Схема інвертора ШІМ за допомогою tl494

Інвертор - це схема, яка перетворює постійний струм (постійний струм) в змінний струм (змінний). ШІМ перетворювач являє собою встановлений режим роботи, яка використовує модифікований квадратні хвилі, щоб імітувати ефекти змінного струму (AC), який підходить для харчування більшості ваших побутових приладів. Я кажу найбільше, тому що, як правило, існує два типи інверторів, перший тип - це так званий модифікований прямокутний інвертор, оскільки з назви випливає, що на виході виходить квадратна хвиля, а не синусоїда, а не чиста синусоїда., якщо ви спробуєте живити двигуни змінного струму або TRIACS, це спричинить різні проблеми.

Другий тип називається інвертором із чистою синусоїдою. Тож його можна без проблем використовувати для всіх видів приладів змінного струму. Дізнайтеся більше про різні типи інверторів тут.

Але, на мою думку, не слід будувати інвертор як саморобний проект. Якщо ви запитуєте, чому ?, тоді катайтеся !, і в цьому проекті я буду будувати просту модифіковану схему ШІМ-інвертора з квадратною хвилею, використовуючи популярний чіп TL494, і поясню плюси і мінуси таких інверторів і в кінці, ми побачимо, чому б не зробити модифіковану схему прямокутного інвертора як проект саморобки.

УВАГА! Ця схема побудована та продемонстрована лише в навчальних цілях, і абсолютно не рекомендується будувати та використовувати цей тип схеми для комерційних приладів.

ОБЕРЕЖНО! Якщо ви робите цей тип ланцюга, будьте обережні щодо високих напруг і стрибків напруги, спричинених несинусоїдальною природою вхідної хвилі.

Як працює інвертор?

Дуже базова схема схеми інвертора показана вище. Позитивна напруга підключена до середнього виводу трансформатора, який виконує роль входу. А два інших висновки з'єднані з MOSFET, які виконують роль перемикачів.

Тепер, якщо ми ввімкнемо MOSFET Q1, подаючи напругу на клему затвора, струм буде текти в одному напрямку стрілки, як показано на зображенні вище. Таким чином, магнітний потік також буде індукований у напрямку стрілки, а серцевина трансформатора пропускатиме магнітний потік у вторинній котушці, і ми отримаємо 220 В на виході.

Тепер, якщо ми вимкнемо MOSFET Q1 і ввімкнемо MOSFET Q2, струм буде текти в напрямку стрілки, показаної на зображенні вище, таким чином змінюючи напрямок магнітного потоку в сердечнику. Дізнайтеся більше про роботу MOSFET тут.

Тепер ми всі знаємо, що робота трансформатора під дією магнітного потоку змінюється. Отже, увімкнення та вимкнення MOSFET, один інвертований до іншого, і роблячи це 50 разів за секунду, генеруватиме приємний коливальний магнітний потік всередині сердечника трансформатора, а мінливий магнітний потік призведе до напруги у вторинній котушці, як ми знаємо за законом Фарадея. І ось як працює основний інвертор.

Інвертор IC TL494

Тепер перед тим, як будувати схему на основі ШІМ-контролера TL494, давайте дізнаємося, як працює ШІМ-контролер TL494.

IC TL494 має 8 функціональних блоків, які показані та описані нижче.

1. 5-V еталонний регулятор

Виходом внутрішнього опорного регулятора 5 В є вивід REF, який є контактом 14 ІС. Референтний регулятор існує, щоб забезпечити стабільне живлення для внутрішніх схем, таких як триггер імпульсного керування, генератор, компаратор управління мертвим часом та компаратор ШІМ. Регулятор також використовується для керування підсилювачами помилок, які відповідають за керування виходом.

Примітка! Посилання запрограмоване внутрішньо з початковою точністю ± 5% і підтримує стабільність у діапазоні вхідної напруги від 7 В до 40 В. Для вхідних напруг менше 7 В регулятор насичується в межах 1 В від входу і відстежує його.

2. Осцилятор

Генератор генерує і подає пилкоподібну хвилю на контролер мертвого часу та ШІМ-компаратори для різних сигналів управління.

Частота генератора може бути встановлена шляхом вибору тимчасових компонентів R T і С Т.

Частоту генератора можна розрахувати за формулою нижче

Fosc = 1 / (RT * CT)

Для простоти я створив електронну таблицю, за допомогою якої ви можете дуже легко розрахувати частоту.

Примітка! Частота генератора дорівнює вихідній частоті лише для однозакінчених програм. Для двотактних додатків вихідна частота становить половину частоти генератора.

3. Порівняльний контрольний контролер

Мертвий час або, просто кажучи, контроль поза часом забезпечує мінімальний мертвий час або час відключення. Вихід компаратора мертвого часу блокує комутаційні транзистори, коли напруга на вході перевищує напругу напруги генератора. Подаючи напругу на штифт DTC, можна накласти додатковий мертвий час, забезпечуючи тим самим додатковий мертвий час від мінімум 3% до 100%, оскільки вхідна напруга змінюється від 0 до 3В Простіше кажучи, ми можемо змінити робочий цикл вихідної хвилі, не змінюючи підсилювачів помилок.

Примітка! Внутрішнє зміщення 110 мВ забезпечує мінімальний час бездіяльності 3% із заземленим входом регулювання мертвого часу.

4. Підсилювачі помилок

Обидва підсилювача з помилками з високим коефіцієнтом посилення отримують зміщення від VI-лінії живлення. Це дозволяє загальнорежимний діапазон вхідної напруги від –0,3 В до 2 В менше, ніж VI. Обидва підсилювача поводяться характерно для одностороннього підсилювача з одним живленням, оскільки кожен вихідний сигнал активний лише високий.

5. Вхід вихід-управління

Вхід управління вихідним сигналом визначає, чи працюють вихідні транзистори в паралельному або двотактному режимі. Підключивши вихідний керуючий штифт, який є контактом 13, до землі, виводить вихідні транзистори в паралельний режим роботи. Але, підключивши цей штифт до штифта 5V-REF, вихідні транзистори встановлюються в режим push-pull.

6. Вихідні транзистори

ІС має два внутрішні вихідні транзистори, які перебувають у конфігураціях з відкритим колектором та з відкритим випромінювачем, за допомогою яких він може подавати або опускати максимальний струм до 200 мА.

Примітка! Транзистори мають напругу насичення менше 1,3 В у конфігурації загального випромінювача та менше 2,5 В у конфігурації випромінювача-послідовника.

Особливості

• Повна схема керування живленням ШІМ
• Неприйняті виходи для 200-мА раковини або струму джерела
• Контроль вихідного сигналу вибирає односторонній або натискання
• Внутрішня схема забороняє подвійний імпульс на будь-якому виході
• Змінна мертвий час забезпечує контроль над загальним діапазоном
• Внутрішній регулятор забезпечує стабільний 5-V
• Довідкове постачання з 5% допуском
• Схема архітектури дозволяє легко синхронізувати

Примітка! Більша частина внутрішньої схеми та опису операцій взята з таблиці та певною мірою модифікована для кращого розуміння.

Потрібні компоненти

Сл	Частини	Тип	Кількість
1	TL494	IC	1
2	IRFZ44N	Мосфет	2
3	Гвинтовий термінал	Гвинтова клема 5ммx2	1
4	Гвинтовий термінал	Гвинтова клема 5ммx3	1
5	0,1 мкФ	Конденсатор	1
6	50 тис., 1%	Резистор	2
7	560R	Резистор	2
8	10 тис., 1%	Резистор	2
9	150 тис., 1%	Резистор	1
10	Одягнена дошка	Загальний 50x 50 мм	1
11	Тепловідвід БП	Загальний	1

Схема схеми інвертора TL494

Конструкція схеми інвертора TL494CN

Для цієї демонстрації схема побудована на саморобній друкованій платі за допомогою файлів схеми та конструкції друкованої плати. Зверніть увагу, що якщо до виходу трансформатора підключено велике навантаження, через сліди друкованої плати буде протікати величезна кількість струму, і існує ймовірність того, що сліди згорять. Отже, щоб запобігти вигорянню слідів друкованої плати, я включив кілька перемичок, які допомагають збільшити струм потоку.

Розрахунки

Існує не так багато теоретичних розрахунків для цієї схеми інвертора з використанням TL494. Але є деякі практичні розрахунки, які ми проведемо при випробуванні ділянки ланцюга.

Для розрахунку частоти генератора може бути використана наступна формула.

Fosc = 1 / (RT * CT)

Примітка! Для простоти наведена електронна таблиця , за допомогою якої ви можете легко розрахувати частоту генератора.

Тестування схеми інвертора ШІМ TL494

Для тестування схеми використовується наступна настройка.

1. 12В свинцево-кислотна батарея.
2. Трансформатор, який має кран 6-0-6 і кран 12-0-12
3. Лампочка розжарювання 100 Вт як навантаження
4. Мультиметр Meco 108B + TRMS
5. Мультиметр Meco 450B + TRMS
6. Осцилограф Hantek 6022BE
7. І тест-друковану плату, в яку я підключив зонди осцилографа.

Вхід MOSFET

Після налаштування мікросхеми TL494 я ​​виміряв вхідний ШІМ-сигнал до входу MOSFET, як ви можете бачити на зображенні нижче.

Вихідна форма сигналу трансформатора без навантаження (я підключив інший вторинний трансформатор для вимірювання вихідної форми сигналу)

Як ви можете бачити на наведеному вище зображенні, система використовує 12,97 Вт, без додаткового навантаження.

Отже, з наведених вище двох зображень ми можемо дуже легко розрахувати ефективність перетворювача.

Ефективність становить близько 65%

Що непогано, але це також не добре.

Таким чином, як ви можете бачити, вихідна напруга падає до половини від нашої комерційної мережі змінного струму.

На щастя, трансформатор, який я використовую, містить стрічку 6-0-6, а також стрічку 12-0-12.

Отже, я подумав, чому б не використовувати стрічку 6-0-6 для збільшення вихідної напруги.

Як видно з наведеного зображення, споживання енергії без навантаження становить 12,536 Вт

Зараз вихідна напруга трансформатора знаходиться на летальних рівнях

Обережно! Будьте особливо обережні при роботі з високою напругою. Така величина напруги, безсумнівно, може вбити вас.

Знову вхідне споживання енергії, коли лампочка 100 Вт підключена як навантаження

На даний момент мізерних зондів мого мультиметра було недостатньо для проходження струму струму 10,23 А, тому я вирішив вставити 1,5 кв.мм дроту безпосередньо в термінали мультиметра.

Споживана вхідна потужність становила 121,94 Вт

Знову ж споживана вихідна потужність, коли лампочка 100 Вт підключена як навантаження

Вихідна потужність, споживана навантаженням, становила 80,70 Вт. Як бачите, лампочка світилася дуже яскраво, саме тому я поставив її біля свого столу.

Отже, якщо розрахувати ефективність, це приблизно 67%

І зараз питання на мільйон доларів залишається

Чому НЕ зробити модифіковану схему прямокутного інвертора як проект саморобки?

Тепер, переглянувши наведені вище результати, ви, мабуть, думаєте, що ця схема досить хороша, чи не так?

Дозвольте сказати, це абсолютно не так, бо

Перш за все, ефективність дійсно дуже низька.

В залежності від навантаження, вихідна напруга, то вихідна частота, і форма хвилі змінюється, оскільки немає ніякої зворотного зв'язку компенсації частоти, і немає LC - фільтра на виході, щоб очистити речі вгору.

На даний момент я не можу виміряти вихідні стрибки, оскільки ці стрибки вб’ють мій осцилограф та підключений ноутбук. І дозвольте мені сказати вам, що, безумовно, є величезні стрибки, які генеруються трансформатором, про який я знаю, переглядаючи відео Afrotechmods. Це означає, що підключення виходу інвертора до терміналу 6-0-6 В досягало пікової і пікової напруги понад 1000В, що загрожує життю.

Тепер, просто подумайте про включення в лампу КЛЛ, а зарядний пристрій телефону, або 10Вт лампочки з цим інвертором, він буде миттєво підірвати.

У багатьох конструкціях, які я знайшов в Інтернеті, на виході є конденсатор високої напруги як навантаження, що зменшує стрибки напруги, але це також не спрацює. Оскільки шипи 1000 В можуть миттєво продути конденсатори. Якщо ви підключите його до зарядного пристрою для ноутбука або схеми SMPS, металево-оксидний варистор (MOV) всередині миттєво підірветься.

І з цим я можу продовжувати і продовжувати мінуси цілий день.

Це було причиною того, що я не рекомендую будувати та працювати з такими типами мікросхем, оскільки вони ненадійні, незахищені та можуть завдати шкоди вам назавжди. Хоча раніше ми будували інвертор, який також недостатньо хороший для практичного застосування. Натомість я скажу вам витратити трохи грошей і придбати комерційний інвертор, який має масу захисних функцій.

Подальше вдосконалення

Єдиним вдосконаленням, яке можна зробити для цієї схеми, є її повне викидання та модифікація за допомогою техніки, яка називається SPWM (модуляція ширини синусоїдного імпульсу), а також додавання належної компенсації частоти зворотного зв’язку, захисту від короткого замикання тощо. Але це тема для іншого проекту, який, до речі, скоро з’явиться.

Застосування схеми інвертора TL494

Прочитавши все це, якщо ви думаєте про програми, то я вам скажу в надзвичайних ситуаціях, це може бути використано для зарядки вашого ноутбука телефону та інших речей.

Сподіваюся, вам сподобалась ця стаття і ви дізналися щось нове. Продовжуйте читати, продовжуйте вчитися, продовжуйте будувати, і я побачу вас у наступному проекті.