- Ako funguje invertor?
- Invertor IC TL494
- Súčasti sú povinné
- Schéma obvodu invertora TL494
- Konštrukcia obvodu invertora TL494CN
- Výpočty
- Testovanie obvodu invertora TL494 PWM
- Vstup MOSFET
- Prečo NEROBIŤ upravený obvod invertora štvorcových vĺn ako DIY projekt?
- Ďalšie vylepšenie
- Aplikácie invertorového obvodu TL494
Invertor je obvod, ktorý prevádza jednosmerný prúd (DC) na striedavý prúd (AC). PWM striedač je druh obvodu, ktorý používa upravený štvorcových vĺn pre simuláciu účinkov striedavý prúd (AC), ktorý je vhodný pre napájanie väčšinu svojich domácich spotrebičov. Hovorím väčšinou, pretože všeobecne existujú dva typy invertorov, prvým typom je takzvaný modifikovaný invertor s obdĺžnikovou vlnou, ako už z názvu vyplýva, že výstupom je skôr štvorcová vlna ako sínusová vlna, nie čistá sínusová vlna,, ak sa pokúsite napájať striedavé motory alebo TRIACS, spôsobí to rôzne problémy.
Druhý typ sa nazýva invertor čistej sínusovej vlny. Môže sa teda bez problémov použiť na všetky druhy striedavých spotrebičov. Tu sa dozviete viac o rôznych druhoch striedača.
Ale podľa môjho názoru by ste nemali stavať invertor ako kutilský projekt. Ak sa pýtate prečo ?, tak choďte ďalej !, a v tomto projekte postavím jednoduchý upravený obvod invertora PWM s obdĺžnikovou vlnou pomocou populárneho čipu TL494 a vysvetlím výhody a nevýhody takýchto invertorov a na konci, uvidíme, prečo neurobiť upravený obvod invertora s obdĺžnikovými vlnami ako DIY projekt.
VÝSTRAHA! Tento obvod je vyrobený a demonštrovaný iba na vzdelávacie účely. Absolútne sa neodporúča stavať a používať tento typ obvodu pre komerčné spotrebiče.
POZOR! Ak vyrábate tento typ obvodu, buďte obzvlášť opatrní pri vysokom napätí a napäťových špičkách generovaných nesínusovou povahou vstupnej vlny.
Ako funguje invertor?
Veľmi základná schéma obvodu invertora je uvedená vyššie. K strednému kolíku transformátora, ktorý slúži ako vstup, je pripojené kladné napätie. A ďalšie dva piny sú spojené s MOSFETmi, ktoré fungujú ako prepínače.
Teraz, ak povolíme MOSFET Q1, pripojením napätia na svorku brány bude prúd tiecť v jednom smere šípky, ako je to znázornené na obrázku vyššie. Magnetický tok bude teda indukovaný aj v smere šípky a jadro transformátora bude prechádzať magnetickým tokom v sekundárnej cievke a na výstupe dostaneme 220 V.
Ak teraz deaktivujeme MOSFET Q1 a povolíme MOSFET Q2, prúd bude prúdiť v smere šípky znázornenej na obrázku vyššie, čím sa obráti smer magnetického toku v jadre. Viac informácií o fungovaní MOSFET sa dozviete tu.
Teraz všetci vieme, že transformátor pracujúci s magnetickým tokom sa mení. Takže zapnutím a vypnutím obidvoch MOSFETov, obrátených na druhé a vykonajúcich to 50-krát za sekundu, sa vytvorí pekný oscilačný magnetický tok vo vnútri jadra transformátora a meniaci sa magnetický tok indukuje napätie v sekundárnej cievke ako vieme podľa faradayovho zákona. A takto funguje základný invertor.
Invertor IC TL494
Teraz pred zostavením obvodu založeného na radiči TL494 PWM sa poďme naučiť, ako funguje radič PWM TL494.
TL494 IC má 8 funkčných blokov, ktoré sú zobrazené a popísané nižšie.
1. 5-V referenčný regulátor
Výstupom interného referenčného regulátora 5 V je pin REF, ktorý je pinom 14 IC. Referenčný regulátor slúži na stabilné napájanie vnútorných obvodov, ako je klopný obvod s pulzným riadením, oscilátor, komparátor riadenia mŕtveho času a komparátor PWM. Regulátor sa tiež používa na riadenie chybových zosilňovačov, ktoré sú zodpovedné za riadenie výstupu.
Poznámka! Referencia je interne programovaná s počiatočnou presnosťou ± 5% a udržuje stabilitu v rozsahu vstupného napätia 7 V až 40 V. Pre vstupné napätie menšie ako 7 V regulátor nasýti do 1 V od vstupu a sleduje ho.
2. Oscilátor
Oscilátor generuje a poskytuje píliovú vlnu regulátoru mŕtveho času a PWM komparátorom pre rôzne riadiace signály.
Frekvencia oscilátora môže byť nastavená voľbou načasovanie zložiek R T a C T.
Frekvencia oscilátora sa dá vypočítať podľa nižšie uvedeného vzorca
Fosc = 1 / (RT * CT)
Pre jednoduchosť som vytvoril tabuľku, pomocou ktorej si viete veľmi ľahko vypočítať frekvenciu.
Poznámka! Frekvencia oscilátora sa rovná výstupnej frekvencii iba pre aplikácie s jedným koncom. Pre aplikácie typu push-pull je výstupná frekvencia polovica frekvencie oscilátora.
3. Porovnávač kontroly mŕtveho času
Mŕtvy čas alebo jednoducho povedané riadenie mimo času poskytuje minimálny mŕtvy čas alebo čas mimo prevádzky. Výstup komparátora mŕtveho času blokuje spínanie tranzistorov, keď je napätie na vstupe väčšie ako napätie rampy oscilátora. Pripojenie napätia na kolík DTC môže spôsobiť dodatočnú mŕtvu dobu, a tým poskytnúť ďalšiu mŕtvu dobu od minima 3% do 100%, pretože vstupné napätie sa pohybuje od 0 do 3V. Zjednodušene môžeme zmeniť pracovný cyklus výstupnej vlny bez doladenia chybových zosilňovačov.
Poznámka! Interný posun 110 mV zaisťuje minimálny mŕtvy čas 3% pri uzemnenom vstupe riadenia mŕtveho času.
4. Zosilňovače chýb
Oba zosilňovače chýb s vysokým ziskom dostávajú predpätie zo napájacej lišty VI. To umožňuje rozsah vstupného napätia v spoločnom režime od –0,3 V do 2 V menej ako VI. Oba zosilňovače sa vyznačujú charakteristickým znakom zosilňovača s jedným napájaním na jednom konci a tým, že každý výstup je aktívny iba na vysokej úrovni.
5. Výstup - riadiaci vstup
Vstup riadenia výstupu určuje, či výstupné tranzistory pracujú v paralelnom alebo push-pull režime. Pripojením výstupného riadiaceho kolíka, ktorým je kolík-13, k zemi sa nastavia výstupné tranzistory v paralelnom prevádzkovom režime. Ale pripojením tohto kolíka k kolíku 5V-REF nastaví výstupné tranzistory na režim push-pull.
6. Výstupné tranzistory
IC má dva interné výstupné tranzistory, ktoré sú v konfiguráciách otvoreného kolektora a otvoreného vysielača, pomocou ktorých môže napájať alebo znižovať maximálny prúd až do 200 mA.
Poznámka! Tranzistory majú saturačné napätie menšie ako 1,3 V v konfigurácii spoločného vysielača a menej ako 2,5 V v konfigurácii vysielač-sledovač.
Vlastnosti
- Kompletný obvod riadenia výkonu PWM
- Nepotvrdené výstupy pre 200-mA výlevku alebo zdrojový prúd
- Ovládanie výstupu volí jednostrannú alebo push-pull operáciu
- Interné obvody zakazujú dvojitý impulz na obidvoch výstupoch
- Variabilný mŕtvy čas poskytuje kontrolu nad celkovým rozsahom
- Interný regulátor poskytuje stabilné 5 V
- Referenčná ponuka s toleranciou 5%
- Circuit Architecture umožňuje ľahkú synchronizáciu
Poznámka! Väčšina interných schém a opisov operácií je prevzatá z údajového listu a pre lepšie pochopenie je do istej miery upravená.
Súčasti sú povinné
Č |
Diely |
Typ |
Množstvo |
1 |
TL494 |
IC |
1 |
2 |
IRFZ44N |
Mosfet |
2 |
3 |
Skrutkový terminál |
Skrutkovacia svorka 5mmx2 |
1 |
4 |
Skrutkový terminál |
Skrutkovacia svorka 5mmx3 |
1 |
5 |
0,1 uF |
Kondenzátor |
1 |
6 |
50 tis., 1% |
Rezistor |
2 |
7 |
560R |
Rezistor |
2 |
8 |
10 tis., 1% |
Rezistor |
2 |
9 |
150 tis., 1% |
Rezistor |
1 |
10 |
Plátovaná doska |
Generické 50x 50mm |
1 |
11 |
Chladič PSU |
Generické |
1 |
Schéma obvodu invertora TL494
Konštrukcia obvodu invertora TL494CN
Pre túto ukážku je obvod skonštruovaný na domácej doske s plošnými spojmi pomocou schém a súborov s dizajnom plošných spojov. Upozorňujeme, že ak je na výstup transformátora pripojené veľké zaťaženie, cez stopy PCB pretečie obrovské množstvo prúdu a je pravdepodobné, že stopy zhoria. Aby som zabránil vyhoreniu stôp plošných spojov, zahrnul som niekoľko prepojok, ktoré pomáhajú zvyšovať prúd.
Výpočty
Pre tento invertorový obvod používajúcich TL494 nie je veľa teoretických výpočtov. Existuje ale niekoľko praktických výpočtov, ktoré urobíme pri testovaní obvodovej časti.
Na výpočet frekvencie oscilátora je možné použiť nasledujúci vzorec.
Fosc = 1 / (RT * CT)
Poznámka! Pre jednoduchosť je uvedená tabuľka, pomocou ktorej môžete ľahko vypočítať frekvenciu oscilátora.
Testovanie obvodu invertora TL494 PWM
Na testovanie obvodu sa používa nasledujúce nastavenie.
- 12V olovená batéria.
- Transformátor, ktorý má odbočku 6-0-6 a odbočku 12-0-12
- 100W žiarovka ako záťaž
- Multimetr Meco 108B + TRMS
- Multimetr Meco 450B + TRMS
- Osciloskop Hantek 6022BE
- A Test-PCB, do ktorého som pripojil sondy osciloskopu.
Vstup MOSFET
Po nastavení čipu TL494 som zmeral vstupný PWM signál do brány MOSFETu, ako vidíte na obrázku nižšie.
Výstupný priebeh transformátora bez zaťaženia (pripojil som ďalší sekundárny transformátor na meranie výstupného priebehu)
Ako môžete vidieť na vyššie uvedenom obrázku, systém čerpá okolo wapovacích 12,97 W bez akejkoľvek pripojenej záťaže.
Takže z vyššie uvedených dvoch obrázkov môžeme ľahko vypočítať účinnosť invertora veľmi ľahko.
Účinnosť je okolo 65%
Čo nie je zlé, ale tiež to nie je dobré.
Ako vidíte, výstupné napätie klesá na polovicu oproti nášmu komerčnému sieťovému vstupu.
Našťastie transformátor, ktorý používam, obsahuje pásky 6-0-6 a pásky 12-0-12.
Takže som si povedal, prečo nevyužiť pásky 6-0-6 na zvýšenie výstupného napätia.
Ako je zrejmé z vyššie uvedeného obrázka, spotreba energie bez zaťaženia je 12 536 W.
Teraz je výstupné napätie transformátora v smrteľných úrovniach
Pozor! Pri práci s vysokým napätím buďte mimoriadne opatrní. Toto množstvo napätia vás môže určite zabiť.
Opäť vstupná spotreba energie, keď je žiarovka 100 W pripojená ako záťaž
V tomto okamihu sondy sondy môjho multimetra neboli dostatočné na to, aby prešli prúdom 10,23 A, takže som sa rozhodol vložiť 1,5 metra drôtu priamo do svoriek multimetra.
Vstupná spotreba energie bola 121,94 Wattov
Opäť výstupná spotreba energie, keď je žiarovka 100 W pripojená ako záťaž
Výstupný výkon spotrebovaný záťažou bol 80,70 W. Ako vidíte, žiarovka žiarila veľmi jasne, preto som ju postavil vedľa svojho stola.
Takže ak vypočítame účinnosť, je to okolo 67%
A teraz zostáva otázka za milión dolárov
Prečo NEROBIŤ upravený obvod invertora štvorcových vĺn ako DIY projekt?
Po prezeraní vyššie uvedených výsledkov si musíte myslieť, že tento obvod je dosť dobrý, že?
Poviem vám, že to tak absolútne nie je, pretože
Po prvé, efektivita je naozaj veľmi zlá.
V závislosti od zaťaženia sa výstupné napätie, výstupná frekvencia a tvar vlny menia, pretože na výstupe nie je žiadna kompenzácia frekvencie spätnej väzby a žiadny LC filter, ktorý by veci čistil.
V tejto chvíli nemôžem zmerať výstupné hroty, pretože hroty zabijú môj osciloskop a pripojený prenosný počítač. A poviem vám, určite existujú obrovské hroty, ktoré generuje transformátor, ktorý poznám pri sledovaní videa Afrotechmods. To znamená, že pripojenie výstupu meniča na svorku 6-0-6 V dosahovalo špičkové napätie nad 1000 V, čo je životu nebezpečné.
Teraz, len premýšľať o zapnutie z CFL lampa, na nabíjačku telefónu, alebo 10W žiarovka s týmto meničom, bude to okamžite vyhodiť.
Mnoho návrhov, ktoré som našiel na internete, má na výstupe vysokonapäťový kondenzátor ako záťaž, ktorá znižuje skoky napätia, ale tiež to nebude fungovať. Pretože hroty 1 000 V môžu kondenzátory okamžite vyhodiť do vzduchu. Ak ho pripojíte k nabíjačke na laptop alebo k obvodu SMPS, kovový varistor (MOV) vo vnútri okamžite vybuchne.
A s tým môžem celý deň pokračovať v mínusoch.
Z tohto dôvodu neodporúčam stavať a pracovať s týmito typmi obvodov, pretože sú nespoľahlivé, nechránené a môžu vám nadobro ublížiť. Aj keď sme predtým stavali invertor, ktorý tiež nie je dosť dobrý na praktické použitie. Namiesto toho vám poviem, aby ste minuli trochu peňazí a kúpili si komerčný invertor s mnohými ochrannými prvkami.
Ďalšie vylepšenie
Jediným vylepšením, ktoré je možné v tomto obvode urobiť, je jeho úplné vyhodenie a úprava pomocou techniky zvanej SPWM (Sine Pulse Width Modulation) a pridanie správnej kompenzácie frekvencie spätnej väzby a ochrany proti skratu a ďalšie. Ale to je téma iného projektu, ktorý mimochodom čoskoro príde.
Aplikácie invertorového obvodu TL494
Po prečítaní tohto všetkého, ak premýšľate o aplikáciách, vám v prípade núdze poviem, že sa dá použiť na nabitie notebooku v telefóne a iných vecí.
Dúfam, že sa vám tento článok páčil a dozvedeli ste sa niečo nové. Čítajte ďalej, učte sa, pokračujte v budovaní a uvidíme sa v ďalšom projekte.