Obvod měniče PWM pomocí tl494

Střídač je obvod, který převádí stejnosměrný proud na střídavý proud. PWM střídač je druh obvodu, který používá upravený čtverečních vln pro simulaci účinků střídavý proud (AC), který je vhodný pro napájení většinu svých domácích spotřebičů. Říkám většinou, protože obecně existují dva typy měničů, prvním typem je takzvaný modifikovaný měnič obdélníkových vln, jak název napovídá, že výstup je spíše čtvercová vlna než sinusová vlna, ne čistá sinusová vlna, takže, pokud se pokusíte napájet střídavé motory nebo TRIACS, způsobí to různé problémy.

Druhý typ se nazývá invertor čisté sinusové vlny. Lze jej tedy bez problémů použít pro všechny druhy střídavých spotřebičů. Zde se dozvíte více o různých typech střídačů.

Ale podle mého názoru byste neměli stavět střídač jako kutilský projekt. Pokud se ptáte proč ?, pak jeďte dál !, a v tomto projektu budu stavět jednoduchý modifikovaný obvod PWM invertoru s obdélníkovými vlnami pomocí populárního čipu TL494 a vysvětlím výhody a nevýhody takových střídačů a na konci, uvidíme, proč neudělat upravený obvod invertoru s obdélníkovými vlnami jako DIY projekt.

VAROVÁNÍ! Tento obvod je postaven a předveden pouze pro vzdělávací účely a rozhodně se nedoporučuje tento typ obvodu stavět a používat pro komerční zařízení.

POZOR! Pokud vytváříte tento typ obvodu, buďte obzvláště opatrní, pokud jde o vysoké napětí a napěťové špičky generované nesinusovou povahou vstupní vlny.

Jak funguje střídač?

Velmi základní schéma obvodu měniče je uvedeno výše. Kladné napětí je připojeno ke střednímu kolíku transformátoru, který funguje jako vstup. A další dva piny jsou spojeny s MOSFETy, které fungují jako spínače.

Nyní, pokud povolíme MOSFET Q1, vložením napětí na terminál brány bude proud proudit v jednom směru šipky, jak je znázorněno na obrázku výše. Magnetický tok bude tedy také indukován ve směru šipky a jádro transformátoru bude procházet magnetickým tokem v sekundární cívce a na výstupu dostaneme 220V.

Nyní, pokud deaktivujeme MOSFET Q1 a povolíme MOSFET Q2, bude proud proudit ve směru šipky zobrazené na obrázku výše, čímž se obrátí směr magnetického toku v jádře. Více informací o fungování MOSFET se dozvíte zde.

Nyní všichni víme, že transformátor pracuje změnou magnetického toku. Takže zapnutím a vypnutím obou MOSFETů, převrácených do druhého a 50krát za sekundu, vznikne pěkný oscilační magnetický tok uvnitř jádra transformátoru a měnící se magnetický tok indukuje napětí v sekundární cívce víme to podle Faradayova zákona. A tak funguje základní střídač.

Invertor IC TL494

Nyní před sestavením obvodu založeného na řadiči TL494 PWM se podívejme, jak funguje řadič PWM TL494.

TL494 IC má 8 funkčních bloků, které jsou zobrazeny a popsány níže.

1. 5-V referenční regulátor

Výstupem interního referenčního regulátoru 5V je pin REF, což je pin-14 IC. Referenční regulátor slouží k zajištění stabilního napájení vnitřních obvodů, jako je klopný obvod s pulzním řízením, oscilátor, komparátor řízení mrtvé doby a komparátor PWM. Regulátor se také používá k řízení chybových zesilovačů, které jsou odpovědné za řízení výstupu.

Poznámka! Reference je interně naprogramována na počáteční přesnost ± 5% a udržuje stabilitu v rozsahu vstupního napětí 7 V až 40 V. U vstupních napětí nižších než 7 V regulátor nasycuje do 1 V od vstupu a sleduje jej.

2. Oscilátor

Oscilátor generuje a poskytuje pilovitou vlnu regulátoru mrtvé doby a PWM komparátorům pro různé řídicí signály.

Frekvence oscilátoru může být nastavena volbou načasování složek R T a C T.

Frekvenci oscilátoru lze vypočítat podle níže uvedeného vzorce

Fosc = 1 / (RT * CT)

Pro zjednodušení jsem vytvořil tabulku, pomocí které můžete velmi snadno vypočítat frekvenci.

Poznámka! Frekvence oscilátoru se rovná výstupní frekvenci pouze pro jednostranné aplikace. U aplikací typu push-pull je výstupní frekvence polovinou frekvence oscilátoru.

3. Srovnávač kontroly mrtvého času

Mrtvý čas nebo jednoduše řečeno ovládání mimo čas poskytuje minimální mrtvý čas nebo čas vypnutí. Výstup komparátoru mrtvé doby blokuje spínání tranzistorů, když je napětí na vstupu větší než napětí rampy oscilátoru. Přivedení napětí na pin DTC může způsobit další mrtvou dobu, a tím poskytnout další mrtvou dobu od minima 3% do 100%, protože vstupní napětí se pohybuje od 0 do 3V. Jednoduše řečeno, můžeme změnit pracovní cyklus výstupní vlny bez vyladění chybových zesilovačů.

Poznámka! Interní offset 110 mV zajišťuje minimální mrtvý čas 3% s uzemněným vstupem pro řízení mrtvého času.

4. Zesilovače chyb

Oba zesilovače chyb s vysokým ziskem přijímají odchylku od napájecí lišty VI. To umožňuje rozsah vstupního napětí v běžném režimu od –0,3 V do 2 V méně než VI. Oba zesilovače se chovají charakteristicky jako jednopólový zesilovač s jedním napájením, takže každý výstup je aktivní pouze vysoko.

5. Výstup - řídicí vstup

Vstup řízení výstupu určuje, zda výstupní tranzistory pracují v paralelním nebo push-pull režimu. Připojením výstupního ovládacího kolíku, který je pin-13 k zemi, nastaví výstupní tranzistory do paralelního provozního režimu. Ale připojením tohoto pinu k pinu 5V-REF nastaví výstupní tranzistory v režimu push-pull.

6. Výstupní tranzistory

Integrovaný obvod má dva interní výstupní tranzistory, které jsou v konfiguracích s otevřeným kolektorem a otevřeným emitorem, pomocí kterých může napájet nebo snižovat maximální proud až do 200 mA.

Poznámka! Tranzistory mají saturační napětí menší než 1,3 V v konfiguraci společného emitoru a méně než 2,5 V v konfiguraci emitor-sledovač.

Funkce

Kompletní obvod řízení výkonu PWM
Nepotvrzené výstupy pro proud 200 mA nebo zdrojový proud
Výstupní řízení vybírá jednostranný nebo push-pull provoz
Interní obvod zakazuje dvojí impuls na obou výstupech
Variabilní mrtvý čas poskytuje kontrolu nad celkovým rozsahem
Interní regulátor poskytuje stabilní 5V
Referenční dodávka s 5% tolerancí
Architektura obvodů umožňuje snadnou synchronizaci

Poznámka! Většina interního schématu a popisu operací je převzata z datového listu a do určité míry upravena pro lepší pochopení.

Požadované komponenty

Sl. Č	Díly	Typ	Množství
1	TL494	IC	1
2	IRFZ44N	Mosfet	2
3	Šroubová svorka	Šroubová svorka 5mmx2	1
4	Šroubová svorka	Šroubová svorka 5mmx3	1
5	0,1 μF	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	Opláštěná deska	Obecné 50x 50mm	1
11	Chladič PSU	Obecný	1

Schéma obvodu měniče TL494

Konstrukce obvodu měniče TL494CN

Pro tuto ukázku je obvod konstruován na domácí desce plošných spojů pomocí schémat a návrhových souborů desky plošných spojů. Vezměte prosím na vědomí, že pokud je na výstup transformátoru připojena velká zátěž, protéká stopy PCB obrovské množství proudu a existuje šance, že stopy spálí. Abych zabránil vyhoření stop PCB, zahrnul jsem několik propojek, které pomáhají zvýšit tok proudu.

Výpočty

Pro tento invertorový obvod s použitím TL494 není mnoho teoretických výpočtů. Existuje ale několik praktických výpočtů, které provedeme při testování obvodové sekce.

Pro výpočet frekvence oscilátoru lze použít následující vzorec.

Fosc = 1 / (RT * CT)

Poznámka! Pro zjednodušení je dána tabulka, pomocí které můžete snadno vypočítat frekvenci oscilátoru.

Testování obvodu měniče TL494 PWM

K otestování obvodu se používá následující nastavení.

12V olověný akumulátor.
Transformátor, který má odbočku 6-0-6 a odbočku 12-0-12
100W žárovka jako zátěž
Multimetr Meco 108B + TRMS
Multimetr Meco 450B + TRMS
Osciloskop Hantek 6022BE
A Test-PCB, ke kterému jsem připojil sondy osciloskopu.

Vstup MOSFET

Po nastavení čipu TL494 jsem změřil vstupní signál PWM do brány MOSFET, jak vidíte na obrázku níže.

Výstupní průběh transformátoru bez zátěže (připojil jsem další sekundární transformátor pro měření výstupního průběhu)

Jak vidíte na obrázku výše, systém čerpá kolem wappingových 12,97 W bez připojeného zatížení.

Z výše uvedených dvou obrázků tedy můžeme snadno snadno vypočítat účinnost střídače.

Účinnost je kolem 65%

Což není špatné, ale také to není dobré.

Jak vidíte, výstupní napětí klesá na polovinu oproti našemu komerčnímu vstupu střídavého proudu.

Naštěstí použitý transformátor obsahuje pásku 6-0-6 a pásku 12-0-12.

Takže jsem si myslel, proč nepoužívat 6-0-6 tejpování ke zvýšení výstupního napětí.

Jak je patrné z výše uvedeného obrázku, spotřeba energie bez zátěže je 12 536 W.

Nyní je výstupní napětí transformátoru v smrtelných úrovních

Pozor! Při práci s vysokým napětím buďte velmi opatrní. Toto množství napětí vás jistě může zabít.

Opět Vstupní spotřeba energie, když je 100W žárovka připojena jako zátěž

V tomto okamžiku nebyly sondy mého multimetru dostačující na to, aby prošly proudem 10,23 A, takže jsem se rozhodl dát 1,5 m 2 drátu přímo do svorek multimetru.

Spotřeba energie na vstupu byla 121,94 W

Opět výstupní spotřeba energie, když je 100W žárovka připojena jako zátěž

Výstupní výkon spotřebovaný zátěží byl 80,70 W. Jak vidíte, žárovka svítila velmi jasně, proto jsem ji postavil vedle svého stolu.

Takže pokud znovu vypočítáme účinnost, je to kolem 67%

A nyní otázka milionů dolarů zůstává

Proč NEVYTVOŘIT Obvod střídače s obdélníkovými vlnami jako DIY projekt?

Nyní po prohlížení výše uvedených výsledků si musíte myslet, že tento obvod je dost dobrý, že?

Řeknu vám, že tomu tak vůbec není, protože

Za prvé, účinnost je opravdu velmi špatná.

V závislosti na zatížení se mění výstupní napětí, výstupní frekvence a tvar vlny, protože na výstupu není žádná kompenzace frekvence zpětné vazby a žádný LC filtr, který by věci vyčistil.

V tuto chvíli nemohu měřit výstupní hroty, protože hroty zabijí můj osciloskop a připojený notebook. A řeknu vám, že určitě existují obrovské hroty, které generuje transformátor, který znám sledováním videa Afrotechmods. To znamená, že připojení výstupu měniče na svorku 6-0-6 V dosahovalo špičkového napětí přes 1000V, což je životu nebezpečné.

Nyní, jen přemýšlet o zapnutí z CFL lampa, na nabíječku telefonu, nebo 10W žárovka s tímto měničem, bude to okamžitě vyhodit.

Mnoho návrhů, které jsem našel na internetu, má na výstupu vysokonapěťový kondenzátor jako zátěž, což snižuje napěťové špičky, ale to také nebude fungovat. Protože hroty 1000 V mohou kondenzátory okamžitě vyhodit. Pokud jej připojíte k nabíječce notebooku nebo k obvodu SMPS, uvnitř se okamžitě vybuchne varistor Metal-Oxide (MOV).

A s tím můžu pokračovat celý den s mínusy.

Z tohoto důvodu nedoporučuji stavět a pracovat s těmito typy obvodů, protože jsou nespolehlivé, nechráněné a mohou vám nadobro ublížit. I když jsme dříve stavěli střídač, který také není dost dobrý pro praktické aplikace. Místo toho vám řeknu, abyste utratili trochu peněz a koupili komerční střídač, který má spoustu ochranných prvků.

Další vylepšení

Jediným vylepšením, které lze u tohoto obvodu provést, je jeho úplné zahození a úprava pomocí techniky zvané SPWM (Sine Pulse Width Modulation) a přidání správné kompenzace frekvence zpětné vazby a ochrany proti zkratu a další. Ale to je téma dalšího projektu, který mimochodem brzy přijde.

Aplikace obvodu měniče TL494

Po přečtení toho všeho, pokud přemýšlíte o aplikacích, vám v případě nouze řeknu, že se dá použít k nabití notebooku a dalších věcí.

Doufám, že se vám tento článek líbil a dozvěděli jste se něco nového. Pokračujte v čtení, pokračujte v učení, pokračujte v budování a uvidíme se v příštím projektu.