PWM-invertercircuit met TL494

Een omvormer is een circuit dat gelijkstroom (DC) omzet in wisselstroom (AC). Een PWM-omvormer is een type circuit dat gemodificeerde blokgolven gebruikt om de effecten van wisselstroom (AC) te simuleren, die geschikt is voor het voeden van de meeste van uw huishoudelijke apparaten. Ik zeg het meeste omdat er over het algemeen twee soorten omvormers bestaan, het eerste type is de zogenaamde gemodificeerde blokgolfomvormer, zoals de naam al aangeeft, de uitvoer is een blokgolf in plaats van een sinusgolf, geen zuivere sinusgolf dus, als u AC-motoren of TRIACS probeert aan te drijven, zal dit verschillende problemen veroorzaken.

Het tweede type wordt een zuivere sinusomvormer genoemd. Het kan dus zonder problemen worden gebruikt voor alle soorten AC-apparaten. Lees hier meer over verschillende soorten omvormers.

Maar naar mijn mening moet je een omvormer niet als doe-het-zelf-project bouwen. Als je je afvraagt waarom ?, ride me!, En in dit project zal ik een eenvoudig gemodificeerd blokgolf PWM-omvormercircuit bouwen met behulp van de populaire TL494-chip en de voor- en nadelen van dergelijke omvormers uitleggen en aan het einde, we zullen zien waarom we geen gemodificeerd blokgolf-invertercircuit als een doe-het-zelf-project maken.

WAARSCHUWING! Dit circuit is alleen gebouwd en gedemonstreerd voor educatieve doeleinden en het is absoluut niet aan te raden om dit type circuit voor commerciële apparaten te bouwen en te gebruiken.

VOORZICHTIGHEID! Als u dit type schakeling maakt, moet u extra voorzichtig zijn met hoogspanning en spanningspieken die worden gegenereerd door de niet-sinusvormige aard van de ingangsgolf.

Hoe werkt een omvormer?

Een zeer eenvoudig schema van het invertercircuit wordt hierboven weergegeven. Een positieve spanning is verbonden met de middelste pin van de transformator, die als ingang fungeert. En de twee andere pinnen zijn verbonden met de MOSFET's die als schakelaars werken.

Als we nu MOSFET Q1 inschakelen, door een spanning op de poortaansluiting te zetten, zal de stroom in één richting van de pijl stromen zoals weergegeven in de bovenstaande afbeelding. Zo zal ook een magnetische flux in de richting van de pijl worden geïnduceerd en zal de kern van de transformator de magnetische flux in de secundaire spoel passeren, en we krijgen 220V aan de uitgang.

Als we nu de MOSFET Q1 uitschakelen en de MOSFET Q2 inschakelen, zal de stroom in de richting van de pijl in de bovenstaande afbeelding stromen, waardoor de richting van de magnetische flux in de kern wordt omgekeerd. Lees hier meer over de werking van MOSFET.

Nu weten we allemaal dat een transformator werkt door veranderingen in de magnetische flux. Dus het in- en uitschakelen van beide MOSFET's, de ene omgekeerd naar de andere en dat 50 keer in een seconde doet, genereert een mooie oscillerende magnetische flux in de kern van de transformator en de veranderende magnetische flux zal een spanning induceren in de secundaire spoel zoals we kennen de wet van Faraday. En zo werkt de basisomvormer.

Omvormer IC TL494

Laten we, voordat we het circuit bouwen op basis van de TL494 PWM-controller, eens kijken hoe de PWM-controller TL494 werkt.

De TL494 IC heeft 8 functionele blokken, die hieronder worden weergegeven en beschreven.

1. 5-V referentieregelaar

De 5V interne referentieregelaaruitgang is de REF-pin, die pin-14 van de IC is. De referentieregelaar is er om een stabiele voeding te bieden voor interne schakelingen zoals de pulssturende flip-flop, oscillator, dode-tijdregelcomparator en PWM-comparator. De regelaar wordt ook gebruikt om de foutversterkers aan te sturen die verantwoordelijk zijn voor het regelen van de output.

Notitie! De referentie is intern geprogrammeerd met een initiële nauwkeurigheid van ± 5% en handhaaft stabiliteit over een ingangsspanningsbereik van 7 V tot 40 V. Voor ingangsspanningen van minder dan 7 V verzadigt de regelaar binnen 1 V van de ingang en volgt deze.

2. Oscillator

De oscillator genereert en levert een zaagtandgolf aan de dode-tijdcontroller en de PWM-comparatoren voor verschillende besturingssignalen.

De frequentie van de oscillator kan worden ingesteld door de timingcomponenten R T en C T te selecteren.

De frequentie van de oscillator kan worden berekend met de onderstaande formule

Fosc = 1 / (RT * CT)

Voor de eenvoud heb ik een spreadsheet gemaakt, waarmee je heel gemakkelijk de frequentie kunt berekenen.

Notitie! De oscillatorfrequentie is alleen gelijk aan de uitgangsfrequentie voor toepassingen met één uiteinde. Voor push-pull-toepassingen is de uitgangsfrequentie de helft van de oscillatorfrequentie.

3. Controlevergelijker voor dode tijd

De dode tijd of simpelweg uitschakeltijdregeling biedt de minimale dode tijd of uit-tijd. De uitgang van de dode-tijdvergelijker blokkeert schakeltransistors wanneer de spanning aan de ingang groter is dan de hellingsspanning van de oscillator. Het toepassen van een spanning op de DTC- pin kan extra dode tijd veroorzaken, waardoor een extra dode tijd wordt geboden van het minimum van 3% tot 100%, aangezien de ingangsspanning varieert van 0 tot 3V. In eenvoudige bewoordingen kunnen we de werkcyclus van de uitgangsgolf wijzigen zonder de foutversterkers aan te passen.

Notitie! Een interne offset van 110 mV zorgt voor een minimale dode tijd van 3% met de dode tijd stuuringang geaard.

4. Foutversterkers

Beide versterkers met hoge versterking krijgen hun voorspanning van de VI-voedingsrail. Dit maakt een common-mode ingangsspanningsbereik mogelijk van –0,3 V tot 2 V minder dan VI. Beide versterkers gedragen zich kenmerkend voor een versterker met enkelvoudige voeding, doordat elke uitgang alleen actief hoog is.

5. Output-stuuringang

De output-control input bepaalt of de output transistors parallel of push-pull werken. Door de uitgangsbesturingspen die pen-13 is aan te sluiten op aarde, worden de uitgangstransistors in parallelle werkingsmodus gezet. Maar door deze pin aan te sluiten op de 5V-REF-pin, worden de uitgangstransistors in push-pull-modus gezet.

6. Uitgangstransistors

Het IC heeft twee interne uitgangstransistors in open-collector- en open-emitter-configuraties, waarmee het een maximale stroom tot 200mA kan genereren of afvoeren.

Notitie! De transistors hebben een verzadigingsspanning van minder dan 1,3 V in de common-emitter-configuratie en minder dan 2,5 V in de emitter-follower-configuratie.

Kenmerken

Compleet PWM Power-Control-circuit
Niet-toegewezen uitgangen voor 200 mA gootsteen of bronstroom
Uitgangsregeling Selecteert enkelzijdige of push-pull bediening
Interne schakelingen verhinderen dubbele puls aan beide uitgangen
Variabele dode tijd biedt controle over het totale bereik
Interne regelaar zorgt voor een stabiele 5-V
Referentielevering met 5% tolerantie
Circuitarchitectuur maakt eenvoudige synchronisatie mogelijk

Notitie! Het grootste deel van de interne schematische en operationele beschrijving is overgenomen uit het gegevensblad en tot op zekere hoogte aangepast voor een beter begrip.

Componenten vereist

Sl. Nr	Onderdelen	Type	Aantal stuks
1	TL494	IC	1
2	IRFZ44N	Mosfet	2
3	Schroef Terminal	Schroef Terminal 5mmx2	1
4	Schroef Terminal	Schroef Terminal 5mmx3	1
5	0.1uF	Condensator	1
6	50.000, 1%	Weerstand	2
7	560R	Weerstand	2
8	10K, 1%	Weerstand	2
9	150.000, 1%	Weerstand	1
10	Beklede plaat	Generiek 50x 50 mm	1
11	PSU-koellichaam	Algemeen	1

TL494 Circuitschema omvormer

TL494CN Omvormercircuitconstructie

Voor deze demonstratie is de schakeling gebouwd op een zelfgemaakte printplaat, met behulp van de schematische en printplaat-ontwerpbestanden. Houd er rekening mee dat als er een grote belasting is aangesloten op de uitgang van de transformator, er een enorme hoeveelheid stroom door de PCB-sporen gaat en de kans bestaat dat de sporen doorbranden. Om te voorkomen dat de PCB-sporen doorbranden, heb ik enkele jumpers toegevoegd die helpen om de stroom te vergroten.

Berekeningen

Er zijn niet veel theoretische berekeningen voor dit invertercircuit met TL494. Maar er zijn enkele praktische berekeningen die we zullen doen bij het testen van het circuitgedeelte.

Om de oscillatorfrequentie te berekenen, kan de volgende formule worden gebruikt.

Fosc = 1 / (RT * CT)

Notitie! Voor de eenvoud wordt een spreadsheet gegeven waarmee u eenvoudig de oscillatorfrequentie kunt berekenen.

Testen van het TL494 PWM-omvormercircuit

Om het circuit te testen, wordt de volgende opstelling gebruikt.

12V-loodzuuraccu.
Een transformator met een 6-0-6 tap en een 12-0-12 tap
100W gloeilamp als belasting
Meco 108B + TRMS-multimeter
Meco 450B + TRMS-multimeter
Hantek 6022BE Oscilloscoop
En de Test-PCB waarop ik de oscilloscoop-sondes heb aangesloten.

MOSFET-ingang

Na het opzetten van de TL494-chip heb ik het input-PWM-signaal naar de gate van de MOSFET gemeten, zoals je kunt zien in de onderstaande afbeelding.

De uitgangsgolfvorm van de transformator zonder belasting (ik heb een andere secundaire transformator aangesloten om de uitgangsgolfvorm te meten)

Zoals je in de bovenstaande afbeelding kunt zien, trekt het systeem rond een wapping van 12,97 W zonder enige belasting.

Dus aan de hand van de bovenstaande twee afbeeldingen kunnen we heel gemakkelijk het rendement van de omvormer berekenen.

De efficiëntie is ongeveer 65%

Dat is niet slecht, maar ook niet goed.

Zoals u kunt zien, daalt de uitgangsspanning tot de helft van onze commerciële AC-netspanning.

Gelukkig bevat de transformator die ik gebruik een 6-0-6 tape, naast een 12-0-12 tape.

Dus ik dacht: waarom zou ik de 6-0-6-tape niet gebruiken om de uitgangsspanning te verhogen ?

Zoals je op de bovenstaande afbeelding kunt zien, is het stroomverbruik zonder belasting 12.536W

Nu is de uitgangsspanning van de transformator dodelijk

Voorzichtigheid! Wees extra voorzichtig bij het werken met hoge spanningen. Deze hoeveelheid spanning kan je zeker doden.

Opnieuw Input stroomverbruik wanneer een 100W lamp als belasting is aangesloten

Op dit punt waren de nietige sondes van mijn multimeter niet voldoende om door 10,23 ampère stroom te gaan, dus ik heb besloten om 1,5 m2 draad rechtstreeks in de multimeteraansluitingen te steken.

Het ingangsvermogen was 121,94 Watt

Nogmaals het uitgangsvermogen wanneer een 100W-lamp als belasting is aangesloten

Het uitgangsvermogen dat door de belasting werd verbruikt, was 80,70 W. Zoals je kunt zien gloeide de gloeilamp heel fel, daarom zette ik hem naast mijn tafel.

Dus nogmaals, als we de efficiëntie berekenen , is het ongeveer 67%

En nu blijft de vraag van een miljoen dollar

Waarom GEEN gemodificeerd blokgolf-omvormercircuit maken als een doe-het-zelf-project?

Nu je de bovenstaande resultaten hebt bekeken, moet je denken dat dit circuit goed genoeg is, toch?

Laat me je vertellen dat dit absoluut niet het geval is, omdat

Allereerst is de efficiëntie echt heel slecht.

Afhankelijk van de belasting, de uitgangsspanning, de uitgangsfrequentie, en de vorm van de golfvorm verandert als er geen feedback frequentiecompensatie en geen LC filter aan de uitgang van schone dingen.

Op dit moment kan ik de outputpieken niet meten omdat de spikes mijn oscilloscoop en de aangesloten laptop zullen doden. En laat me je vertellen dat er zeker enorme pieken zijn die worden gegenereerd door de transformator die ik ken door de Afrotechmods-video te bekijken. Dit betekent dat het aansluiten van de omvormeruitgang op de 6-0-6 V-klem de piek-tot-piekspanning van meer dan 1000 V bereikte en dat is levensbedreigend.

Denk er nu eens aan om een CFL-lamp, een telefoonoplader of een 10W-gloeilamp met deze omvormer van stroom te voorzien, deze zal onmiddellijk ontploffen.

Veel ontwerpen die ik op internet heb gevonden hebben een hoogspanningscondensator aan de uitgang als belasting, waardoor de spanningspieken worden verminderd, maar dat gaat ook niet lukken. Omdat pieken van 1000V de condensatoren onmiddellijk kunnen doorblazen. Als je hem aansluit op een laptopoplader of een SMPS-circuit, zal de metaaloxidevaristor (MOV) binnenin onmiddellijk ontploffen.

En daarmee kan ik de hele dag doorgaan met de nadelen.

Dit was de reden dat ik het bouwen van en werken met dit soort circuits niet aanbeveel, omdat het onbetrouwbaar en onbeschermd is en je voorgoed kan schaden. Hoewel we voorheen een omvormer bouwden die ook niet goed genoeg is voor praktische toepassingen. In plaats daarvan zal ik je vertellen een beetje geld uit te geven en een commerciële omvormer te kopen die heel veel beveiligingsfuncties heeft.

Verdere verbetering

De enige verbetering die aan dit circuit kan worden aangebracht, is door het volledig weg te gooien en het aan te passen met een techniek genaamd SPWM (Sine Pulse Width Modulation), en de juiste feedbackfrequentiecompensatie en kortsluitbeveiliging toe te voegen en meer. Maar dat is een onderwerp voor een ander project dat overigens binnenkort komt.

Toepassingen van TL494-omvormercircuit

Als je dit alles hebt gelezen als je aan applicaties denkt, dan zal ik je in noodgevallen vertellen dat het kan worden gebruikt om je telefoon, laptop en andere dingen op te laden.

Ik hoop dat je dit artikel leuk vond en iets nieuws hebt geleerd. Blijf lezen, blijf leren, blijf bouwen, en ik zie je in het volgende project.