Circuit inversor PwM mitjançant tl494

Un inversor és un circuit que converteix el corrent continu (CC) en corrent altern (CA). Un inversor PWM és un tipus de circuit que utilitza ones quadrades modificades per simular els efectes del corrent altern (AC), que és adequat per alimentar la majoria dels electrodomèstics. Dic la majoria, perquè generalment existeixen dos tipus d’inversors, el primer tipus és l’anomenat inversor d’ona quadrada modificada, ja que el seu nom indica que la sortida és una ona quadrada en lloc d’una ona sinusoïdal, no una ona sinusoïdal pura, de manera que, si intenteu alimentar motors de CA o TRIACS, causarà problemes diferents.

El segon tipus s’anomena inversor d’ona sinusoïdal pura. Per tant, es pot utilitzar per a tot tipus d’aparells de corrent altern sense problemes. Obteniu més informació sobre els diferents tipus d’inversors aquí.

Però, al meu entendre, no hauríeu de construir un inversor com a projecte de bricolatge. Si esteu preguntant per què ?, passeu-hi !, i en aquest projecte, construiré un circuit inverter PWM d’ona quadrada modificat senzill mitjançant l’ús del popular xip TL494 i explicaré els pros i els contres d’aquest inversor i al final, veurem per què no fer un circuit inversor d’ona quadrada modificat com a projecte de bricolatge.

AVÍS! Aquest circuit està construït i demostrat només amb finalitats educatives i no es recomana construir i utilitzar aquest tipus de circuit per a aparells comercials.

ATENCIÓ! Si esteu fent aquest tipus de circuits, tingueu molt de compte amb els pics d'alta tensió i tensió generats per la naturalesa no sinusoïdal de l'ona d'entrada.

Com funciona un inversor?

A la part superior es mostra un esquema molt bàsic del circuit inversor. Es connecta una tensió positiva al pin central del transformador, que actua com a entrada. I els altres dos pins estan connectats amb els MOSFET que actuen com a commutadors.

Ara bé, si activem el MOSFET Q1, posant una tensió al terminal de la porta el corrent fluirà en una direcció de la fletxa tal com es mostra a la imatge superior. Així, també s’induirà un flux magnètic en la direcció de la fletxa i el nucli del transformador passarà el flux magnètic a la bobina secundària i obtindrem 220V a la sortida.

Ara, si desactivem el MOSFET Q1 i activem el MOSFET Q2, el corrent fluirà en la direcció de la fletxa que es mostra a la imatge anterior, invertint així la direcció del flux magnètic al nucli. Obteniu més informació sobre el funcionament de MOSFET aquí.

Ara, tots sabem que un transformador que funciona per flux magnètic canvia. Així, en activar i desactivar els MOSFET, un invertit a un altre i fer-ho 50 vegades en un segon, es generarà un bon flux magnètic oscil·lant dins del nucli del transformador i el flux magnètic canviant induirà una tensió a la bobina secundària com ho sabem per la llei de Faraday. I és així com funciona l’inversor bàsic.

IC inversor TL494

Ara abans de construir el circuit basat en el controlador PWM TL494, aprenem com funciona el controlador PWM TL494.

El TL494 IC té 8 blocs funcionals, que es mostren i es descriuen a continuació.

1. Regulador de referència 5-V

La sortida del regulador de referència intern de 5 V és el pin REF, que és el pin-14 del CI. El regulador de referència està disponible per proporcionar un subministrament estable per a circuits interns com el xanclet de direcció d’impulsos, l’oscil·lador, el comparador de control de temps mort i el comparador PWM. El regulador també s’utilitza per accionar els amplificadors d’error que s’encarreguen de controlar la sortida.

Nota! La referència està programada internament amb una precisió inicial del ± 5% i manté l'estabilitat en un rang de tensió d'entrada de 7V a 40 V. Per a tensions d'entrada inferiors a 7 V, el regulador satura a 1 V de l'entrada i el rastreja.

2. Oscil·lador

L'oscil·lador genera i proporciona una ona de dents de serra al controlador de temps mort i als comparadors PWM per a diversos senyals de control.

La freqüència de l'oscil·lador es pot ajustar mitjançant la selecció de components de temporització R T i C T.

La freqüència de l’oscil·lador es pot calcular mitjançant la fórmula següent

Fosc = 1 / (RT * CT)

Per simplicitat, he fet un full de càlcul, mitjançant el qual podeu calcular la freqüència molt fàcilment.

Nota! La freqüència de l'oscil·lador és igual a la freqüència de sortida només per a aplicacions d'un sol extrem. Per a aplicacions push-pull, la freqüència de sortida és la meitat de la freqüència de l’oscil·lador.

3. Comparador de control en temps mort

El temps mort o per dir simplement el control fora del temps proporciona el temps mínim mort o fora del temps. La sortida del comparador de temps mort bloqueja els transistors de commutació quan la tensió a l'entrada és superior a la tensió de rampa de l'oscil·lador. L’aplicació d’un voltatge al pin DTC pot imposar temps mort addicional, proporcionant així un temps mort addicional des del seu mínim del 3% al 100%, ja que el voltatge d’entrada varia de 0 a 3V. En termes senzills, podem canviar el cicle de treball de l'ona de sortida sense modificar els amplificadors d'error.

Nota! Un desplaçament intern de 110 mV garanteix un temps mort mínim del 3% amb l’entrada de control de temps mort a terra.

4. Amplificadors d'errors

Tots dos amplificadors d'error d'alt guany reben el biaix del rail d'alimentació VI. Això permet un rang de tensió d'entrada en mode comú de –0,3 V a 2 V inferior a VI. Ambdós amplificadors es comporten característicament com un amplificador de subministrament únic, ja que cada sortida només està activa.

5. Entrada de control de sortida

L'entrada de control de sortida determina si els transistors de sortida funcionen en mode paral·lel o push-pull. En connectar el pin de control de sortida que és el pin-13 a terra, es configuren els transistors de sortida en mode de funcionament paral·lel. Però en connectar aquest pin a un pin de 5V-REF, es configuren els transistors de sortida en mode push-pull.

6. Transistors de sortida

L'IC té dos transistors de sortida interns que estan en configuracions de col·lector obert i emissor obert, mitjançant els quals pot obtenir o enfonsar un corrent màxim de fins a 200 mA.

Nota! Els transistors tenen una tensió de saturació inferior a 1,3 V a la configuració d’emissor comú i inferior a 2,5 V a la configuració emissor-seguidor.

Característiques

• Circuits de control de potència PWM complets
• Sortides no compromeses per a un corrent de font o dissipador de 200 mA
• El control de sortida selecciona l’operació de punt únic o Push-Pull
• El circuit intern prohibeix el doble impuls a qualsevol sortida
• El temps mort variable proporciona control sobre l'interval total
• El regulador intern proporciona un 5-V estable
• Subministrament de referència amb un 5% de tolerància
• L’arquitectura de circuits permet una sincronització fàcil

Nota! La majoria de l'esquema intern i la descripció de les operacions es prenen del full de dades i es modifiquen fins a cert punt per a una millor comprensió.

Components necessaris

Sl.No	Parts	Tipus	Quantitat
1	TL494	I C	1
2	IRFZ44N	Mosfet	2
3	Terminal de cargol	Terminal de cargol 5mmx2	1
4	Terminal de cargol	Terminal de cargol 5mmx3	1
5	0,1 uF	Condensador	1
6	50.000, 1%	Resistència	2
7	560R	Resistència	2
8	10.000, 1%	Resistència	2
9	150.000, 1%	Resistència	1
10	Tauler revestit	Genèric 50x 50mm	1
11	Dissipador de calor d'alimentació	Genèric	1

Esquema del circuit del convertidor TL494

Construcció del circuit d’inversors TL494CN

Per a aquesta demostració, el circuit es construeix sobre un PCB casolà, amb l'ajut dels fitxers esquemàtics i de disseny de PCB. Tingueu en compte que si es connecta una gran càrrega a la sortida del transformador, una gran quantitat de corrent fluirà a través de les traces del PCB i hi ha la possibilitat que les traces es cremin. Per tant, per evitar que es cremin les traces del PCB, he inclòs alguns ponts que ajuden a augmentar el flux de corrent.

Càlculs

No hi ha molts càlculs teòrics per a aquest circuit d’inversors que utilitzen TL494. Però hi ha alguns càlculs pràctics que farem en les proves de la secció del circuit.

Per calcular la freqüència de l’oscil·lador es pot utilitzar la següent fórmula.

Fosc = 1 / (RT * CT)

Nota! Per simplificar, es proporciona un full de càlcul pel qual podeu calcular fàcilment la freqüència de l’oscil·lador.

Prova del circuit inversor TL494 PWM

Per provar el circuit, s’utilitza la configuració següent.

1. Bateria de plom àcid de 12V.
2. Un transformador que té un toc 6-0-6 i un 12-0-12
3. Bombeta incandescent de 100W com a càrrega
4. Multímetre Meco 108B + TRMS
5. Multímetre Meco 450B + TRMS
6. Oscil·loscopi Hantek 6022BE
7. I el Test-PCB en el qual he connectat les sondes de l’oscil·loscopi.

Entrada MOSFET

Després de configurar el xip TL494, he mesurat el senyal d'entrada PWM a la porta del MOSFET, com podeu veure a la imatge següent.

La forma d'ona de sortida del transformador sense càrrega (he connectat un altre transformador secundari per mesurar la forma d'ona de sortida)

Com podeu veure a la imatge anterior, el sistema dibuixa al voltant d’un wapping 12.97W sense que hi hagi cap càrrega connectada.

Per tant, a partir de les dues imatges anteriors podem calcular fàcilment l’eficiència de l’inversor.

L'eficiència ronda el 65%

Cosa que no està malament, però tampoc no és bo.

Com podeu veure, el voltatge de sortida cau fins a la meitat de la nostra entrada comercial de xarxa elèctrica.

Per sort, el transformador que faig servir conté una gravació de 6-0-6, junt amb la gravació de 12-0-12.

Per tant, vaig pensar per què no utilitzar la gravació 6-0-6 per augmentar el voltatge de sortida.

Com podeu veure a la imatge anterior, el consum d'energia sense càrrega és de 12.536W

Ara la tensió de sortida del transformador es troba en nivells letals

Atenció! Tingueu molta precaució quan treballeu amb alta tensió. Aquesta quantitat de voltatge sens dubte us pot matar.

De nou Consum d'energia d'entrada quan es connecta una bombeta de 100W com a càrrega

En aquest moment, les sondes del meu multímetre no eren prou suficients per passar a 10,23 amp de corrent, de manera que he decidit posar 1,5 metres quadrats de fil directament als terminals del multímetre.

El consum d’energia d’entrada va ser de 121,94 watts

De nou el consum d'energia de sortida quan es connecta una bombeta de 100W com a càrrega

La potència de sortida consumida per la càrrega va ser de 80,70W. Com podeu veure, la bombeta brillava molt fort, per això la vaig posar al costat de la meva taula.

Així doncs, de nou, si calculem l’ eficiència, serà del 67%

I ara queda la pregunta del milió

Per què NO fer un circuit d’inversors d’ona quadrada modificat com a projecte de bricolatge?

Ara, després de veure els resultats anteriors, haureu de pensar que aquest circuit és prou bo, oi?

Deixeu-me dir-vos que aquest no és absolutament el cas, perquè

En primer lloc, l’ eficiència és realment molt deficient.

Depenent de la càrrega, la tensió de sortida, la freqüència de sortida, i la forma de l'ona canvis com no hi ha realimentació de compensació de freqüència i sense filtre LC a la sortida a les coses netes fins.

En aquest moment, no puc mesurar els pics de sortida perquè els pics mataran el meu oscil·loscopi i el portàtil connectat. I permeteu-me que us digui que sens dubte hi ha grans pics que el transformador genera i que conec veient el vídeo d’Afrotechmods. Això significa que connectar la sortida de l’inversor al terminal de 6-0-6 V estava assolint el voltatge de pic a pic de més de 1000V i això és potencialment mortal.

Ara, només cal pensar en encendre un llum CFL, un carregador de telèfon o una bombeta de 10W amb aquest inversor, que explotarà instantàniament.

Molts dissenys que he trobat a Internet tenen un condensador d’alta tensió a la sortida com a càrrega, cosa que redueix els pics de tensió, però tampoc funcionarà. Com que els pics de 1000 V poden fer saltar instantàniament els condensadors. Si el connecteu a un carregador de portàtils o a un circuit SMPS, el varistor d’òxid de metall (MOV) de dins explotarà instantàniament.

I amb això, puc continuar amb els contres tot el dia.

Aquesta va ser la raó per la qual no recomano construir i treballar amb aquest tipus de circuits, ja que no és fiable, no està protegit i us pot perjudicar definitivament. Tot i que anteriorment, construïm un inversor que tampoc no és prou bo per a aplicacions pràctiques. En el seu lloc, et diré que gastis una mica de diners i compris un inversor comercial que tingui moltes funcions de protecció.

Millora addicional

L'única millora que es pot fer a aquest circuit és llençar-lo completament i modificar-lo amb una tècnica anomenada SPWM (Sine Pulse Width Modulation), i afegir una compensació de freqüència de retroalimentació adequada i protecció contra curtcircuits i molt més. Però aquest és un tema per a un altre projecte que aviat arribarà.

Aplicacions del circuit inversor TL494

Després de llegir tot això si esteu pensant en aplicacions, us ho diré en cas d'emergència: es pot utilitzar per carregar el portàtil del telèfon i altres coses.

Espero que aquest article us hagi agradat i hàgiu après alguna cosa nova. Seguiu llegint, seguiu aprenent, seguiu construint i us veuré en el proper projecte.