Схема инвертора ШИМ с использованием tl494

Инвертор - это цепь, которая преобразует постоянный ток (DC) в переменный ток (AC). ШИМ преобразователь представляет собой тип схемы, которая использует модифицированный квадратные волны, чтобы имитировать эффекты переменного тока (AC), который подходит для питания большинства ваших бытовых приборов. Я говорю в основном потому, что обычно существует два типа инверторов, первый тип - это так называемый модифицированный прямоугольный инвертор, поскольку название подразумевает, что выходной сигнал представляет собой прямоугольную волну, а не синусоидальную волну, а не чистую синусоидальную волну, поэтому, если вы попытаетесь запитать двигатели переменного тока или TRIACS, это вызовет другие проблемы.

Второй тип называется синусоидальным инвертором. Таким образом, его можно без проблем использовать со всеми видами приборов переменного тока. Узнайте больше о различных типах инверторов здесь.

Но, на мой взгляд, не стоит строить инвертор как проект своими руками. Если вы спрашиваете, почему? Тогда езжайте! В этом проекте я буду строить простую модифицированную схему инвертора с прямоугольной волной ШИМ с использованием популярного чипа TL494 и объяснять плюсы и минусы таких инверторов и, в конце, мы увидим, почему бы не сделать модифицированную схему прямоугольного инвертора как проект DIY.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ! Эта схема создана и продемонстрирована только в образовательных целях, и категорически не рекомендуется создавать и использовать схемы такого типа для коммерческих устройств.

ВНИМАНИЕ! Если вы делаете этот тип схемы, будьте особенно осторожны с высокими напряжениями и скачками напряжения, вызванными несинусоидальной природой входной волны.

Как работает инвертор?

Очень базовая схема схемы инвертора показано выше. Положительное напряжение подключается к среднему выводу трансформатора, который действует как вход. А два других контакта связаны с полевыми МОП-транзисторами, которые действуют как переключатели.

Теперь, если мы включим полевой МОП-транзистор Q1, приложив напряжение к клемме затвора, ток будет течь в одном направлении стрелки, как показано на изображении выше. Таким образом, магнитный поток также будет индуцироваться в направлении стрелки, и сердечник трансформатора будет пропускать магнитный поток во вторичной катушке, и мы получим 220В на выходе.

Теперь, если мы отключим полевой МОП-транзистор Q1 и включим полевой МОП-транзистор Q2, ток будет течь в направлении стрелки, показанной на изображении выше, таким образом меняя направление магнитного потока в сердечнике. Узнайте больше о работе MOSFET здесь.

Теперь мы все знаем, что трансформатор работает за счет изменения магнитного потока. Таким образом, включение и выключение обоих полевых МОП-транзисторов, один инвертированный в другой и выполнение этого 50 раз в секунду, создаст хороший колеблющийся магнитный поток внутри сердечника трансформатора, а изменяющийся магнитный поток вызовет напряжение во вторичной катушке, как мы знаем по закону Фарадея. Так работает основной инвертор.

Инвертор IC TL494

Теперь, прежде чем строить схему на базе ШИМ-контроллера TL494, давайте узнаем, как работает ШИМ-контроллер TL494.

Микросхема TL494 имеет 8 функциональных блоков, которые показаны и описаны ниже.

1. 5-В Опорный регулятор

5V внутренний выходной опорный регулятор опорного сигнала контактный, который пин-14 IC. Опорный стабилизатор предназначен для обеспечения стабильного питания внутренних схем, таких как триггер с импульсным управлением, генератор, компаратор управления мертвой выдержкой и компаратор ШИМ. Регулятор также используется для управления усилителями ошибок, которые отвечают за управление выходом.

Запись! Задание внутренне запрограммировано на начальную точность ± 5% и поддерживает стабильность в диапазоне входного напряжения от 7 В до 40 В. При входном напряжении менее 7 В регулятор насыщается в пределах 1 В от входного и отслеживает его.

2. Осциллятор

Генератор генерирует и подает пилообразную волну на контроллер мертвого времени и компараторы PWM для различных сигналов управления.

Частота генератора может быть установлена путем выбора временных компонентов R T и С Т.

Частоту осциллятора можно рассчитать по формуле ниже

Fosc = 1 / (RT * CT)

Для простоты я составил электронную таблицу, по которой вы можете очень легко вычислить частоту.

Запись! Частота генератора равна выходной частоте только для несимметричных приложений. Для двухтактных приложений выходная частота составляет половину частоты генератора.

3. Компаратор контроля мертвого времени

Мертвое время или, проще говоря, управление отключенным временем обеспечивает минимальное мертвое время или время простоя. Выход компаратора мертвого времени блокирует переключение транзисторов, когда напряжение на входе больше, чем линейное напряжение генератора. Подача напряжения на вывод DTC может вызвать дополнительное мертвое время, тем самым обеспечивая дополнительное мертвое время от минимум 3% до 100% при изменении входного напряжения от 0 до 3 В. Проще говоря, мы можем изменить рабочий цикл выходной волны без настройки усилителей ошибок.

Запись! Внутреннее смещение 110 мВ обеспечивает минимальное мертвое время 3% при заземленном управляющем входе мертвого времени.

4. Усилители ошибок

Оба усилителя ошибки с высоким коэффициентом усиления получают напряжение смещения от шины питания VI. Это позволяет использовать синфазное входное напряжение в диапазоне от –0,3 В до 2 В ниже VI. Оба усилителя ведут себя характерно для несимметричного усилителя с однополярным питанием, поскольку каждый выход активен только на высоком уровне.

5. Вход управления выходом

Вход управления выходом определяет, работают ли выходные транзисторы в параллельном или двухтактном режиме. При подключении выходного управляющего контакта, который является контактом 13, к земле, выходные транзисторы устанавливаются в параллельный режим работы. Но при подключении этого вывода к выводу 5V-REF выходные транзисторы устанавливаются в двухтактный режим.

6. Выходные транзисторы.

ИС имеет два внутренних выходных транзистора, которые находятся в конфигурациях с открытым коллектором и с открытым эмиттером, с помощью которых она может передавать или потреблять максимальный ток до 200 мА.

Запись! Транзисторы имеют напряжение насыщения менее 1,3 В в конфигурации с общим эмиттером и менее 2,5 В в конфигурации эмиттер-повторитель.

Особенности

Полная схема управления мощностью ШИМ
Незавершенные выходы для тока потребления или источника 200 мА
Управление выходом выбирает односторонний или двухтактный режим работы
Внутренняя схема запрещает двойной импульс на любом выходе
Переменное время простоя обеспечивает контроль над общим диапазоном
Внутренний регулятор обеспечивает стабильное напряжение 5 В
Эталонная поставка с допуском 5%
Архитектура схемы позволяет легко синхронизировать

Запись! Большая часть внутренней схемы и описания операций взята из таблицы и в некоторой степени модифицирована для лучшего понимания.

Необходимые компоненты

Sl.No	Запчасти	Тип	Количество
1	TL494	IC	1
2	IRFZ44N	Mosfet	2
3	Винтовой зажим	Винтовой зажим 5 мм x 2	1
4	Винтовой зажим	Винтовой зажим 5ммx3	1
5	0,1 мкФ	Конденсатор	1
6	50 тыс., 1%	Резистор	2
7	560R	Резистор	2
8	10 тыс., 1%	Резистор	2
9	150 тыс., 1%	Резистор	1
10	Одетая доска	Стандартный 50x 50 мм	1
11	Радиатор блока питания	Универсальный	1

Схема инвертора TL494

Конструкция схемы инвертора TL494CN

Для этой демонстрации схема построена на самодельной печатной плате с помощью файлов схемы и дизайна печатной платы. Обратите внимание, что если к выходу трансформатора подключена большая нагрузка, через дорожки печатной платы будет протекать огромное количество тока, и есть вероятность, что дорожки выгорят. Итак, чтобы следы печатной платы не выгорели, я включил несколько перемычек, которые помогают увеличить ток.

Расчеты

Для этой схемы инвертора с использованием TL494 не так много теоретических расчетов. Но есть несколько практических расчетов, которые мы сделаем при тестировании участка схемы.

Для расчета частоты генератора можно использовать следующую формулу.

Fosc = 1 / (RT * CT)

Запись! Для простоты приведена таблица, по которой вы можете легко вычислить частоту генератора.

Тестирование цепи инвертора ШИМ TL494

Для проверки схемы используется следующая установка.

Свинцово-кислотный аккумулятор 12 В.
Трансформатор с отводом 6-0-6 и отводом 12-0-12
Лампа накаливания мощностью 100 Вт в качестве нагрузки
Мультиметр Meco 108B + TRMS
Мультиметр Meco 450B + TRMS
Осциллограф Hantek 6022BE
И тестовая печатная плата, к которой я подключил щупы осциллографа.

Вход MOSFET

После настройки микросхемы TL494 я измерил входной сигнал ШИМ на затвор полевого МОП-транзистора, как вы можете видеть на изображении ниже.

Форма выходного сигнала трансформатора без нагрузки (я подключил еще один вторичный трансформатор для измерения выходного сигнала)

Как вы можете видеть на изображении выше, система потребляет 12,97 Вт без нагрузки.

Таким образом, из двух приведенных выше изображений мы можем легко рассчитать эффективность инвертора.

КПД около 65%

Что неплохо, но и не хорошо.

Итак, как вы можете видеть, выходное напряжение падает до половины входного напряжения нашей коммерческой сети переменного тока.

К счастью, трансформатор, который я использую, содержит ленту 6-0-6 вместе с лентой 12-0-12.

Итак, я подумал, почему бы не использовать ленту 6-0-6 для увеличения выходного напряжения.

Как видно из рисунка выше, потребляемая мощность без нагрузки составляет 12,536 Вт.

Теперь выходное напряжение трансформатора находится на смертельном уровне.

Осторожно! Будьте особенно осторожны при работе с высоким напряжением. Такое количество напряжения, безусловно, может вас убить.

Снова потребляемая мощность при подключении лампы 100 Вт в качестве нагрузки.

На этом этапе маленьких щупов моего мультиметра было недостаточно, чтобы пропустить ток 10,23 А, поэтому я решил вставить 1,5 кв. Мм провода непосредственно в клеммы мультиметра.

Потребляемая мощность составила 121,94 Вт.

Опять же, выходная мощность, когда лампа 100 Вт подключена в качестве нагрузки.

Выходная мощность, потребляемая нагрузкой, составила 80,70 Вт. Как видите, лампочка горела очень ярко, поэтому я поставил ее рядом со своим столом.

Итак, опять же, если мы посчитаем эффективность, это около 67%.

И теперь остается вопрос на миллион долларов

Почему бы НЕ сделать модифицированную схему инвертора прямоугольной формы в качестве самостоятельного проекта?

Теперь, после просмотра результатов выше, вы, должно быть, думаете, что эта схема достаточно хороша, не так ли?

Позвольте мне сказать вам, что это совсем не так, потому что

Во-первых, эффективность действительно очень низкая.

В зависимости от нагрузки, выходное напряжение, то выходная частота, и форма волны изменяется, поскольку нет никакой обратной связи компенсации частоты, и нет LC - фильтра на выходе, чтобы очистить вещи вверх.

В настоящий момент я не могу измерить пики на выходе, потому что пики убивают мой осциллограф и подключенный ноутбук. И позвольте мне сказать вам, что, безусловно, есть огромные всплески, которые генерируются трансформатором, о чем я знаю, просмотрев видео Afrotechmods. Это означает, что при подключении выхода инвертора к клемме 6-0-6 В размах напряжения достигал более 1000 В, что опасно для жизни.

Теперь просто подумайте о включении лампы CFL, зарядного устройства для телефона или лампочки мощностью 10 Вт с помощью этого инвертора, она мгновенно взорвется.

Многие конструкции, которые я нашел в Интернете, имеют на выходе высоковольтный конденсатор в качестве нагрузки, который уменьшает скачки напряжения, но это тоже не сработает. Поскольку скачки напряжения 1000В могут мгновенно взорвать конденсаторы. Если вы подключите его к зарядному устройству ноутбука или цепи SMPS, металл-оксидный варистор (MOV) внутри мгновенно взорвется.

И с этим я могу говорить о минусах весь день.

Это было причиной того, что я не рекомендую создавать и работать с этими типами схем, поскольку они ненадежны, незащищены и могут навредить вам навсегда. Хотя раньше мы строили инвертор, который также не подходил для практического применения. Вместо этого я посоветую вам потратить немного денег и купить коммерческий инвертор с множеством функций защиты.

Дальнейшее улучшение

Единственное усовершенствование, которое можно сделать в этой схеме, - это полностью выбросить ее и модифицировать с помощью метода, называемого SPWM (широтно-синусоидальная модуляция), а также добавить надлежащую компенсацию частоты обратной связи, защиту от короткого замыкания и многое другое. Но это тема для другого проекта, который, кстати, скоро появится.

Применение схемы инвертора TL494

После прочтения всего этого, если вы задумались о приложениях, то в экстренных случаях расскажу, с его помощью можно зарядить телефон, ноутбук и другие вещи.

Надеюсь, вам понравилась эта статья и вы узнали что-то новое. Продолжайте читать, продолжайте учиться, продолжайте строить, и я увижу вас в следующем проекте.