponenter R T och C T.

Oscillatorns frekvens kan beräknas med formeln nedan

Fosc = 1 / (RT * CT)

För enkelhetens skull har jag gjort ett kalkylblad där du enkelt kan beräkna frekvensen.

Notera! Oscillatorfrekvensen är lika med utgångsfrekvensen endast för applikationer med ena änden. För push-pull-applikationer är utgångsfrekvensen hälften av oscillatorfrekvensen.

3. Dödtidskomparator

Den döda tiden eller att helt enkelt säga ledighetskontroll ger den minsta dödtiden eller ledigheten. Utgången från dödtidskomparatorn blockerar växlingstransistorer när spänningen vid ingången är större än oscillatorns rampspänning. Att applicera en spänning på DTC- stiftet kan medföra ytterligare dödtid, vilket ger ytterligare dödtid från dess minimum 3% till 100% eftersom ingångsspänningen varierar från 0 till 3V. Enkelt uttryckt kan vi ändra utgångsvågens arbetscykel utan att finjustera felförstärkarna.

Notera! En intern förskjutning på 110 mV säkerställer en minsta dödtid på 3% med dödtidskontrollingången jordad.

4. Felförstärkare

Båda högförstärkningsfelförstärkarna får sin förspänning från VI-försörjningsskenan. Detta tillåter ett gemensamt ingångsspänningsområde från –0,3 V till 2 V mindre än VI. Båda förstärkarna uppträder karakteristiskt av en enda-slutförstärkare med enda ändar, eftersom varje utgång endast är aktiv hög.

5. Ingång för utgångskontroll

Utgångsstyringången bestämmer om utgångstransistorerna fungerar i parallell- eller push-pull-läge. Genom att ansluta utgångsstyrstiftet som är stift-13 till jord ställer utgångstransistorerna i parallellt driftsläge. Men genom att ansluta denna stift till 5V-REF-stift sätter utgångstransistorerna i push-pull-läge.

6. Utgångstransistorer

IC har två interna utgångstransistorer som är i öppen kollektor och öppen emitterkonfiguration, genom vilken den kan källa eller sänka en maximal ström upp till 200 mA.

Notera! Transistorerna har en mättnadsspänning på mindre än 1,3 V i common-emitter-konfigurationen och mindre än 2,5 V i emitter-follower-konfigurationen.

Funktioner

Komplett PWM Power-Control Circuitry
Oanslutna utgångar för 200 mA Sink eller källström
Utgångskontroll väljer enkel-eller Push-Pull-operation
Intern krets förbjuder dubbel puls vid antingen utgång
Variabel dödtid ger kontroll över det totala intervallet
Intern regulator ger en stabil 5-V
Referensförsörjning med 5% tolerans
Kretsarkitektur möjliggör enkel synkronisering

Notera! Det mesta av den interna schemat och driftsbeskrivningen hämtas från databladet och modifieras till viss del för bättre förståelse.

Komponenter krävs

Sl. Nr	Delar	Typ	Kvantitet
1	TL494	IC	1
2	IRFZ44N	Mosfet	2
3	Skruvterminal	Skruvterminal 5mmx2	1
4	Skruvterminal	Skruvterminal 5mmx3	1
5	0,1 uF	Kondensator	1
6	50K, 1%	Motstånd	2
7	560R	Motstånd	2
8	10K, 1%	Motstånd	2
9	150K, 1%	Motstånd	1
10	Klädda brädor	Generisk 50x 50mm	1
11	PSU kylfläns	Generisk	1

TL494 kretsschema för växelriktare

TL494CN Inverter Circuit Construction

För denna demonstration är kretsen konstruerad på en hemlagad PCB, med hjälp av schematiska och PCB-designfiler. Observera att om en stor belastning är ansluten till transformatorns utgång kommer en stor mängd ström att strömma genom kretskortspåren och det finns en chans att spåren kommer att brinna ut. Så för att förhindra att PCB-spåren brinner ut har jag inkluderat några byglar som hjälper till att öka strömflödet.

Beräkningar

Det finns inte många teoretiska beräkningar för denna inverterarkrets med TL494. Men det finns några praktiska beräkningar som vi kommer att göra i testningen av kretsavsnittet.

För att beräkna oscillatorfrekvensen kan följande formel användas.

Fosc = 1 / (RT * CT)

Notera! För enkelhetens skull ges ett kalkylblad där du enkelt kan beräkna oscillatorfrekvensen.

Testar TL494 PWM-omriktarkretsen

För att testa kretsen används följande inställning.

12V blybatteri.
En transformator som har en 6-0-6 kran och en 12-0-12 kran
100W glödlampa som belastning
Meco 108B + TRMS-multimeter
Meco 450B + TRMS-multimeter
Hantek 6022BE Oscilloskop
Och test-kretskortet där jag har anslutit oscilloskopproberna.

MOSFET-ingång

Efter att ha konfigurerat TL494-chipet har jag mätt PWM-ingångssignalen till MOSFET-porten, som du kan se på bilden nedan.

Transformatorns utgångsvågform utan belastning (jag har anslutit en annan sekundär transformator för att mäta utgångsvågformen)

Som du kan se i bilden ovan, drar systemet runt en wapping 12.97W utan någon belastning.

Så från ovanstående två bilder kan vi enkelt beräkna inverterarens effektivitet mycket enkelt.

Effektiviteten är cirka 65%

Vilket inte är dåligt men det är inte heller bra.

Så som du ser sjunker utgångsspänningen till hälften av vad vår kommersiella växelströmsnätingång.

Lyckligtvis innehåller transformatorn jag använder en 6-0-6 tejpning, tillsammans med 12-0-12 tejpning.

Så jag tänkte varför inte använda 6-0-6-tejpningen för att öka utspänningen.

Som du kan se från bilden ovan är energiförbrukningen utan belastning 12,536W

Nu är transformatorns utgångsspänning i dödliga nivåer

Varning! Var extra försiktig när du arbetar med höga spänningar. Denna mängd spänning kan verkligen döda dig.

Återigen Ingångsförbrukning när en 100W-lampa ansluts som en belastning

Vid denna tidpunkt var de otäcka sonderna på min multimeter inte tillräckligt för att passera genom 10,23 ampere ström, så jag har bestämt mig för att sätta 1,5 kvm tråd direkt i multimeteruttagen.

Ingångseffektförbrukningen var 121,94 watt

Återigen uteffektförbrukningen när en 100W-lampa ansluts som en belastning

Effektförbrukningen av lasten var 80,70W. Som ni ser glödde glödlampan väldigt starkt, det är därför jag lade den bredvid mitt bord.

Så igen, om vi beräknar effektiviteten är det cirka 67%

Och nu kvarstår miljonfrågan

Varför GÖR INTE en modifierad Square Wave Inverter Circuit som ett DIY-projekt?

Efter att ha sett ovanstående resultat måste du tänka att den här kretsen är tillräckligt bra, eller hur?

Låt mig säga dig att detta absolut inte är fallet alls för

Först och främst är effektiviteten verkligen mycket dålig.

Beroende på belastning, den utspänning, den utgående frekvensen, och formen på vågen förändringar som det finns ingen återkopplingsfrekvenskompensation och ingen LC-filter på utgången till rena upp saker.

För närvarande kan jag inte mäta utgångspinnarna eftersom spikarna kommer att döda mitt oscilloskop och den anslutna bärbara datorn. Och låt mig berätta att det verkligen finns stora spikar som genereras av transformatorn som jag känner genom att titta på Afrotechmods-videon. Det innebär att ansluta växelriktarens utgång till 6-0-6 V-terminalen nådde topp- till toppspänningen på över 1000V och det är livshotande.

Tänk bara på att slå på en CFL-lampa, en telefonladdare eller en 10W-glödlampa med denna växelriktare, den kommer omedelbart att sprängas.

Många mönster jag har hittat på internet har en högspänningskondensator vid utgången som en belastning, vilket minskar spänningstopparna, men det fungerar inte heller. Som spikar på 1000V kan omedelbart blåsa kondensatorerna. Om du ansluter den till en bärbar datorladdare eller en SMPS-krets sprängs Metal-Oxide Varistor (MOV) inuti direkt.

Och med det kan jag fortsätta och fortsätta med nackdelarna hela dagen.

Detta var anledningen till att jag inte rekommenderar att man bygger och arbetar med dessa typer av kretsar, eftersom det är opålitligt, oskyddat och kan skada dig för gott. Även om vi tidigare bygger en inverter som inte heller är tillräckligt bra för praktiska tillämpningar. Istället säger jag dig att spendera lite pengar och köpa en kommersiell växelriktare som har massor av skyddsfunktioner.

Ytterligare förbättring

Den enda förbättringen som kan göras för denna krets är att kasta den helt och modifiera den med en teknik som kallas SPWM (Sine Pulse Width Modulation), och lägga till korrekt återkopplingsfrekvenskompensation och kortslutningsskydd och mer. Men det är ett ämne för ett annat projekt som snart kommer förresten.

Tillämpningar av TL494 inverterkrets

Efter att ha läst allt detta om du funderar på applikationer, då berättar jag för dig i nödsituationer, det kan användas för att ladda upp din bärbara telefon och andra saker.

Jag hoppas att du gillade den här artikeln och lärde dig något nytt. Fortsätt läsa, fortsätt lära, fortsätt bygga, så ser jag dig i nästa projekt.