Κύκλωμα μετατροπέα Pwm χρησιμοποιώντας tl494

Ένας μετατροπέας είναι ένα κύκλωμα που μετατρέπει το συνεχές ρεύμα (DC) σε εναλλασσόμενο ρεύμα (AC). Ένας μετατροπέας PWM είναι ένας τύπος κυκλώματος που χρησιμοποιεί τροποποιημένα τετραγωνικά κύματα για να προσομοιώσει τα εφέ εναλλασσόμενου ρεύματος (AC), το οποίο είναι κατάλληλο για την τροφοδοσία των περισσότερων οικιακών συσκευών. Λέω κυρίως επειδή υπάρχουν γενικά δύο τύποι μετατροπέων, ο πρώτος τύπος είναι ο λεγόμενος μετατροπέας τετραγωνικών κυμάτων, καθώς το όνομα υποδηλώνει ότι η έξοδος είναι ένα τετραγωνικό κύμα παρά ένα ημιτονοειδές κύμα, όχι ένα καθαρό ημιτονοειδές κύμα, έτσι, εάν προσπαθείτε να τροφοδοτήσετε κινητήρες AC ή TRIACS, θα προκαλέσει διαφορετικά προβλήματα.

Ο δεύτερος τύπος ονομάζεται μετατροπέας καθαρού ημιτονοειδούς κύματος. Έτσι μπορεί να χρησιμοποιηθεί για όλα τα είδη συσκευών AC χωρίς πρόβλημα. Μάθετε περισσότερα για τους διαφορετικούς τύπους μετατροπέα εδώ.

Κατά τη γνώμη μου, δεν πρέπει να δημιουργήσετε έναν μετατροπέα ως έργο DIY. Εάν ρωτάτε γιατί;, τότε προχωρήστε !, και σε αυτό το έργο, θα φτιάξω ένα απλό τροποποιημένο κύκλωμα PWM τετραγωνικών κυμάτων χρησιμοποιώντας το δημοφιλές τσιπ TL494 και θα εξηγήσω τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα αυτών των μετατροπέων και στο τέλος, θα δούμε γιατί να μην κάνουμε ένα τροποποιημένο κύκλωμα μετατροπέα τετραγωνικών κυμάτων ως έργο DIY.

ΠΡΟΕΙΔΟΠΟΙΗΣΗ! Αυτό το κύκλωμα έχει κατασκευαστεί και επιδειχθεί μόνο για εκπαιδευτικούς σκοπούς και δεν συνιστάται απολύτως η κατασκευή και χρήση αυτού του τύπου κυκλώματος για εμπορικές συσκευές.

ΠΡΟΣΟΧΗ! Εάν κάνετε αυτόν τον τύπο κυκλώματος, προσέξτε ιδιαίτερα για τις αιχμές υψηλής τάσης και τάσης που δημιουργούνται από τη μη ημιτονοειδή φύση του κύματος εισόδου.

Πώς λειτουργεί ένας μετατροπέας;

Ένα πολύ βασικό σχήμα του κυκλώματος μετατροπέα φαίνεται παραπάνω. Μια θετική τάση συνδέεται με τον μεσαίο πείρο του μετασχηματιστή, ο οποίος ενεργεί ως είσοδος. Και οι δύο άλλες ακίδες συνδέονται με τα MOSFET που λειτουργούν ως διακόπτες.

Τώρα αν ενεργοποιήσουμε το MOSFET Q1, βάζοντας μια τάση στον ακροδέκτη της πύλης, το ρεύμα θα ρέει προς μία κατεύθυνση του βέλους όπως φαίνεται στην παραπάνω εικόνα. Έτσι, μια μαγνητική ροή θα προκαλείται επίσης προς την κατεύθυνση του βέλους και ο πυρήνας του μετασχηματιστή θα περάσει τη μαγνητική ροή στο δευτερεύον πηνίο και θα έχουμε 220V στην έξοδο.

Τώρα, αν απενεργοποιήσουμε το MOSFET Q1 και ενεργοποιήσουμε το MOSFET Q2, το ρεύμα θα ρέει προς την κατεύθυνση του βέλους που φαίνεται στην παραπάνω εικόνα, αντιστρέφοντας έτσι την κατεύθυνση της μαγνητικής ροής στον πυρήνα. Μάθετε περισσότερα για τη λειτουργία του MOSFET εδώ.

Τώρα, όλοι γνωρίζουμε ότι ένας μετασχηματιστής λειτουργεί με μαγνητική ροή αλλάζει. Έτσι, ενεργοποιώντας και απενεργοποιώντας και τα δύο MOSFET, το ένα ανεστραμμένο στο άλλο και το κάνουμε αυτό 50 φορές το δευτερόλεπτο, θα δημιουργήσει μια ωραία ταλαντωμένη μαγνητική ροή μέσα στον πυρήνα του μετασχηματιστή και η μεταβαλλόμενη μαγνητική ροή θα προκαλέσει τάση στο δευτερεύον πηνίο ως ξέρουμε από το νόμο του faraday. Και έτσι λειτουργεί ο βασικός μετατροπέας.

Μετατροπέας IC TL494

Τώρα πρίν χτίζουμε το κύκλωμα με βάση τον ελεγκτή TL494 PWM, ας μάθουμε πώς λειτουργεί ο ελεγκτής PWM TL494.

Το TL494 IC διαθέτει 8 λειτουργικά μπλοκ, τα οποία φαίνονται και περιγράφονται παρακάτω.

1. Ρυθμιστής αναφοράς 5-V

Η έξοδος του εσωτερικού ρυθμιστή αναφοράς 5V είναι ο πείρος REF, ο οποίος είναι ο πείρος-14 του IC. Ο ρυθμιστής αναφοράς υπάρχει για να παρέχει μια σταθερή τροφοδοσία για εσωτερικά κυκλώματα, όπως το flip-flop, το ταλαντωτή, το συγκριτικό ελέγχου νεκρού χρόνου και το συγκριτικό PWM. Ο ρυθμιστής χρησιμοποιείται επίσης για την οδήγηση των ενισχυτών σφάλματος που είναι υπεύθυνοι για τον έλεγχο της εξόδου.

Σημείωση! Η αναφορά έχει προγραμματιστεί εσωτερικά με αρχική ακρίβεια ± 5% και διατηρεί σταθερότητα σε εύρος τάσης εισόδου από 7V έως 40 V. Για τάσεις εισόδου μικρότερες από 7 V, ο ρυθμιστής διαποτίζει εντός 1 V από την είσοδο και την παρακολουθεί.

2. Ταλαντωτής

Ο ταλαντωτής παράγει και παρέχει ένα πριονωτό κύμα στον ελεγκτή νεκρού χρόνου και στους συγκριτές PWM για διάφορα σήματα ελέγχου.

Η συχνότητα του ταλαντωτή μπορεί να ρυθμιστεί με την επιλογή συστατικών χρονισμού R Τ και C Τ.

Η συχνότητα του ταλαντωτή μπορεί να υπολογιστεί με τον παρακάτω τύπο

Fosc = 1 / (RT * CT)

Για απλότητα, έχω δημιουργήσει ένα υπολογιστικό φύλλο, με το οποίο μπορείτε να υπολογίσετε τη συχνότητα πολύ εύκολα.

Σημείωση! Η συχνότητα ταλαντωτή είναι ίση με τη συχνότητα εξόδου μόνο για εφαρμογές με ένα άκρο. Για εφαρμογές push-pull, η συχνότητα εξόδου είναι το ήμισυ της συχνότητας ταλαντωτή.

3. Σύγκριση ελέγχου νεκρού χρόνου

Ο νεκρός χρόνος ή απλά ο έλεγχος εκτός χρόνου παρέχει τον ελάχιστο χρόνο νεκρού ή εκτός χρόνου. Η έξοδος του συγκριτή νεκρού χρόνου εμποδίζει την αλλαγή τρανζίστορ όταν η τάση στην είσοδο είναι μεγαλύτερη από την τάση ράμπας του ταλαντωτή. Η εφαρμογή τάσης στον ακροδέκτη DTC μπορεί να επιβάλει επιπλέον χρόνο νεκρού, παρέχοντας έτσι επιπλέον χρόνο νεκρού από το ελάχιστο 3% έως 100% καθώς η τάση εισόδου κυμαίνεται από 0 έως 3V. Με απλά λόγια, μπορούμε να αλλάξουμε τον κύκλο λειτουργίας του κύματος εξόδου χωρίς να τροποποιήσουμε τους ενισχυτές σφάλματος.

Σημείωση! Μια εσωτερική μετατόπιση 110 mV εξασφαλίζει έναν ελάχιστο χρόνο νεκρού 3% με τη γείωση γειωμένη.

4. Ενισχυτές σφαλμάτων

Και οι δύο ενισχυτές σφάλματος υψηλού κέρδους λαμβάνουν τη μεροληψία τους από τη ράγα τροφοδοσίας VI. Αυτό επιτρέπει ένα εύρος τάσης εισόδου κοινής λειτουργίας από –0,3 V έως 2 V μικρότερο από VI. Και οι δύο ενισχυτές συμπεριφέρονται χαρακτηριστικά ενός ενισχυτή μονής τροφοδοσίας με ένα άκρο, καθώς κάθε έξοδος είναι ενεργή μόνο υψηλή.

5. Είσοδος-Έλεγχος Εξόδου

Η είσοδος ελέγχου εξόδου καθορίζει εάν τα τρανζίστορ εξόδου λειτουργούν σε παράλληλη λειτουργία ή σε λειτουργία push-pull. Συνδέοντας τον πείρο ελέγχου εξόδου που είναι ο πείρος-13 στη γείωση ρυθμίζει τα τρανζίστορ εξόδου σε παράλληλη λειτουργία. Αλλά συνδέοντας αυτόν τον πείρο με τον πείρο 5V-REF ρυθμίζει τα τρανζίστορ εξόδου σε λειτουργία push-pull.

6. Τρανζίστορ εξόδου

Το IC διαθέτει δύο εσωτερικά τρανζίστορ εξόδου τα οποία είναι σε διαμορφώσεις ανοιχτού συλλέκτη και ανοιχτού πομπού, με τις οποίες μπορεί να δημιουργήσει ή να βυθίσει ένα μέγιστο ρεύμα έως 200mA.

Σημείωση! Τα τρανζίστορ έχουν τάση κορεσμού μικρότερη από 1,3 V στη διαμόρφωση common-emitter και μικρότερη από 2,5 V στη διαμόρφωση emitter-follower.

Χαρακτηριστικά

• Πλήρες κύκλωμα ελέγχου ισχύος PWM
• Μη δεσμευμένες έξοδοι για νεροχύτη 200 mA ή ρεύμα πηγής
• Έλεγχος εξόδου επιλέγει τη λειτουργία ενός άκρου ή ώθησης
• Το εσωτερικό κύκλωμα απαγορεύει το διπλό παλμό και στις δύο εξόδους
• Ο μεταβλητός χρόνος νεκρού παρέχει έλεγχο του συνολικού εύρους
• Ο εσωτερικός ρυθμιστής παρέχει ένα σταθερό 5-V
• Παροχή αναφοράς με ανοχή 5%
• Η αρχιτεκτονική κυκλώματος επιτρέπει τον εύκολο συγχρονισμό

Σημείωση! Το μεγαλύτερο μέρος της εσωτερικής περιγραφής σχηματικών και λειτουργιών προέρχεται από το φύλλο δεδομένων και τροποποιείται σε κάποιο βαθμό για καλύτερη κατανόηση.

Απαιτούμενα στοιχεία

Sl. Όχι	Ανταλλακτικά	Τύπος	Ποσότητα
1	TL494	IC	1
2	IRFZ44N	Mosfet	2
3	Ακροδέκτης βίδας	Ακροδέκτης βίδας 5mmx2	1
4	Ακροδέκτης βίδας	Ακροδέκτης βίδας 5mmx3	1
5	0.1uF	Πυκνωτής	1
6	50K, 1%	Αντίσταση	2
7	560R	Αντίσταση	2
8	10Κ, 1%	Αντίσταση	2
9	150Κ, 1%	Αντίσταση	1
10	Ντυμένοι πίνακες	Γενικό 50x50mm	1
11	Ψυγείο PSU	Γενικός	1

Σχηματικό κύκλωμα μετατροπέα TL494

Κατασκευή κυκλώματος μετατροπέα TL494CN

Για αυτήν την επίδειξη, το κύκλωμα κατασκευάζεται σε ένα σπιτικό PCB, με τη βοήθεια των σχηματικών αρχείων και των αρχείων σχεδίασης PCB. Λάβετε υπόψη ότι εάν ένα μεγάλο φορτίο είναι συνδεδεμένο με την έξοδο του μετασχηματιστή, μια μεγάλη ποσότητα ρεύματος θα ρέει μέσα από τα ίχνη PCB και υπάρχει πιθανότητα τα ίχνη να καούν. Γι 'αυτό, για να αποτρέψω την καύση των ιχνών PCB, έχω συμπεριλάβει μερικούς άλτες που βοηθούν στην αύξηση της ροής ρεύματος.

Υπολογισμοί

Δεν υπάρχουν πολλοί θεωρητικοί υπολογισμοί για αυτό το κύκλωμα μετατροπέα χρησιμοποιώντας το TL494. Αλλά υπάρχουν μερικοί πρακτικοί υπολογισμοί που θα κάνουμε στη δοκιμή του τμήματος κυκλώματος.

Για τον υπολογισμό της συχνότητας ταλαντωτή μπορεί να χρησιμοποιηθεί ο ακόλουθος τύπος.

Fosc = 1 / (RT * CT)

Σημείωση! Για απλότητα, δίνεται ένα υπολογιστικό φύλλο με το οποίο μπορείτε εύκολα να υπολογίσετε τη συχνότητα του ταλαντωτή.

Δοκιμή του κυκλώματος μετατροπέα TL494 PWM

Για να ελέγξετε το κύκλωμα, χρησιμοποιείται η ακόλουθη ρύθμιση.

1. Μπαταρία μολύβδου-οξέος 12V.
2. Ένας μετασχηματιστής με βρύση 6-0-6 και βρύση 12-0-12
3. 100W λαμπτήρας πυρακτώσεως ως φορτίο
4. Πολύμετρο Meco 108B + TRMS
5. Πολύμετρο Meco 450B + TRMS
6. Hantek 6022BE παλμογράφος
7. Και το Test-PCB στο οποίο έχω συνδέσει τους ανιχνευτές παλμογράφου.

Είσοδος MOSFET

Μετά τη ρύθμιση του τσιπ TL494, μέτρησα το σήμα εισόδου PWM στην πύλη του MOSFET, όπως μπορείτε να δείτε στην παρακάτω εικόνα.

Η κυματομορφή εξόδου του μετασχηματιστή χωρίς φορτίο (έχω συνδέσει έναν άλλο δευτερεύοντα μετασχηματιστή για τη μέτρηση της κυματομορφής εξόδου)

Όπως μπορείτε να δείτε στην παραπάνω εικόνα, το σύστημα περιστρέφεται γύρω από ένα wapping 12.97W χωρίς συνδεδεμένο φορτίο.

Έτσι, από τις δύο παραπάνω εικόνες, μπορούμε εύκολα να υπολογίσουμε την απόδοση του μετατροπέα πολύ εύκολα.

Η απόδοση είναι περίπου 65%

Ποιο δεν είναι κακό, αλλά επίσης δεν είναι καλό.

Έτσι, όπως μπορείτε να δείτε, η τάση εξόδου μειώνεται στο ήμισυ της εισόδου του εμπορικού μας AC.

Ευτυχώς ο μετασχηματιστής που χρησιμοποιώ περιέχει μια ταινία 6-0-6, παράλληλα με την εγγραφή 12-0-12.

Έτσι, σκέφτηκα γιατί να μην χρησιμοποιήσω το 6-0-6 για να αυξήσω την τάση εξόδου.

Όπως μπορείτε να δείτε από την παραπάνω εικόνα, η κατανάλωση ισχύος χωρίς φορτίο είναι 12.536W

Τώρα η τάση εξόδου του μετασχηματιστή είναι σε θανατηφόρα επίπεδα

Προσοχή! Να είστε ιδιαίτερα προσεκτικοί όταν εργάζεστε με υψηλές τάσεις. Αυτό το ποσό τάσης σίγουρα μπορεί να σας σκοτώσει.

Και πάλι Εισαγωγή κατανάλωσης ισχύος όταν ένας λαμπτήρας 100W είναι συνδεδεμένος ως φορτίο

Σε αυτό το σημείο, οι ακροδέκτες του πολύμετρου μου δεν ήταν αρκετοί για να περάσουν από 10,23Amps ρεύματος, οπότε αποφάσισα να βάλω καλώδιο 1,5sqmm απευθείας στους ακροδέκτες του πολύμετρου.

Η κατανάλωση ισχύος εισόδου ήταν 121,94 Watt

Και πάλι, η κατανάλωση ισχύος εξόδου όταν ένας λαμπτήρας 100W συνδέεται ως φορτίο

Η ισχύς εξόδου που καταναλώνεται από το φορτίο ήταν 80,70 W. Όπως μπορείτε να δείτε η λάμπα λάμπει πολύ έντονα, γι 'αυτό το έβαλα δίπλα στο τραπέζι μου.

Και πάλι, αν υπολογίσουμε την απόδοση, είναι περίπου 67%

Και τώρα παραμένει το ζήτημα των εκατομμυρίων δολαρίων

Γιατί ΔΕΝ κάνετε ένα τροποποιημένο κύκλωμα μετατροπέα τετραγωνικών κυμάτων ως έργο DIY;

Τώρα, αφού δείτε τα παραπάνω αποτελέσματα, πρέπει να σκεφτείτε ότι αυτό το κύκλωμα είναι αρκετά καλό, σωστά;

Επιτρέψτε μου να σας πω ότι αυτό δεν ισχύει καθόλου γιατί

Πρώτα απ 'όλα, η απόδοση είναι πραγματικά πολύ κακή.

Ανάλογα με το φορτίο, η τάση εξόδου, η συχνότητα εξόδου και το σχήμα του κύματος αλλάζουν καθώς δεν υπάρχει αντιστάθμιση συχνότητας ανάδρασης και κανένα φίλτρο LC στην έξοδο για καθαρισμό των πραγμάτων.

Αυτή τη στιγμή, δεν μπορώ να μετρήσω τις αιχμές εξόδου, επειδή οι αιχμές θα σκοτώσουν τον παλμογράφο μου και το συνδεδεμένο φορητό υπολογιστή. Και επιτρέψτε μου να σας πω ότι σίγουρα υπάρχουν τεράστιες αιχμές που δημιουργούνται από τον μετασχηματιστή που γνωρίζω παρακολουθώντας το βίντεο Afrotechmods. Αυτό σημαίνει ότι η σύνδεση της εξόδου μετατροπέα με τον ακροδέκτη 6-0-6 V έφτασε στην κορυφή με την τάση κορυφής άνω των 1000V και αυτό είναι απειλητικό για τη ζωή.

Τώρα, απλώς σκεφτείτε να ενεργοποιήσετε μια λάμπα CFL, έναν φορτιστή τηλεφώνου ή μια λάμπα 10W με αυτόν τον μετατροπέα, θα ανατινάξει αμέσως.

Πολλά σχέδια που έχω βρει στο Διαδίκτυο έχουν έναν πυκνωτή υψηλής τάσης στην έξοδο ως φορτίο, το οποίο μειώνει τις αιχμές τάσης, αλλά αυτό επίσης δεν θα λειτουργήσει. Καθώς οι ακίδες των 1000V μπορούν να φυσήξουν αμέσως τους πυκνωτές. Εάν το συνδέσετε σε φορτιστή φορητού υπολογιστή ή σε κύκλωμα SMPS, το Metal-Oxide Varistor (MOV) στο εσωτερικό θα εκραγεί αμέσως.

Και με αυτό, μπορώ να συνεχίσω με τα μειονεκτήματα όλη την ημέρα.

Αυτός ήταν ο λόγος που δεν προτείνω να κατασκευάζω και να δουλεύω με αυτούς τους τύπους κυκλωμάτων, καθώς είναι αναξιόπιστο, μη προστατευμένο και μπορεί να σας βλάψει για πάντα. Αν και προηγουμένως, κατασκευάζουμε έναν μετατροπέα που επίσης δεν είναι αρκετά καλός για πρακτικές εφαρμογές. Αντ 'αυτού, θα σας πω να ξοδέψετε λίγα χρήματα και να αγοράσετε έναν εμπορικό μετατροπέα που έχει έναν τόνο χαρακτηριστικών προστασίας.

Περαιτέρω βελτίωση

Η μόνη βελτίωση που μπορεί να γίνει σε αυτό το κύκλωμα είναι να το πετάξει εντελώς και να το τροποποιήσει με μια τεχνική που ονομάζεται SPWM (Sine Pulse Width Modulation) και να προσθέσετε κατάλληλη αντιστάθμιση συχνότητας ανάδρασης και προστασία βραχυκυκλώματος και πολλά άλλα. Αλλά αυτό είναι ένα θέμα για ένα άλλο έργο που έρχεται σύντομα παρεμπιπτόντως.

Εφαρμογές του κυκλώματος μετατροπέα TL494

Αφού διαβάσετε όλα αυτά εάν σκέφτεστε για εφαρμογές, τότε θα σας πω σε καταστάσεις έκτακτης ανάγκης, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη φόρτιση του φορητού υπολογιστή του τηλεφώνου σας και άλλων πραγμάτων.

Ελπίζω να σας άρεσε αυτό το άρθρο και να μάθετε κάτι νέο. Συνεχίστε να διαβάζετε, συνεχίζετε να μαθαίνετε, συνεχίστε να χτίζετε και θα σας δω στο επόμενο έργο.