- Kako deluje pretvornik?
- Pretvornik IC TL494
- Potrebne komponente
- Shema vezja pretvornika TL494
- Konstrukcija vezja pretvornika TL494CN
- Izračuni
- Preizkušanje vezja pretvornika PLM TL494
- MOSFET vhod
- Zakaj NE narediti spremenjenega vezja pretvornika kvadratnih valov kot projekt DIY?
- Nadaljnje izboljšanje
- Uporaba pretvorniškega vezja TL494
Pretvornik je vezje, ki pretvori enosmerni tok (enosmerni tok) v izmenični tok (izmenični tok). PWM inverter je vrsta vezje, ki uporablja spremenjeni kvadratnih valov za simulacijo učinkov izmenični tok (AC), ki je primeren za napajanje večino vaših gospodinjskih aparatov. Pravim večina, ker na splošno obstajata dve vrsti pretvornikov, prva vrsta je tako imenovani spremenjeni pretvornik kvadratnih valov, saj ime pomeni, da je izhod kvadratni val in ne sinusni val, ne čisti sinusni val, zato, če poskusite napajati AC motorje ali TRIACS, bo to povzročilo različne težave.
Drugi tip se imenuje čisti sinusni pretvornik. Tako se lahko uporablja za vse vrste AC naprav brez problema. Več o različnih vrstah pretvornika preberite tukaj.
Ampak po mojem mnenju ne bi smeli graditi pretvornika kot DIY projekt. Če sprašujete, zakaj ?, potem se peljite !, in v tem projektu bom z uporabo priljubljenega čipa TL494 zgradil preprosto spremenjeno vezje pretvornika PWM s kvadratnim valom in na koncu razložil prednosti in slabosti takšnih pretvornikov. videli bomo, zakaj ne bi naredili modificiranega vezja pretvornika kvadratnih valov kot projekt DIY.
OPOZORILO! To vezje je zgrajeno in predstavljeno samo v izobraževalne namene, zato ni priporočljivo graditi in uporabljati te vrste vezij za komercialne naprave.
POZOR! Če izdelujete to vrsto vezja, bodite previdni pri visokonapetostnih in napetostnih konicah, ki jih povzroča nesinusoidna narava vhodnega vala.
Kako deluje pretvornik?
Zgoraj je prikazana zelo osnovna shema vezja pretvornika. Pozitivna napetost je priključena na srednji zatič transformatorja, ki deluje kot vhod. Druga dva zatiča sta povezana z MOSFET-i, ki delujejo kot stikala.
Zdaj, če omogočimo MOSFET Q1, bo tok dal na napetostni priključek napetost tok v eno smer puščice, kot je prikazano na zgornji sliki. Tako bo magnetni tok induciran tudi v smeri puščice in jedro transformatorja bo prešlo magnetni tok v sekundarni tuljavi in na izhodu bomo dobili 220V.
Če zdaj onemogočimo MOSFET Q1 in omogočimo MOSFET Q2, bo tok tekel v smeri puščice, prikazane na zgornji sliki, s čimer se bo smer magnetnega pretoka v jedru obrnila. Več o delovanju MOSFET-a preberite tukaj.
Zdaj vsi vemo, da se transformator spreminja z magnetnim tokom. Torej, če vklopite in izklopite oba MOSFET-a, enega obrnjenega v drugega in to storite 50-krat v sekundi, bo znotraj jedra transformatorja ustvarjen prijeten nihajni magnetni tok in spreminjajoči se magnetni tok bo povzročil napetost v sekundarni tuljavi kot vemo po Faradejevem zakonu. In tako deluje osnovni pretvornik.
Pretvornik IC TL494
Zdaj, preden zgradimo vezje na osnovi krmilnika PWM TL494, se naučimo, kako deluje krmilnik PWM TL494.
IC TL494 ima 8 funkcionalnih blokov, ki so prikazani in opisani spodaj.
1. 5-V referenčni regulator
Izhod 5V notranjega referenčnega regulatorja je zatič REF, ki je pin-14 IC. Referenčni regulator je na voljo za zagotavljanje stabilne oskrbe z notranjimi vezji, kot so natikači za krmiljenje impulzov, oscilator, primerjalnik za nadzor mrtvih časov in primerjalnik PWM. Regulator se uporablja tudi za pogon ojačevalnikov napak, ki so odgovorni za nadzor izhoda.
Opomba! Referenca je interno programirana na začetno natančnost ± 5% in ohranja stabilnost v območju vhodne napetosti od 7V do 40 V. Za vhodne napetosti manj kot 7 V regulator nasiči znotraj 1 V vhoda in mu sledi.
2. Oscilator
Oscilator generira in zagotavlja žagast val krmilniku mrtvih časov in primerjalnikom PWM za različne krmilne signale.
Frekvenca oscilatorja je mogoče nastaviti z izbiro komponent časovne sta T in C T.
Frekvenco oscilatorja lahko izračunamo po spodnji formuli
Fosc = 1 / (RT * CT)
Za poenostavitev sem naredil preglednico, s pomočjo katere lahko zelo enostavno izračunate frekvenco.
Opomba! Frekvenca oscilatorja je enaka izhodni frekvenci samo za aplikacije z enim koncem. Za potisne aplikacije je izhodna frekvenca polovica frekvence oscilatorja.
3. Primerjalnik za nadzor mrtvih časov
Mrtvi čas ali preprosto rečeno nadzor nad časom zagotavlja minimalni čas mrtvega časa ali odsotnosti. Izhod primerjalnika mrtvih časov blokira preklopne tranzistorje, kadar je napetost na vhodu večja od napetosti rampe oscilatorja. Uporaba napetosti na zatiču DTC lahko povzroči dodatni mrtvi čas, s čimer se zagotovi dodatni mrtvi čas od najmanj 3% do 100%, saj se vhodna napetost spreminja od 0 do 3V. Preprosto povedano, lahko spremenimo delovni cikel izhodnega vala, ne da bi prilagodili ojačevalnike napak.
Opomba! Notranji odmik 110 mV zagotavlja najmanj 3% mrtvega časa z ozemljitvijo krmilnega vhoda mrtvega časa.
4. Ojačevalniki napak
Oba ojačevalnika z visokimi ojačitvami dobita pristranskost z napajalne tirnice VI. To omogoča območje vhoda skupnega načina v območju od –0,3 V do 2 V manj kot VI. Oba ojačevalnika sta značilna za enosmerni ojačevalnik z enim koncem, saj je vsak izhod aktiven samo visoko.
5. Izhodno-krmilni vhod
Vhod za nadzor izhoda določa, ali izhodni tranzistorji delujejo vzporedno ali vlečno. S priključitvijo izhodnega krmilnega zatiča, ki je pin-13, na ozemljitev nastavi izhodne tranzistorje v vzporednem načinu delovanja. Toda s priključitvijo tega zatiča na zatič 5V-REF izhodne tranzistorje nastavi v način push-pull.
6. Izhodni tranzistorji
IC ima dva notranja izhodna tranzistorja, ki sta v konfiguraciji z odprtim kolektorjem in odprtim oddajnikom, s pomočjo katerih lahko napaja ali uvaja največji tok do 200 mA.
Opomba! Tranzistorji imajo nasičeno napetost manj kot 1,3 V v konfiguraciji skupnega oddajnika in manj kot 2,5 V v konfiguraciji oddajnik-sledilnik.
Lastnosti
- Popolno vezje za nadzor moči PWM
- Neomejeni izhodi za 200 mA umivalnika ali toka vira
- Izhodni nadzor izbere enojno ali potisno delovanje
- Notranje vezje prepoveduje dvojni impulz na katerem koli izhodu
- Spremenljiv mrtvi čas zagotavlja nadzor nad celotnim dometom
- Notranji regulator zagotavlja stabilno napetost 5 V
- Referenčna dobava s 5% toleranco
- Arhitektura vezja omogoča enostavno sinhronizacijo
Opomba! Večina notranjega shematskega in operacijskega opisa je vzeta iz podatkovnega lista in je do neke mere spremenjena za boljše razumevanje.
Potrebne komponente
Sl.Št. |
Deli |
Tip |
Količina |
1. |
TL494 |
IC |
1. |
2. |
IRFZ44N |
Mosfet |
2. |
3. |
Vijačni priključek |
Vijačni priključek 5mmx2 |
1. |
4. |
Vijačni priključek |
Vijačni priključek 5mmx3 |
1. |
5. |
0,1uF |
Kondenzator |
1. |
6. |
50K, 1% |
Upor |
2. |
7. |
560R |
Upor |
2. |
8. |
10K, 1% |
Upor |
2. |
9. |
150K, 1% |
Upor |
1. |
10. |
Oblečena deska |
Splošno 50x 50mm |
1. |
11. |
Hladilnik PSU |
Splošno |
1. |
Shema vezja pretvornika TL494
Konstrukcija vezja pretvornika TL494CN
Za to predstavitev je vezje zgrajeno na domačem tiskanem vezju s pomočjo shematskih datotek in datotek za načrtovanje tiskanih vezij. Upoštevajte, da če je na izhod transformatorja priključena velika obremenitev, bo skozi sledi PCB tekla velika količina toka in obstaja verjetnost, da bodo sledi izgorele. Da bi preprečili izgorevanje sledi PCB, sem vključil nekaj mostičkov, ki pomagajo povečati trenutni pretok.
Izračuni
Za to pretvorniško vezje z uporabo TL494 ni veliko teoretičnih izračunov. Obstaja pa nekaj praktičnih izračunov, ki jih bomo izvedli pri testiranju odseka vezja.
Za izračun frekvence oscilatorja lahko uporabimo naslednjo formulo.
Fosc = 1 / (RT * CT)
Opomba! Zaradi enostavnosti je podana preglednica , s katero lahko enostavno izračunate frekvenco oscilatorja.
Preizkušanje vezja pretvornika PLM TL494
Za preizkus vezja se uporablja naslednja nastavitev.
- 12V svinčeno-kislinska baterija.
- Transformator s pipo 6-0-6 in 12-0-12 pipo
- 100W žarnica z žarilno nitko kot obremenitev
- Meco 108B + TRMS multimeter
- Meco 450B + TRMS multimeter
- Hantek 6022BE osciloskop
- In testni PCB, v katerega sem priključil sonde osciloskopa.
MOSFET vhod
Po nastavitvi čipa TL494 sem izmeril vhodni signal PWM na vrata MOSFET-a, kot lahko vidite na spodnji sliki.
Izhodna valovna oblika transformatorja brez obremenitve (priključil sem še en sekundarni transformator za merjenje izhodne valovne oblike)
Kot lahko vidite na zgornji sliki, sistem pritegne okrog 12,97 W, brez obremenitve.
Torej iz zgornjih dveh slik lahko zelo enostavno izračunamo učinkovitost pretvornika.
Učinkovitost je približno 65%
Kar sicer ni slabo, a tudi ni dobro.
Kot lahko vidite, izhodna napetost pade na polovico vrednosti našega komercialnega omrežnega vhoda.
Na srečo transformator, ki ga uporabljam, vsebuje trak 6-0-6, poleg traku 12-0-12.
Torej, pomislil sem, zakaj ne bi uporabil traku 6-0-6 za povečanje izhodne napetosti.
Kot lahko vidite iz zgornje slike, poraba energije brez obremenitve znaša 12,536W
Zdaj je izhodna napetost transformatorja v smrtni ravni
Pozor! Bodite previdni pri delu z visoko napetostjo. Taka napetost vas zagotovo lahko ubije.
Ponovno Poraba vhodne energije, ko je 100W žarnica priključena kot obremenitev
V tem trenutku majhne sonde mojega multimetra niso bile dovolj za prehod skozi 10,23 Amp toka, zato sem se odločil, da vstavim 1,5 kvadratnih metrov žice neposredno v terminale multimeterja.
Vhodna poraba energije je bila 121,94 vatov
Spet izhodna poraba energije, ko je 100W žarnica priključena kot obremenitev
Izhodna moč, ki jo porabi obremenitev, je bila 80,70 W. Kot lahko vidite, je žarnica svetila zelo močno, zato sem jo postavila poleg mize.
Torej, če izračunamo učinkovitost, je približno 67%
In zdaj ostaja vprašanje za milijon dolarjev
Zakaj NE narediti spremenjenega vezja pretvornika kvadratnih valov kot projekt DIY?
Po ogledu zgornjih rezultatov verjetno mislite, da je to vezje dovolj dobro, kajne?
Naj vam povem, da to sploh ni tako, ker
Prvič, učinkovitost je res zelo slaba.
Glede na obremenitev se spremeni izhodna napetost, izhodna frekvenca in oblika vala, saj ni izravnalne kompenzacije frekvence in LC filtra na izhodu za čiščenje stvari.
Trenutno ne morem izmeriti izhodnih konic, ker bodo konice ubile moj osciloskop in priključen prenosni računalnik. In naj vam povem, da transformator, ki ga poznam ob ogledu videa Afrotechmods, zagotovo ustvarja ogromne konice. To pomeni, da je priključitev izhoda pretvornika na priključek 6-0-6 V dosegla najvišjo do najvišjo napetost nad 1000V, kar je življenjsko nevarno.
Zdaj samo pomislite , ali bi s tem pretvornikom vklopili svetilko CFL, polnilnik za telefon ali 10W žarnico, ki bo takoj razstrelila.
Številni modeli, ki sem jih našel v internetu, imajo na izhodu visokonapetostni kondenzator kot obremenitev, ki zmanjšuje napetostne skoke, vendar to tudi ne bo delovalo. Konice kondenzatorjev lahko takoj razpihajo 1000V. Če ga priključite na polnilnik za prenosni računalnik ali vezje SMPS, bo varilnik kovinskih oksidov (MOV) takoj razstrelil.
In s tem lahko ves dan nadaljujem z minusi.
To je bil razlog, da ne priporočam gradnje in dela s tovrstnimi vezji, saj je nezanesljivo, nezaščiteno in vam lahko dobro škoduje. Čeprav prej izdelujemo pretvornik, ki prav tako ni dovolj dober za praktično uporabo. Namesto tega vam bom rekel, da zapravite nekaj denarja in kupite komercialni pretvornik s tono zaščitnih lastnosti.
Nadaljnje izboljšanje
Edina izboljšava, ki jo lahko naredite na tem vezju, je, da ga popolnoma zavržete in spremenite s tehniko, imenovano SPWM (modulacija širine sinusnega impulza), ter dodate ustrezno kompenzacijo frekvenc povratnih informacij in zaščito pred kratkim stikom in še več. Toda to je tema drugega projekta, ki bo kmalu na sporedu.
Uporaba pretvorniškega vezja TL494
Po branju vsega tega, če razmišljate o aplikacijah, vam bom v nujnih primerih povedal, da ga lahko uporabite za polnjenje prenosnika in drugih stvari.
Upam, da vam je bil ta članek všeč in ste se naučili kaj novega. Nadaljujte z branjem, učite se, gradite in se vidimo v naslednjem projektu.