- Come funziona un inverter?
- Inverter IC TL494
- Componenti richiesti
- Schema del circuito dell'inverter TL494
- Costruzione del circuito inverter TL494CN
- Calcoli
- Test del circuito inverter PWM TL494
- Ingresso MOSFET
- Perché NON realizzare un circuito inverter a onda quadra modificato come progetto fai-da-te?
- Ulteriore miglioramento
- Applicazioni del circuito inverter TL494
Un inverter è un circuito che converte la corrente continua (CC) in corrente alternata (CA). Un inverter PWM è un tipo di circuito che utilizza onde quadre modificate per simulare gli effetti della corrente alternata (CA), adatta per alimentare la maggior parte dei tuoi elettrodomestici. Dico soprattutto perché generalmente esistono due tipi di inverter, il primo tipo è il cosiddetto inverter a onda quadra modificato, poiché il nome implica che l'uscita è un'onda quadra piuttosto che un'onda sinusoidale, non un'onda sinusoidale pura quindi, se si tenta di alimentare motori CA o TRIAC, ciò causerà problemi diversi.
Il secondo tipo è chiamato inverter a onda sinusoidale pura. Quindi può essere utilizzato per tutti i tipi di apparecchi AC senza problemi. Ulteriori informazioni sui diversi tipi di inverter qui.
Ma secondo me, non dovresti costruire un inverter come progetto fai-da-te. Se ti stai chiedendo perché ?, allora cavalca !, e in questo progetto, costruirò un semplice circuito inverter PWM a onda quadra modificato utilizzando il popolare chip TL494 e spiegherò i pro ei contro di tali inverter e alla fine, vedremo perché non realizzare un circuito inverter ad onda quadra modificato come progetto fai da te.
AVVERTIMENTO! Questo circuito è costruito e dimostrato solo a scopo didattico e non è assolutamente consigliato costruire e utilizzare questo tipo di circuito per apparecchi commerciali.
ATTENZIONE! Se stai realizzando questo tipo di circuito, fai molta attenzione all'alta tensione e ai picchi di tensione generati dalla natura non sinusoidale dell'onda di ingresso.
Come funziona un inverter?
Uno schema molto semplice del circuito dell'inverter è mostrato sopra. Una tensione positiva è collegata al pin centrale del trasformatore, che funge da ingresso. E gli altri due pin sono collegati ai MOSFET che agiscono come interruttori.
Ora se abilitiamo il MOSFET Q1, mettendo una tensione al terminale del gate la corrente scorrerà in una direzione della freccia come mostrato nell'immagine sopra. Quindi un flusso magnetico sarà anche indotto nella direzione della freccia e il nucleo del trasformatore passerà il flusso magnetico nella bobina secondaria, e otterremo 220V in uscita.
Ora, se disabilitiamo il MOSFET Q1 e abilitiamo il MOSFET Q2, la corrente scorrerà nella direzione della freccia mostrata nell'immagine sopra, invertendo così la direzione del flusso magnetico nel nucleo. Scopri di più sul funzionamento del MOSFET qui.
Ora, sappiamo tutti che un trasformatore funziona per cambiamenti di flusso magnetico. Quindi, accendere e spegnere entrambi i MOSFET, uno invertito e farlo 50 volte in un secondo, genererà un bel flusso magnetico oscillante all'interno del nucleo del trasformatore e il flusso magnetico variabile indurrà una tensione nella bobina secondaria come sappiamo dalla legge di Faraday. Ed è così che funziona l'inverter di base.
Inverter IC TL494
Ora, prima di costruire il circuito basato sul controller PWM TL494, impariamo come funziona il controller PWM TL494.
L'IC TL494 ha 8 blocchi funzionali, che sono mostrati e descritti di seguito.
1. Regolatore di riferimento a 5 V
L'uscita del regolatore di riferimento interno a 5 V è il pin REF, che è il pin 14 dell'IC. Il regolatore di riferimento è lì per fornire un'alimentazione stabile per i circuiti interni come il flip-flop a impulsi, l'oscillatore, il comparatore di controllo del tempo morto e il comparatore PWM. Il regolatore viene utilizzato anche per pilotare gli amplificatori di errore che sono responsabili del controllo dell'uscita.
Nota! Il riferimento è programmato internamente con una precisione iniziale di ± 5% e mantiene la stabilità su un intervallo di tensione di ingresso compreso tra 7 V e 40 V. Per tensioni di ingresso inferiori a 7 V, il regolatore si satura entro 1 V dall'ingresso e lo segue.
2. Oscillatore
L'oscillatore genera e fornisce un'onda a dente di sega al controller del tempo morto e ai comparatori PWM per vari segnali di controllo.
La frequenza dell'oscillatore può essere regolata selezionando componenti di temporizzazione R T e C T.
La frequenza dell'oscillatore può essere calcolata con la formula seguente
Fosc = 1 / (RT * CT)
Per semplicità, ho creato un foglio di calcolo, con il quale puoi calcolare la frequenza molto facilmente.
Nota! La frequenza dell'oscillatore è uguale alla frequenza di uscita solo per applicazioni single-ended. Per le applicazioni push-pull, la frequenza di uscita è la metà della frequenza dell'oscillatore.
3. Comparatore di controllo dei tempi morti
Il tempo morto o semplicemente il controllo del tempo di spegnimento fornisce il tempo morto o il tempo di spegnimento minimo. L'uscita del comparatore del tempo morto blocca la commutazione dei transistor quando la tensione in ingresso è maggiore della tensione di rampa dell'oscillatore. L'applicazione di una tensione al pin DTC può imporre un tempo morto aggiuntivo, fornendo così un tempo morto aggiuntivo dal suo minimo del 3% al 100% poiché la tensione di ingresso varia da 0 a 3V. In termini semplici, possiamo cambiare il ciclo di lavoro dell'onda di uscita senza modificare gli amplificatori di errore.
Nota! Un offset interno di 110 mV garantisce un tempo morto minimo del 3% con l'ingresso di controllo del tempo morto collegato a terra.
4. Amplificatori di errore
Entrambi gli amplificatori di errore ad alto guadagno ricevono il bias dalla barra di alimentazione VI. Ciò consente un intervallo di tensione di ingresso di modo comune da –0,3 V a 2 V inferiore a VI. Entrambi gli amplificatori si comportano in modo caratteristico di un amplificatore single-ended ad alimentazione singola, in quanto ogni uscita è attiva solo in alto.
5. Ingresso controllo uscita
L'ingresso di controllo dell'uscita determina se i transistor di uscita funzionano in modalità parallela o push-pull. Collegando il pin di controllo dell'uscita che è il pin-13 a massa, i transistor di uscita vengono impostati in modalità di funzionamento in parallelo. Ma collegando questo pin al pin 5V-REF si impostano i transistor di uscita in modalità push-pull.
6. Transistor di uscita
L'IC ha due transistor di uscita interni che sono in configurazioni open-collector e open-emitter, grazie ai quali può generare o assorbire una corrente massima fino a 200mA.
Nota! I transistor hanno una tensione di saturazione inferiore a 1,3 V nella configurazione emettitore comune e inferiore a 2,5 V nella configurazione inseguitore emettitore.
Caratteristiche
- Circuito di controllo dell'alimentazione PWM completo
- Uscite non commesse per corrente sink o source da 200 mA
- Il controllo dell'uscita seleziona il funzionamento Single-Ended o Push-Pull
- I circuiti interni proibiscono il doppio impulso su entrambe le uscite
- Il tempo morto variabile fornisce il controllo sull'intervallo totale
- Il regolatore interno fornisce un 5-V stabile
- Fornitura di riferimento con tolleranza del 5%
- L'architettura del circuito consente una facile sincronizzazione
Nota! La maggior parte degli schemi interni e della descrizione delle operazioni sono presi dalla scheda tecnica e modificati in una certa misura per una migliore comprensione.
Componenti richiesti
Sl.No |
Parti |
genere |
Quantità |
1 |
TL494 |
CIRCUITO INTEGRATO |
1 |
2 |
IRFZ44N |
Mosfet |
2 |
3 |
Terminale a vite |
Terminale a vite 5mmx2 |
1 |
4 |
Terminale a vite |
Terminale a vite 5mmx3 |
1 |
5 |
0.1uF |
Condensatore |
1 |
6 |
50.000, 1% |
Resistore |
2 |
7 |
560R |
Resistore |
2 |
8 |
10.000, 1% |
Resistore |
2 |
9 |
150.000, 1% |
Resistore |
1 |
10 |
Bordo rivestito |
Generico 50 x 50 mm |
1 |
11 |
Dissipatore di calore PSU |
Generico |
1 |
Schema del circuito dell'inverter TL494
Costruzione del circuito inverter TL494CN
Per questa dimostrazione, il circuito è costruito su un PCB fatto in casa, con l'aiuto degli schemi e dei file di progettazione PCB. Si noti che se un grande carico è collegato all'uscita del trasformatore, un'enorme quantità di corrente fluirà attraverso le tracce del PCB e c'è la possibilità che le tracce si brucino. Quindi, per evitare che le tracce del PCB si brucino, ho incluso alcuni jumper che aiutano ad aumentare il flusso di corrente.
Calcoli
Non ci sono molti calcoli teorici per questo circuito inverter utilizzando TL494. Ma ci sono alcuni calcoli pratici che faremo nel test della sezione del circuito.
Per calcolare la frequenza dell'oscillatore è possibile utilizzare la seguente formula.
Fosc = 1 / (RT * CT)
Nota! Per semplicità, viene fornito un foglio di calcolo dal quale è possibile calcolare facilmente la frequenza dell'oscillatore.
Test del circuito inverter PWM TL494
Per testare il circuito, viene utilizzata la seguente configurazione.
- Batteria piombo-acido 12V.
- Un trasformatore che ha una presa 6-0-6 e una presa 12-0-12
- Lampadina ad incandescenza da 100W come carico
- Multimetro Meco 108B + TRMS
- Multimetro Meco 450B + TRMS
- Oscilloscopio Hantek 6022BE
- E il Test-PCB in cui ho collegato le sonde dell'oscilloscopio.
Ingresso MOSFET
Dopo aver impostato il chip TL494, ho misurato il segnale PWM in ingresso al gate del MOSFET, come puoi vedere nell'immagine qui sotto.
La forma d'onda di uscita del trasformatore senza carico (ho collegato un altro trasformatore secondario per misurare la forma d'onda di uscita)
Come puoi vedere nell'immagine sopra, il sistema disegna intorno a 12,97 W wapping senza alcun carico collegato.
Quindi dalle due immagini sopra, possiamo facilmente calcolare l'efficienza dell'inverter molto facilmente.
L'efficienza è intorno al 65%
Che non è male, ma non è nemmeno buono.
Quindi, come puoi vedere, la tensione di uscita scende alla metà del nostro ingresso di rete CA commerciale.
Fortunatamente il trasformatore che sto usando contiene un nastro 6-0-6, insieme a un nastro 12-0-12.
Quindi, ho pensato perché non utilizzare il nastro 6-0-6 per aumentare la tensione di uscita.
Come puoi vedere dall'immagine sopra, il consumo energetico senza carico è di 12,536W
Ora la tensione di uscita del trasformatore è a livelli letali
Attenzione! Sii particolarmente cauto quando lavori con tensioni elevate. Questa quantità di tensione può sicuramente ucciderti.
Anche in questo caso Consumo energetico in ingresso quando una lampadina da 100 W è collegata come carico
A questo punto, le piccole sonde del mio multimetro non erano sufficienti per passare attraverso 10,23 Amp di corrente, quindi ho deciso di inserire 1,5 mmq di filo direttamente nei terminali del multimetro.
Il consumo di potenza in ingresso era di 121,94 Watt
Anche in questo caso il consumo di potenza in uscita quando una lampadina da 100 W è collegata come carico
La potenza in uscita consumata dal carico era di 80,70 W. Come puoi vedere la lampadina brillava molto intensamente, ecco perché l'ho messa accanto al mio tavolo.
Quindi di nuovo se calcoliamo l' efficienza, è intorno al 67%
E ora rimane la domanda da un milione di dollari
Perché NON realizzare un circuito inverter a onda quadra modificato come progetto fai-da-te?
Ora, dopo aver visto i risultati di cui sopra, stai pensando che questo circuito è abbastanza buono, giusto?
Lascia che ti dica che non è assolutamente così perché
Prima di tutto, l' efficienza è davvero molto scarsa.
A seconda del carico, la tensione di uscita, la frequenza di uscita e la forma dell'onda cambiano poiché non vi è alcuna compensazione della frequenza di feedback e nessun filtro LC in uscita per ripulire le cose.
In questo momento, non sono in grado di misurare i picchi di uscita perché i picchi uccideranno il mio oscilloscopio e il laptop collegato. E lascia che ti dica che ci sono certamente enormi picchi generati dal trasformatore che conosco guardando il video di Afrotechmods. Ciò significa che il collegamento dell'uscita dell'inverter al terminale 6-0-6 V stava raggiungendo la tensione da picco a picco di oltre 1000 V e questo è pericoloso per la vita.
Ora, pensa solo ad accendere una lampada CFL, un caricatore del telefono o una lampadina da 10 W con questo inverter, esploderà all'istante.
Molti progetti che ho trovato su Internet hanno un condensatore ad alta tensione in uscita come carico, che riduce i picchi di tensione, ma anche questo non funzionerà. Poiché picchi di 1000 V possono far saltare istantaneamente i condensatori. Se lo colleghi a un caricatore per laptop oa un circuito SMPS, il varistore a ossido di metallo (MOV) all'interno esploderà all'istante.
E con questo, posso andare avanti e avanti con i contro tutto il giorno.
Questo è il motivo per cui non consiglio di costruire e lavorare con questi tipi di circuiti in quanto non sono affidabili, non protetti e possono danneggiarti per sempre. Sebbene in precedenza, costruiamo un inverter che non è abbastanza buono per applicazioni pratiche. Invece, ti dirò di spendere un po 'di soldi e acquistare un inverter commerciale che ha un sacco di funzioni di protezione.
Ulteriore miglioramento
L'unico miglioramento che può essere apportato a questo circuito è di buttarlo via completamente e modificarlo con una tecnica chiamata SPWM (Sine Pulse Width Modulation) e aggiungere un'adeguata compensazione della frequenza di feedback e protezione da cortocircuito e altro ancora. Ma questo è un argomento per un altro progetto che arriverà presto tra l'altro.
Applicazioni del circuito inverter TL494
Dopo aver letto tutto questo se stai pensando alle applicazioni, ti dirò in caso di emergenza, può essere utilizzato per caricare il laptop del telefono e altre cose.
Spero che questo articolo ti sia piaciuto e abbia imparato qualcosa di nuovo. Continua a leggere, continua ad imparare, continua a costruire e ci vediamo nel prossimo progetto.