วงจรอินเวอร์เตอร์ PWM โดยใช้ TL494

อินเวอร์เตอร์คือวงจรที่แปลง กระแสตรง (DC)เป็นกระแสสลับ (AC) อินเวอร์เตอร์ PWMเป็นประเภทของวงจรที่ใช้การปรับเปลี่ยนตารางคลื่นเพื่อจำลองผลกระทบของกระแสสลับ (AC)ซึ่งเหมาะสำหรับการเปิดมากที่สุดของเครื่องใช้ในครัวเรือนของคุณ ฉันพูดว่าส่วนใหญ่เป็นเพราะโดยทั่วไปมีอินเวอร์เตอร์สองประเภทประเภทแรกคือสิ่งที่เรียกว่าอินเวอร์เตอร์คลื่นสี่เหลี่ยมที่ได้รับการแก้ไขเนื่องจากชื่อมีความหมายว่าเอาต์พุตเป็นคลื่นสี่เหลี่ยมแทนที่จะเป็นคลื่นไซน์ไม่ใช่คลื่นไซน์บริสุทธิ์ดังนั้น หากคุณพยายามจ่ายไฟให้มอเตอร์ AC หรือ TRIACS มันจะทำให้เกิดปัญหาที่แตกต่างกัน

ประเภทที่สองเรียกว่าอินเวอร์เตอร์คลื่นไซน์บริสุทธิ์ดังนั้นจึงสามารถนำมาใช้สำหรับทุกชนิดของอุปกรณ์ไฟฟ้ากระแสสลับโดยไม่มีปัญหาเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับอินเวอร์เตอร์ประเภทต่างๆที่นี่

แต่ในความคิดของฉันที่คุณไม่ควรสร้างอินเวอร์เตอร์เป็นโครงการ DIY หากคุณถามว่าทำไม? จากนั้นขี่ตาม! และในโครงการนี้ฉันจะสร้างวงจรอินเวอร์เตอร์ PWM คลื่นสี่เหลี่ยมที่ปรับเปลี่ยนอย่างง่ายโดยใช้ชิป TL494ยอดนิยมและอธิบายข้อดีข้อเสียของอินเวอร์เตอร์ดังกล่าวและในตอนท้าย เราจะดูว่าทำไมไม่สร้างวงจรอินเวอร์เตอร์คลื่นสี่เหลี่ยมที่ดัดแปลงเป็นโครงการ DIY

คำเตือน! วงจรนี้สร้างขึ้นและสาธิตเพื่อการศึกษาเท่านั้นและไม่แนะนำอย่างยิ่งให้สร้างและใช้วงจรประเภทนี้สำหรับเครื่องใช้ในเชิงพาณิชย์

ข้อควรระวัง! หากคุณกำลังสร้างวงจรประเภทนี้โปรดระมัดระวังเป็นพิเศษเกี่ยวกับแรงดันไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้าสูงที่เกิดจากลักษณะที่ไม่ใช่ไซน์ของคลื่นอินพุต

อินเวอร์เตอร์ทำงานอย่างไร?

A ใช้วงจรพื้นฐานของวงจรอินเวอร์เตอร์จะแสดงดังกล่าวข้างต้น แรงดันไฟฟ้าบวกเชื่อมต่อกับพินกลางของหม้อแปลงซึ่งทำหน้าที่เป็นอินพุต และหมุดอีกสองตัวเชื่อมต่อกับMOSFET ซึ่งทำหน้าที่เป็นสวิตช์

ตอนนี้ถ้าเราเปิดใช้งาน MOSFET Q1โดยการใส่แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วประตูกระแสจะไหลไปในทิศทางเดียวของลูกศรดังที่แสดงในภาพด้านบน ดังนั้นฟลักซ์แม่เหล็กจะถูกเหนี่ยวนำไปตามทิศทางของลูกศรและแกนของหม้อแปลงจะส่งผ่านฟลักซ์แม่เหล็กในขดลวดทุติยภูมิและเราจะได้ 220V ที่เอาต์พุต

ตอนนี้ถ้าเราปิดการใช้งาน MOSFET Q1 และเปิดใช้งาน MOSFET Q2 กระแสจะไหลไปตามทิศทางของลูกศรที่แสดงในภาพด้านบนซึ่งจะกลับทิศทางของฟลักซ์แม่เหล็กในแกนกลาง เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการทำงานของ MOSFET ที่นี่

ตอนนี้เราทุกคนรู้แล้วว่าหม้อแปลงทำงานโดยการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็ก ดังนั้นการเปิดและปิด MOSFET ทั้งสองตัวหนึ่งกลับไปเป็นอีกตัวหนึ่งและทำเช่นนั้น 50 ครั้งในหนึ่งวินาทีจะสร้างฟลักซ์แม่เหล็กที่สั่นได้ดีภายในแกนของหม้อแปลงและฟลักซ์แม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงจะทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าในขดลวดทุติยภูมิ เรารู้ตามกฎของฟาราเดย์ และนั่นคือวิธีการทำงานของอินเวอร์เตอร์พื้นฐาน

อินเวอร์เตอร์ IC TL494

ตอนนี้ก่อนที่จะสร้างวงจรตามคอนโทรลเลอร์ TL494 PWM มาเรียนรู้ว่าคอนโทรลเลอร์ PWM TL494 ทำงานอย่างไร

TL494 IC มีบล็อกการทำงาน 8 บล็อกซึ่งแสดงและอธิบายไว้ด้านล่าง

1. ตัวควบคุมอ้างอิง 5-V

เอาต์พุตตัวควบคุมอ้างอิงภายใน 5V คือขา REF ซึ่งเป็นพิน -14 ของ IC ตัวควบคุมอ้างอิงอยู่ที่นั่นเพื่อจัดหาแหล่งจ่ายที่เสถียรสำหรับวงจรภายในเช่นฟลิปฟล็อปแบบพัลส์พวงมาลัยออสซิลเลเตอร์ตัวเปรียบเทียบการควบคุมเวลาตายและตัวเปรียบเทียบ PWM ตัวควบคุมยังใช้ในการขับเคลื่อนวงจรขยายข้อผิดพลาดซึ่งมีหน้าที่ในการควบคุมเอาต์พุต

บันทึก! การอ้างอิงถูกตั้งโปรแกรมภายในให้มีความแม่นยำเริ่มต้นที่± 5% และรักษาเสถียรภาพในช่วงแรงดันไฟฟ้าขาเข้าที่ 7V ถึง 40 V สำหรับแรงดันไฟฟ้าอินพุตน้อยกว่า 7 V ตัวควบคุมจะอิ่มตัวภายใน 1 V ของอินพุตและติดตาม

2. ออสซิลเลเตอร์

ออสซิลเลเตอร์สร้างและส่งคลื่นฟันเลื่อยไปยังตัวควบคุมเวลาตายและตัวเปรียบเทียบ PWM สำหรับสัญญาณควบคุมต่างๆ

ความถี่ของออสซิลที่สามารถตั้งค่าได้โดยการเลือกส่วนประกอบระยะเวลาR T และ C T

ความถี่ของออสซิลเลเตอร์สามารถคำนวณได้จากสูตรด้านล่าง

Fosc = 1 / (RT * CT)

เพื่อความง่ายฉันได้สร้างสเปรดชีตซึ่งคุณสามารถคำนวณความถี่ได้อย่างง่ายดาย

บันทึก! ความถี่ของออสซิลเลเตอร์เท่ากับความถี่เอาต์พุตสำหรับการใช้งานแบบ single-end เท่านั้น สำหรับการใช้งานแบบกดดึงความถี่ขาออกคือครึ่งหนึ่งของความถี่ออสซิลเลเตอร์

3. ตัวเปรียบเทียบการควบคุมเวลาตาย

เวลาตายหรือพูดง่ายๆว่าการควบคุมนอกเวลาให้เวลาตายขั้นต่ำหรือนอกเวลา เอาต์พุตของตัวเปรียบเทียบเวลาตายจะบล็อกการสลับทรานซิสเตอร์เมื่อแรงดันไฟฟ้าที่อินพุตมากกว่าแรงดันทางลาดของออสซิลเลเตอร์ การใช้แรงดันไฟฟ้ากับขาDTCสามารถกำหนดเวลาตายเพิ่มเติมได้ดังนั้นจึงให้เวลาตายเพิ่มเติมจากขั้นต่ำ 3% ถึง 100% เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าขาเข้าแตกต่างกันไปตั้งแต่ 0 ถึง 3V พูดง่ายๆก็คือเราสามารถเปลี่ยน Duty cycle ของคลื่นเอาต์พุตได้โดยไม่ต้องปรับแต่ง error amplifiers

บันทึก! ออฟเซ็ตภายใน 110 mV ช่วยให้มั่นใจได้ว่ามีเวลาตายขั้นต่ำ 3% โดยที่อินพุตควบคุมเวลาตายต่อสายดิน

4. ตัวขยายข้อผิดพลาด

แอมพลิฟายเออร์ข้อผิดพลาดอัตราขยายสูงทั้งสองได้รับอคติจากรางจ่าย VI สิ่งนี้อนุญาตให้ช่วงแรงดันไฟฟ้าอินพุตโหมดทั่วไปตั้งแต่ –0.3 V ถึง 2 V น้อยกว่า VI แอมพลิฟายเออร์ทั้งสองทำงานตามลักษณะเฉพาะของแอมพลิฟายเออร์ single-ended single-ended โดยแต่ละเอาต์พุตจะทำงานสูงเท่านั้น

5. อินพุตควบคุมเอาต์พุต

อินพุตควบคุมเอาต์พุตจะกำหนดว่าทรานซิสเตอร์เอาท์พุตทำงานในโหมดขนานหรือโหมดผลักดึง ด้วยการเชื่อมต่อขาควบคุมเอาต์พุตซึ่งเป็นพิน -13 เข้ากับกราวด์จะทำให้ทรานซิสเตอร์เอาต์พุตอยู่ในโหมดการทำงานแบบขนาน แต่ด้วยการเชื่อมต่อพินนี้กับขา 5V-REF จะทำให้ทรานซิสเตอร์เอาต์พุตอยู่ในโหมดผลักดึง

6. ทรานซิสเตอร์เอาท์พุต

IC มีทรานซิสเตอร์เอาต์พุตภายในสองตัวซึ่งอยู่ในคอนฟิกูเรชัน open-Collector และ open-emitter ซึ่งสามารถจ่ายกระแสหรือจมกระแสสูงสุดได้ถึง 200mA

บันทึก! ทรานซิสเตอร์มีแรงดันไฟฟ้าอิ่มตัวน้อยกว่า 1.3 V ในคอนฟิกูเรชันอีซีแอลทั่วไปและน้อยกว่า 2.5 V ในคอนฟิกูเรชันอีซีแอล - ตัวติดตาม

คุณสมบัติ

• วงจรควบคุมพลังงาน PWM ที่สมบูรณ์
• เอาต์พุตที่ไม่ได้กำหนดไว้สำหรับ 200-mA Sink หรือ Source Current
• การควบคุมเอาต์พุตเลือกการทำงานแบบ Single-Ended หรือ Push-Pull
• วงจรภายในห้าม Double Pulse ที่เอาต์พุตอย่างใดอย่างหนึ่ง
• Variable Dead Time ให้การควบคุมช่วงรวม
• Internal Regulator ให้ 5-V ที่เสถียร
• แหล่งอ้างอิงที่มีความอดทน 5%
• สถาปัตยกรรมวงจรช่วยให้สามารถซิงโครไนซ์ได้ง่าย

บันทึก! แผนผังภายในและคำอธิบายการดำเนินงานส่วนใหญ่นำมาจากแผ่นข้อมูลและแก้ไขบางส่วนเพื่อความเข้าใจที่ดีขึ้น

ส่วนประกอบที่จำเป็น

ส. เลขที่	อะไหล่	ประเภท	ปริมาณ
1	TL494	เข้าใจแล้ว	1
2	IRFZ44N	มอสเฟต	2
3	ขั้วเกลียว	ขั้วเกลียว 5 มม. x 2	1
4	ขั้วเกลียว	ขั้วเกลียว 5 มม. x 3	1
5	0.1 ยูเอฟ	คาปาซิเตอร์	1
6	50K, 1%	ตัวต้านทาน	2
7	560R	ตัวต้านทาน	2
8	10K, 1%	ตัวต้านทาน	2
9	150K, 1%	ตัวต้านทาน	1
10	คณะกรรมการหุ้ม	ทั่วไป 50x 50 มม	1
11	แผ่นระบายความร้อน PSU	ทั่วไป	1

TL494 วงจรอินเวอร์เตอร์แผนผัง

TL494CN การสร้างวงจรอินเวอร์เตอร์

สำหรับการสาธิตนี้วงจรถูกสร้างขึ้นบน PCB แบบโฮมเมดโดยใช้ไฟล์แผนผังและไฟล์ออกแบบ PCB โปรดทราบว่าหากโหลดขนาดใหญ่เชื่อมต่อกับเอาต์พุตของหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าจำนวนมากจะไหลผ่านร่องรอยของ PCB และมีโอกาสที่ร่องรอยจะไหม้ได้ ดังนั้นเพื่อป้องกันไม่ให้ร่องรอย PCB ไหม้ฉันได้รวมจัมเปอร์บางตัวซึ่งช่วยเพิ่มการไหลของกระแส

การคำนวณ

มีทฤษฎีการคำนวณไม่ได้หลายนี้อินเวอร์เตอร์วงจรโดยใช้ TL494 แต่มีการคำนวณเชิงปฏิบัติบางอย่างที่เราจะทำในการทดสอบส่วนวงจร

ในการคำนวณความถี่ออสซิลเลเตอร์สามารถใช้สูตรต่อไปนี้ได้

Fosc = 1 / (RT * CT)

บันทึก! เพื่อความง่ายสเปรดชีตจะได้รับซึ่งคุณสามารถคำนวณความถี่ของออสซิลเลเตอร์ได้อย่างง่ายดาย

การทดสอบวงจรอินเวอร์เตอร์ TL494 PWM

ในการทดสอบวงจรจะใช้การตั้งค่าต่อไปนี้

1. แบตเตอรี่ตะกั่วกรด 12V
2. หม้อแปลงไฟฟ้าที่มีต๊าป 6-0-6 และต๊าป 12-0-12
3. หลอดไส้ 100W เป็นโหลด
4. Meco 108B + TRMS มัลติมิเตอร์
5. มัลติมิเตอร์ Meco 450B + TRMS
6. Hantek 6022BE ออสซิลโลสโคป
7. และ Test-PCB ที่ฉันเชื่อมต่อกับโพรบออสซิลโลสโคป

อินพุต MOSFET

หลังจากตั้งค่าชิป TL494 แล้วฉันได้วัดสัญญาณ PWM อินพุตไปยังประตูของ MOSFET ดังที่คุณเห็นในภาพด้านล่าง

รูปคลื่นเอาต์พุตของหม้อแปลงที่ไม่มีโหลด (ฉันได้เชื่อมต่อหม้อแปลงรองอื่นเพื่อวัดรูปคลื่นเอาต์พุต)

ดังที่คุณเห็นในภาพด้านบนระบบจะดึงรอบ12.97Wโดยไม่ต้องโหลดใด ๆ

ดังนั้นจากสองภาพด้านบนเราสามารถคำนวณประสิทธิภาพของอินเวอร์เตอร์ได้อย่างง่ายดาย

ประสิทธิภาพอยู่ที่ประมาณ 65%

ซึ่งไม่เลว แต่ก็ไม่ดีเช่นกัน

ดังที่คุณเห็นแรงดันไฟฟ้าขาออกลดลงเหลือครึ่งหนึ่งของอินพุตไฟ AC เชิงพาณิชย์ของเรา

โชคดีที่หม้อแปลงที่ฉันใช้มีเทป 6-0-6 พร้อมกับเทป 12-0-12

ดังนั้นผมคิดว่าทำไมไม่ใช้ 6-0-6 บันทึกเทปรายการที่จะเพิ่มแรงดันเอาท์พุท

ดังที่คุณเห็นจากภาพด้านบนการใช้พลังงานโดยไม่มีโหลดคือ12.536W

ตอนนี้แรงดันขาออกของหม้อแปลงอยู่ในระดับร้ายแรง

ข้อควรระวัง! ระมัดระวังเป็นพิเศษเมื่อทำงานกับแรงดันไฟฟ้าสูง แรงดันไฟฟ้าจำนวนนี้สามารถฆ่าคุณได้อย่างแน่นอน

อีกครั้งป้อนการใช้พลังงานเมื่อเชื่อมต่อหลอดไฟ 100W เป็นโหลด

ณ จุดนี้หัววัดที่มีน้ำหนักเบาของมัลติมิเตอร์ของฉันไม่เพียงพอที่จะส่งผ่านกระแส 10.23 แอมป์ได้ดังนั้นฉันจึงตัดสินใจใส่สาย 1.5sqmm เข้ากับขั้วมัลติมิเตอร์โดยตรง

การใช้พลังงานอินพุตคือ 121.94 วัตต์

อีกครั้งการใช้พลังงานเอาท์พุตเมื่อต่อหลอดไฟ 100W เป็นโหลด

กำลังขับที่ใช้โดยโหลดคือ 80.70W อย่างที่คุณเห็นหลอดไฟส่องสว่างมากนั่นคือสาเหตุที่ฉันวางไว้ข้างโต๊ะ

ถ้าเราคำนวณประสิทธิภาพอีกครั้งก็ประมาณ 67%

และตอนนี้คำถามล้านดอลลาร์ยังคงอยู่

ทำไมไม่สร้างวงจรอินเวอร์เตอร์คลื่นสี่เหลี่ยมที่ดัดแปลงเป็นโครงการ DIY?

หลังจากดูผลลัพธ์ข้างต้นคุณต้องคิดว่าวงจรนี้ดีพอใช่มั้ย?

ให้ฉันบอกคุณว่านี่ไม่ใช่กรณีอย่างแน่นอนเพราะ

ประการแรกประสิทธิภาพแย่มากจริงๆ

ขึ้นอยู่กับการโหลดแรงดัน outputที่ความถี่เอาท์พุทและรูปร่างของคลื่นการเปลี่ยนแปลงที่ไม่มีการตอบรับการชดเชยความถี่และไม่มี LC กรองที่ส่งออกไปยังสิ่งที่สะอาดขึ้น

ตอนนี้ผมไม่สามารถที่จะวัดแหลมเอาท์พุทเพราะแทบจะฆ่าสโคปของฉันและแล็ปท็อปที่เชื่อมต่อและให้ฉันบอกคุณว่ามี spikes ขนาดใหญ่ที่สร้างขึ้นโดยหม้อแปลงซึ่งฉันรู้จากการดูวิดีโอ Afrotechmods ที่นี้หมายถึงการเชื่อมต่อการส่งออกอินเวอร์เตอร์เพื่อ 6-0-6 V ขั้วถูกถึงจุดสูงสุดที่จะเป็นแรงดันยอดกว่า1000V และที่เป็นอันตรายถึงชีวิต

ตอนนี้แค่คิดถึงการเปิดหลอดไฟ CFLที่ชาร์จโทรศัพท์หรือหลอดไฟ 10Wด้วยอินเวอร์เตอร์นี้มันก็จะระเบิดทันที

การออกแบบจำนวนมากที่ฉันพบบนอินเทอร์เน็ตมีตัวเก็บประจุแรงดันสูงที่เอาต์พุตเป็นโหลดซึ่งจะช่วยลดแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น แต่ก็ไม่ได้ผลเช่นกัน เนื่องจากความสูงของ 1000V สามารถระเบิดตัวเก็บประจุได้ทันที หากคุณเชื่อมต่อกับเครื่องชาร์จแล็ปท็อปหรือวงจร SMPS Metal-Oxide Varistor (MOV) ที่อยู่ภายในจะระเบิดทันที

และด้วยเหตุนี้ฉันจึงสามารถทำข้อเสียได้ตลอดทั้งวัน

นี่เป็นเหตุผลที่ฉันไม่แนะนำให้สร้างและทำงานกับวงจรประเภทนี้เนื่องจากไม่น่าเชื่อถือไม่มีการป้องกันและอาจเป็นอันตรายต่อคุณได้ แม้ว่าก่อนหน้านี้เราจะสร้างอินเวอร์เตอร์ที่ยังไม่ดีพอสำหรับการใช้งานจริง แต่ฉันจะบอกให้คุณใช้จ่ายเงินเล็กน้อยและซื้ออินเวอร์เตอร์เชิงพาณิชย์ที่มีคุณสมบัติการป้องกันมากมาย

การปรับปรุงเพิ่มเติม

การเพิ่มประสิทธิภาพเดียวที่สามารถทำได้กับวงจรนี้คือการทิ้งมันไปโดยสิ้นเชิงและแก้ไขด้วยเทคนิคที่เรียกว่าSPWM (Sine Pulse Width Modulation)และเพิ่มการชดเชยความถี่ป้อนกลับที่เหมาะสมและการป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรและอื่น ๆ แต่นั่นเป็นเรื่องของโครงการอื่นที่กำลังจะมาถึงในเร็ว ๆ นี้

การประยุกต์ใช้วงจรอินเวอร์เตอร์ TL494

หลังจากอ่านทั้งหมดนี้หากคุณกำลังคิดเกี่ยวกับแอปพลิเคชันฉันจะบอกคุณในกรณีฉุกเฉินสามารถใช้เพื่อชาร์จแล็ปท็อปโทรศัพท์ของคุณและสิ่งอื่น ๆ

ฉันหวังว่าคุณจะชอบบทความนี้และเรียนรู้สิ่งใหม่ ๆ อ่านต่อไปเรียนรู้สร้างต่อไปแล้วพบกันใหม่ในโครงการหน้า