Pwm Wechselrichterschaltung mit tl494

Ein Wechselrichter ist eine Schaltung, die Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC) umwandelt. Ein PWM-Wechselrichter ist eine Art Schaltung, die modifizierte Rechteckwellen verwendet, um die Auswirkungen von Wechselstrom (AC) zu simulieren, der für die Stromversorgung der meisten Ihrer Haushaltsgeräte geeignet ist. Ich sage das meiste - weil es im Allgemeinen zwei Arten von Wechselrichtern gibt, ist der erste Typ der sogenannte modifizierte Rechteckwellenwechselrichter, da der Name impliziert, dass der Ausgang eher eine Rechteckwelle als eine Sinuswelle ist, also keine reine Sinuswelle Wenn Sie versuchen, Wechselstrommotoren oder TRIACS mit Strom zu versorgen, treten verschiedene Probleme auf.

Der zweite Typ wird als reiner Sinuswechselrichter bezeichnet. So kann es problemlos für alle Arten von Wechselstromgeräten verwendet werden. Erfahren Sie hier mehr über verschiedene Wechselrichtertypen.

Aber meiner Meinung nach sollten Sie einen Wechselrichter nicht als DIY-Projekt bauen. Wenn Sie sich fragen, warum?, Dann fahren Sie mit!, Und in diesem Projekt werde ich eine einfache modifizierte Rechteckwellen-PWM-Wechselrichterschaltung unter Verwendung des beliebten TL494-Chips bauen und am Ende die Vor- und Nachteile solcher Wechselrichter erläutern. Wir werden sehen, warum wir nicht eine modifizierte Rechteck-Wechselrichterschaltung als DIY-Projekt herstellen sollten.

WARNUNG! Diese Schaltung wurde nur zu Bildungszwecken gebaut und demonstriert, und es wird absolut nicht empfohlen, diese Art von Schaltung für gewerbliche Geräte zu bauen und zu verwenden.

VORSICHT! Wenn Sie diese Art von Schaltung herstellen, achten Sie besonders auf Hochspannungen und Spannungsspitzen, die durch die nicht sinusförmige Natur der Eingangswelle erzeugt werden.

Wie funktioniert ein Wechselrichter?

Ein sehr grundlegendes Schema der Wechselrichterschaltung ist oben gezeigt. Eine positive Spannung wird an den mittleren Pin des Transformators angeschlossen, der als Eingang dient. Die beiden anderen Pins sind mit den MOSFETs verbunden, die als Schalter fungieren.

Wenn wir nun den MOSFET Q1 aktivieren, fließt der Strom durch Anlegen einer Spannung an den Gate-Anschluss in eine Pfeilrichtung, wie in der Abbildung oben gezeigt. Somit wird auch ein magnetischer Fluss in Pfeilrichtung induziert und der Kern des Transformators lässt den magnetischen Fluss in der Sekundärspule durch und wir erhalten 220 V am Ausgang.

Wenn wir nun den MOSFET Q1 deaktivieren und den MOSFET Q2 aktivieren, fließt der Strom in Richtung des im obigen Bild gezeigten Pfeils, wodurch die Richtung des Magnetflusses im Kern umgekehrt wird. Erfahren Sie hier mehr über die Arbeitsweise von MOSFET.

Jetzt wissen wir alle, dass ein Transformator durch Änderungen des Magnetflusses arbeitet. Wenn Sie also beide MOSFETs ein- und ausschalten, invertiert und 50 Mal in einer Sekunde, wird ein schöner oszillierender Magnetfluss im Kern des Transformators erzeugt, und der sich ändernde Magnetfluss induziert eine Spannung in der Sekundärspule als Wir wissen es nach dem Faradayschen Gesetz. Und so funktioniert der Basiswechselrichter.

Wechselrichter-IC TL494

Bevor wir die Schaltung basierend auf dem PWM-Controller TL494 erstellen, lernen wir zunächst, wie der PWM-Controller TL494 funktioniert.

Der TL494-IC verfügt über 8 Funktionsblöcke, die im Folgenden gezeigt und beschrieben werden.

1. 5-V-Referenzregler

Der interne 5-V-Referenzreglerausgang ist der REF-Pin, der Pin-14 des IC ist. Der Referenzregler dient dazu, eine stabile Versorgung für interne Schaltkreise wie das Impulslenk-Flipflop, den Oszillator, den Totzeitregelkomparator und den PWM-Komparator bereitzustellen. Der Regler wird auch verwendet, um die Fehlerverstärker anzusteuern, die für die Steuerung des Ausgangs verantwortlich sind.

Hinweis! Die Referenz ist intern auf eine Anfangsgenauigkeit von ± 5% programmiert und behält die Stabilität über einen Eingangsspannungsbereich von 7 V bis 40 V bei. Bei Eingangsspannungen von weniger als 7 V sättigt sich der Regler innerhalb von 1 V des Eingangs und verfolgt ihn.

2. Oszillator

Der Oszillator erzeugt und liefert eine Sägezahnwelle an den Totzeitregler und die PWM-Komparatoren für verschiedene Steuersignale.

Die Frequenz des Oszillators kann durch Auswahl der Zeitsteuerungskomponenten R T und C T eingestellt werden.

Die Frequenz des Oszillators kann nach der folgenden Formel berechnet werden

Fosc = 1 / (RT * CT)

Der Einfachheit halber habe ich eine Tabelle erstellt, mit der Sie die Häufigkeit sehr einfach berechnen können.

Hinweis! Die Oszillatorfrequenz entspricht nur für Single-Ended-Anwendungen der Ausgangsfrequenz. Bei Push-Pull-Anwendungen beträgt die Ausgangsfrequenz die Hälfte der Oszillatorfrequenz.

3. Totzeitkontrollkomparator

Die Totzeit oder einfach gesagt die Ausschaltzeitsteuerung liefert die minimale Totzeit oder Ausschaltzeit. Der Ausgang des Totzeitkomparators blockiert Schalttransistoren, wenn die Spannung am Eingang größer als die Rampenspannung des Oszillators ist. Das Anlegen einer Spannung an den DTC- Pin kann eine zusätzliche Totzeit verursachen, wodurch eine zusätzliche Totzeit von mindestens 3% bis 100% bereitgestellt wird, wenn die Eingangsspannung von 0 bis 3 V variiert. In einfachen Worten können wir den Arbeitszyklus der Ausgangswelle ändern, ohne die Fehlerverstärker zu optimieren.

Hinweis! Ein interner Offset von 110 mV gewährleistet eine minimale Totzeit von 3% bei geerdetem Totzeitsteuereingang.

4. Fehlerverstärker

Beide Fehlerverstärker mit hoher Verstärkung erhalten ihre Vorspannung von der VI-Versorgungsschiene. Dies ermöglicht einen Gleichtakt-Eingangsspannungsbereich von –0,3 V bis 2 V unter VI. Beide Verstärker verhalten sich charakteristisch für einen Single-Ended-Single-Supply-Verstärker, da jeder Ausgang nur aktiv hoch ist.

5. Output-Control-Eingang

Der Ausgangssteuereingang bestimmt, ob die Ausgangstransistoren parallel oder im Gegentaktmodus arbeiten. Durch Verbinden des Ausgangssteuerpins, der Pin-13 ist, mit Masse werden die Ausgangstransistoren in den Parallelbetriebsmodus versetzt. Durch Verbinden dieses Pins mit dem 5V-REF-Pin werden die Ausgangstransistoren jedoch in den Push-Pull-Modus versetzt.

6. Ausgangstransistoren

Der IC verfügt über zwei interne Ausgangstransistoren in Open-Collector- und Open-Emitter-Konfiguration, mit denen er einen maximalen Strom von bis zu 200 mA liefern oder aufnehmen kann.

Hinweis! Die Transistoren haben in der Common-Emitter-Konfiguration eine Sättigungsspannung von weniger als 1,3 V und in der Emitter-Follower-Konfiguration weniger als 2,5 V.

Eigenschaften

• Komplette PWM-Leistungssteuerungsschaltung
• Nicht festgeschriebene Ausgänge für 200-mA-Sink- oder Quellstrom
• Ausgangssteuerung Wählt Single-Ended- oder Push-Pull-Betrieb aus
• Interne Schaltkreise verhindern Doppelimpulse an beiden Ausgängen
• Die variable Totzeit bietet Kontrolle über die Gesamtreichweite
• Interner Regler liefert eine stabile 5-V
• Referenzversorgung mit 5% Toleranz
• Schaltungsarchitektur ermöglicht einfache Synchronisation

Hinweis! Der größte Teil der internen Schaltplan- und Betriebsbeschreibung stammt aus dem Datenblatt und wurde zum besseren Verständnis in gewissem Umfang geändert.

Erforderliche Komponenten

Sl. Nein	Teile	Art	Menge
1	TL494	IC	1
2	IRFZ44N	Mosfet	2
3	Schraubklemme	Schraubklemme 5mmx2	1
4	Schraubklemme	Schraubklemme 5mmx3	1
5	0,1 uF	Kondensator	1
6	50.000, 1%	Widerstand	2
7	560R	Widerstand	2
8	10 K, 1%	Widerstand	2
9	150 K, 1%	Widerstand	1
10	Clad Board	Generisches 50x 50mm	1
11	Netzteil Kühlkörper	Generisch	1

Schaltplan des Wechselrichters TL494

Aufbau des Wechselrichterschaltkreises TL494CN

Für diese Demonstration wird die Schaltung mit Hilfe der Schaltplan- und Leiterplattenentwurfsdateien auf einer selbstgemachten Leiterplatte aufgebaut. Bitte beachten Sie, dass, wenn eine große Last an den Ausgang des Transformators angeschlossen ist, eine große Menge Strom durch die Leiterplattenspuren fließt und die Spuren möglicherweise durchbrennen. Um zu verhindern, dass die Leiterplattenspuren durchbrennen, habe ich einige Jumper hinzugefügt, die dazu beitragen, den Stromfluss zu erhöhen.

Berechnungen

Es gibt nicht viele theoretische Berechnungen für diese Wechselrichterschaltung mit TL494. Es gibt jedoch einige praktische Berechnungen, die wir beim Testen des Schaltungsabschnitts durchführen werden.

Zur Berechnung der Oszillatorfrequenz kann die folgende Formel verwendet werden.

Fosc = 1 / (RT * CT)

Hinweis! Der Einfachheit halber wird eine Tabelle angegeben, mit der Sie die Oszillatorfrequenz leicht berechnen können.

Testen der PWM-Wechselrichterschaltung TL494

Zum Testen der Schaltung wird das folgende Setup verwendet.

1. 12V Blei-Säure-Batterie.
2. Ein Transformator mit einem 6-0-6-Abgriff und einem 12-0-12-Abgriff
3. 100W Glühlampe als Last
4. Meco 108B + TRMS Multimeter
5. Meco 450B + TRMS Multimeter
6. Hantek 6022BE Oszilloskop
7. Und die Testplatine, in die ich die Oszilloskopsonden angeschlossen habe.

MOSFET-Eingang

Nach dem Einrichten des TL494-Chips habe ich das PWM-Eingangssignal am Gate des MOSFET gemessen, wie Sie in der Abbildung unten sehen können.

Die Ausgangswellenform des Transformators ohne Last (ich habe einen anderen Sekundärtransformator angeschlossen, um die Ausgangswellenform zu messen)

Wie Sie im obigen Bild sehen können, verbraucht das System 12,97 W ohne Last.

Aus den beiden obigen Bildern können wir den Wirkungsgrad des Wechselrichters sehr einfach berechnen.

Der Wirkungsgrad liegt bei 65%

Was nicht schlecht ist, aber es ist auch nicht gut.

Wie Sie sehen können, fällt die Ausgangsspannung auf die Hälfte unseres kommerziellen Wechselstromnetzes ab.

Glücklicherweise enthält der von mir verwendete Transformator neben dem 12-0-12-Taping ein 6-0-6-Taping.

Also dachte ich mir, warum nicht das 6-0-6-Taping verwenden, um die Ausgangsspannung zu erhöhen.

Wie Sie auf dem obigen Bild sehen können, beträgt der Stromverbrauch ohne Last 12,536 W.

Jetzt ist die Ausgangsspannung des Transformators tödlich

Vorsicht! Seien Sie besonders vorsichtig, wenn Sie mit hohen Spannungen arbeiten. Diese Menge an Spannung kann Sie sicherlich töten.

Wiederaufnahme des Stromverbrauchs, wenn eine 100-W-Lampe als Last angeschlossen ist

Zu diesem Zeitpunkt reichten die mickrigen Sonden meines Multimeters nicht aus, um 10,23 Ampere Strom durchzulassen, daher habe ich beschlossen, 1,5 Quadratmeter Draht direkt in die Multimeteranschlüsse zu stecken.

Der Eingangsleistungsverbrauch betrug 121,94 Watt

Wieder der Ausgangsleistungsverbrauch, wenn eine 100W Lampe als Last angeschlossen ist

Die von der Last verbrauchte Ausgangsleistung betrug 80,70 W. Wie Sie sehen, leuchtete die Glühbirne sehr hell, deshalb stellte ich sie neben meinen Tisch.

Wenn wir also den Wirkungsgrad berechnen , sind es ungefähr 67%

Und jetzt bleibt die Millionen-Dollar-Frage

Warum nicht eine modifizierte Rechteck-Wechselrichterschaltung als DIY-Projekt herstellen?

Nachdem Sie sich die obigen Ergebnisse angesehen haben, müssen Sie denken, dass diese Schaltung gut genug ist, oder?

Lassen Sie mich Ihnen sagen, dass dies überhaupt nicht der Fall ist, weil

Erstens ist die Effizienz wirklich sehr schlecht.

In Abhängigkeit von der Last, die Ausgangsspannung, die Ausgangsfrequenz, und die Form der Welle ändert, da es keine Rückkopplungsfrequenzkompensation und keine LC - Filter am Ausgang zu reinigen Dinge.

Derzeit kann ich die Ausgangsspitzen nicht messen, da die Spitzen mein Oszilloskop und den angeschlossenen Laptop zerstören. Und lassen Sie mich Ihnen sagen, dass der Transformator mit Sicherheit riesige Spitzen erzeugt, die ich durch das Ansehen des Afrotechmods-Videos kenne. Dies bedeutet, dass der Anschluss des Wechselrichterausgangs an die 6-0-6 V-Klemme die Spitze-Spitze-Spannung von über 1000 V erreicht hat und dies lebensbedrohlich ist.

Denken Sie jetzt nur daran, eine CFL-Lampe, ein Telefonladegerät oder eine 10-W-Glühbirne mit diesem Wechselrichter einzuschalten. Sie wird sofort explodieren.

Viele Designs, die ich im Internet gefunden habe, haben einen Hochspannungskondensator am Ausgang als Last, der die Spannungsspitzen reduziert, aber das wird auch nicht funktionieren. B. Spitzen von 1000V können die Kondensatoren sofort durchbrennen. Wenn Sie es an ein Laptop-Ladegerät oder eine SMPS-Schaltung anschließen, wird der Metalloxid-Varistor (MOV) im Inneren sofort explodieren.

Und damit kann ich den ganzen Tag mit den Nachteilen weitermachen.

Aus diesem Grund empfehle ich nicht, diese Art von Schaltkreisen zu bauen und damit zu arbeiten, da sie unzuverlässig und ungeschützt sind und Ihnen für immer schaden können. Obwohl wir zuvor einen Wechselrichter gebaut haben, der auch für praktische Anwendungen nicht gut genug ist. Stattdessen werde ich Ihnen sagen, dass Sie ein bisschen Geld ausgeben und einen kommerziellen Wechselrichter kaufen sollen, der eine Menge Schutzfunktionen bietet.

Weitere Verbesserung

Die einzige Verbesserung, die an dieser Schaltung vorgenommen werden kann, besteht darin, sie vollständig wegzuwerfen und mit einer Technik namens SPWM (Sinusimpulsbreitenmodulation) zu modifizieren und eine angemessene Rückkopplungsfrequenzkompensation sowie einen Kurzschlussschutz und mehr hinzuzufügen. Aber das ist ein Thema für ein anderes Projekt, das übrigens bald kommt.

Anwendungen der Wechselrichterschaltung TL494

Nachdem Sie dies alles gelesen haben, wenn Sie über Anwendungen nachdenken, werde ich Ihnen in Notfällen sagen, dass es zum Aufladen Ihres Telefon-Laptops und anderer Dinge verwendet werden kann.

Ich hoffe, Ihnen hat dieser Artikel gefallen und Sie haben etwas Neues gelernt. Lesen Sie weiter, lernen Sie weiter, bauen Sie weiter, und wir sehen uns im nächsten Projekt.