מעגל מהפך PWM באמצעות TL494

מהפך הוא מעגל כי ממיר זרם ישר (DC) כדי זרם חילופין (AC). מהפך PWM הוא סוג של מעגל כי שימושים שונים גלים מרובעים כדי לדמות את ההשפעה של זרם חילופין (AC), אשר מתאים להפעלה ביותר של מכשירי החשמל הביתי שלך. אני אומר שרוב מכיוון שקיימים בדרך כלל שני סוגים של ממירים, הסוג הראשון הוא מה שמכונה מהפך גל מרובע שונה, כפי שהשם מרמז שהפלט הוא גל מרובע ולא גל סינוס, לא גל סינוס טהור אז, אם תנסה להניע מנועי זרם חילופין או TRIACS, זה יגרום לבעיות שונות.

הסוג השני נקרא מהפך גלי סינוס טהור. אז זה יכול לשמש לכל מיני מכשירי חשמל ללא בעיה. למידע נוסף על סוגים שונים של מהפך כאן.

אבל לדעתי, אתה לא צריך לבנות מהפך כפרויקט DIY. אם אתם שואלים מדוע ?, אז סעו יחד !, ובפרויקט זה, אבנה מעגל מהפך PWM של גל מרובע פשוט שונה באמצעות שבב TL494 הפופולרי ואסביר את היתרונות והחסרונות של ממירים כאלה ובסוף, נראה מדוע לא ליצור מעגל מהפך של גל מרובע שונה כפרויקט DIY.

אַזהָרָה! מעגל זה נבנה והודגם למטרות חינוכיות בלבד, וממש לא מומלץ לבנות ולהשתמש במעגל מסוג זה למכשירים מסחריים.

זְהִירוּת! אם אתה מייצר מעגל מסוג זה, אנא הקפד בזהירות רבה יותר על קפיצי מתח ומתח גבוהים הנוצרים מהאופי הלא סינוסי של גל הקלט.

איך עובד מהפך?

תרשים בסיסי מאוד של מעגל המהפך מוצג לעיל. מתח חיובי מחובר לסיכה האמצעית של השנאי, אשר משמש ככניסה. ושני הפינים האחרים מחוברים ל- MOSFET המשמשים כמתגים.

כעת אם אנו מאפשרים MOSFET Q1, על ידי הנחת מתח במסוף השער הזרם יזרום בכיוון אחד של החץ כפי שמוצג בתמונה לעיל. לפיכך יופעל שטף מגנטי גם לכיוון החץ וליבת השנאי תעבור את השטף המגנטי בסליל המשני, ונקבל 220 וולט ביציאה.

כעת, אם נשבית את ה- MOSFET Q1 ונאפשר את ה- MOSFET Q2, הזרם יזרום לכיוון החץ המוצג בתמונה לעיל ובכך הופך את כיוון השטף המגנטי בליבה. למידע נוסף על העבודה של MOSFET כאן.

כעת, כולנו יודעים כי שנאי עובד על ידי שטף מגנטי משתנה. לכן, הפעלת וכיבוי של שני ה- MOSFET, אחד הפוך לאחרים ועשייה זו 50 פעמים בשנייה, תיצור שטף מגנטי נע ומתנדנד בתוך ליבת השנאי והשטף המגנטי המשתנה יגרום למתח בסליל המשני כ אנו יודעים לפי חוק הפאראדיי. וכך פועל המהפך הבסיסי.

מהפך IC TL494

כעת לפני שנבנה את המעגל המבוסס על בקר TL494 PWM, בואו ללמוד כיצד פועל בקר ה- PWM TL494.

ל- TL494 IC 8 בלוקים פונקציונליים המוצגים ומתוארים להלן.

1. רגולטור הפניה 5-V

פלט הרגולטור הפניה 5V הפנימי הוא סיכת ה- REF, שהיא סיכה 14 של ה- IC. רגולטור הייחוס נמצא כדי לספק אספקה ​​יציבה למעגלים פנימיים כמו כפכף היגוי הדופק, מתנד, משווה בקרת זמן מתים ומשווה PWM. הרגולטור משמש גם להפעלת מגברי השגיאה האחראיים על בקרת הפלט.

הערה! הכוונה מתוכנתת באופן פנימי לדיוק התחלתי של ± 5% ושומרת על יציבות בתחום מתח כניסה של 7 וולט עד 40 וולט. עבור מתח כניסה נמוך מ- 7 וולט, הרגולטור רווי בטווח של 1 וולט מהכניסה ועוקב אחריו.

2. מתנד

המתנד מייצר ומספק גל שיניים לבקר זמן המת ולמשוואות ה- PWM עבור אותות בקרה שונים.

תדירות המתנד ניתן להגדיר על ידי בחירת רכיבי עיתוי R T ו- C T.

ניתן לחשב את תדירות המתנד על ידי הנוסחה הבאה

Fosc = 1 / (RT * CT)

לשם פשטות, הכנתי גיליון אלקטרוני שבאמצעותו תוכלו לחשב את התדירות בקלות רבה.

הערה! תדר המתנד שווה לתדר המוצא רק ליישומים חד-פעמיים. עבור יישומי דחיפה-משיכה, תדר המוצא הוא מחצית מתדר המתנד.

3. משווה בקרת זמן מת

זמן המת או פשוט לומר בקרת זמן מחוץ לזמן מספק זמן מת לפחות או זמן מחוץ לזמן. הפלט של המשווה לזמן המת חוסם טרנזיסטורי מיתוג כאשר המתח בכניסה גדול ממתח הרמפה של המתנד. החלת מתח על סיכת ה- DTC יכולה להטיל זמן מת נוסף, ובכך לספק זמן מת נוסף ממינימום 3% עד 100% מכיוון שמתח הכניסה משתנה בין 0 ל -3 V. במילים פשוטות, אנו יכולים לשנות את מחזור החובה של גל הפלט מבלי להתאים את מגברי השגיאה.

הערה! קיזוז פנימי של 110 mV מבטיח זמן מת מינימלי של 3% עם כניסת הבקרה לזמן מת.

4. מגברי שגיאה

שני מגברי השגיאה בעלי הרווח הגבוה מקבלים את ההטיה שלהם ממעקה האספקה ​​VI. זה מאפשר טווח מתח כניסה במצב משותף בין -0.3 וולט ל -2 וולט פחות מ- VI. שני המגברים מתנהגים באופן אופייני למגבר בעל אספקה ​​אחת חד-קצבית, בכך שכל פלט פעיל גבוה בלבד.

5. קלט בקרת פלט

קלט בקרת המוצא קובע אם טרנזיסטורי המוצא פועלים במצב מקבילי או במצב משיכה. על ידי חיבור סיכת בקרת המוצא שהיא סיכה 13 לקרקע מכוון את טרנזיסטורי המוצא למצב פעולה מקביל. אך על ידי חיבור סיכה זו לסיכה 5V-REF מגדיר את טרנזיסטורי הפלט במצב דחיפה-משיכה.

6. טרנזיסטורי פלט

ל- IC שני טרנזיסטורי יציאה פנימיים שנמצאים בתצורות אספן פתוח ופולט פתוח, באמצעותם הוא יכול להזרים או לשקוע זרם מקסימלי עד 200mA.

הערה! הטרנזיסטורים הם בעלי מתח רוויה של פחות מ -1.3 וולט בתצורת הפולט הנפוץ ופחות מ -2.5 וולט בתצורת הפולט-עוקב.

תכונות

• מעגלי בקרת כוח PWM שלמים
• יציאות לא מחויבות לזרם של 200 mA או זרם מקור
• בקרת פלט בוחרת פעולה חד-קצבית או דחיפה-משיכה
• מעגל פנימי אוסר על דופק כפול בכל אחד מהפלטים
• זמן מת משתנה מספק שליטה בטווח הכולל
• הרגולטור הפנימי מספק 5-V יציב
• אספקת הפניה עם סובלנות של 5%
• ארכיטקטורת מעגלים מאפשרת סנכרון קל

הערה! מרבית הסכימה הפנימית ותיאור הפעולות נלקחות מגליון הנתונים ומשתנות במידה מסוימת להבנה טובה יותר.

רכיבים נדרשים

לא	חלקים	סוּג	כַּמוּת
1	TL494	IC	1
2	IRFZ44N	מוספט	2
3	מסוף בורג	מסוף בורג 5 מ"מ x 2	1
4	מסוף בורג	מסוף בורג 5 מ"מ x 3	1
5	0.1uF	קַבָּל	1
6	50K, 1%	נַגָד	2
7	560R	נַגָד	2
8	10K, 1%	נַגָד	2
9	150K, 1%	נַגָד	1
10	לוח לבוש	כללי 50x 50mm	1
11	גוף קירור PSU	גנרית	1

סכמטי מעגל מהפך TL494

בניית מעגלים מהפכים TL494CN

לצורך הדגמה זו, המעגל בנוי על גבי PCB תוצרת בית, בעזרת קבצי העיצוב הסכימטיים וה- PCB. שים לב שאם מחובר עומס גדול ליציאת השנאי, כמות גדולה של זרם תזרום דרך עקבות ה- PCB, ויש סיכוי שהעקבות יישרפו. לכן, כדי למנוע עקבות PCB להישרף כללתי כמה קופצים העוזרים להגביר את הזרימה הנוכחית.

חישובים

אין הרבה חישובים תיאורטיים עבור מעגל מהפך זה המשתמש ב- TL494. אבל יש כמה חישובים מעשיים שנעשה בבדיקת קטע המעגל.

לחישוב תדירות המתנד ניתן להשתמש בנוסחה הבאה.

Fosc = 1 / (RT * CT)

הערה! לשם פשטות, ניתן גיליון אלקטרוני שבאמצעותו תוכלו לחשב בקלות את תדירות המתנד.

בדיקת מעגל המהפך TL494 PWM

על מנת לבדוק את המעגל נעשה שימוש בהתקנה הבאה.

1. סוללת עופרת חומצה 12V.
2. שנאי שיש בו ברז 6-0-6 וברז 12-0-12
3. נורת ליבון 100W כעומס
4. מודד Meco 108B + TRMS
5. מודד Meco 450B + TRMS
6. Hantek 6022BE אוסצילוסקופ
7. ו- PCB המבחן בו חיברתי את בדיקות האוסצילוסקופ.

קלט MOSFET

לאחר הגדרת השבב TL494, מדדתי את אות ה- PWM הקלט לשער ה- MOSFET, כפי שניתן לראות בתמונה למטה.

צורת גל הפלט של השנאי ללא עומס (חיברתי שנאי משני אחר למדידת צורת גל הפלט)

כפי שניתן לראות בתמונה שלעיל, המערכת מציירת סביב 12.97W גלישה ללא עומס כלשהו.

אז משתי התמונות שלעיל נוכל לחשב בקלות את יעילות המהפך בקלות רבה.

היעילות היא סביב 65%

וזה לא רע אבל זה גם לא טוב.

אז כפי שאתה יכול לראות מתח המוצא יורד למחצית ממה שקלט החשמל המסחרי שלנו.

למרבה המזל השנאי שאני משתמש בו מכיל קלטת 6-0-6, לצד קלטת 12-0-12.

אז חשבתי למה לא להשתמש בהקלטה 6-0-6 כדי להגביר את מתח המוצא.

כפי שניתן לראות מהתמונה לעיל צריכת החשמל ללא עומס היא 12.536W

כעת מתח המוצא של השנאי ברמות קטלניות

זְהִירוּת! היו זהירים במיוחד בעבודה עם מתח גבוה. כמות המתח הזו בהחלט יכולה להרוג אותך.

שוב צריכת חשמל קלט כאשר נורת 100W מחוברת כעומס

בשלב זה, הגששים העצבניים של המולטימטר שלי לא היו מספיקים בכדי לעבור 10.23 אמפר זרם, ולכן החלטתי להכניס חוט של 1.5 מ"מ ישירות למסופי המולטימטר.

צריכת החשמל הקלט הייתה 121.94 וואט

שוב צריכת החשמל ביציאה כאשר נורת 100W מחוברת כעומס

הספק היציאה שנצרך על ידי העומס היה 80.70W. כפי שאתה יכול לראות הנורה זוהרה מאוד, ולכן הנחתי אותה ליד שולחני.

אז שוב אם נחשב את היעילות, זה בסביבות 67%

ועכשיו נותרה שאלת מיליון הדולר

מדוע לא ליצור מעגל מהפך של גל מרובע שונה כפרויקט DIY?

עכשיו לאחר צפייה בתוצאות שלעיל, אתה בטח חושב שהמעגל הזה מספיק טוב, נכון?

בוא אני אגיד לך שזה ממש לא המקרה בגלל

קודם כל, היעילות באמת גרועה מאוד.

בהתאם העומס, מתח המוצא, את תדר המוצא, ואת צורת גל השינויים שכן אין משוב פיצוי תדירות ואת לא מסנן LC במוצא לדברים לנקות.

ברגע זה אני לא מצליח למדוד את קוצי הפלט מכיוון שהקוצים יהרגו את האוסצילוסקופ ואת המחשב הנייד המחובר. ובואי אגיד לך שיש בהחלט קוצים ענקיים שנוצרים על ידי השנאי שאני מכיר בצפייה בסרטון Afrotechmods. משמעות הדבר היא שחיבור פלט המהפך למסוף 6-0-6 וולט הגיע לשיא במתח שיא של מעל 1000 וולט וזה מסכן חיים.

עכשיו, רק לחשוב על היכולות במעלה מנורת CFL, מטען לטלפון, או נורת 10W אור עם מהפך זה, זה יתפוצץ מיד.

בעיצובים רבים שמצאתי באינטרנט יש קבל מתח גבוה בפלט כעומס, מה שמפחית את קפיצי המתח, אבל זה גם לא הולך לעבוד. כמו קוצים של 1000V יכולים לפוצץ מיד את הקבלים. אם אתה מחבר אותו למטען למחשב נייד או למעגל SMPS, ה- Vario -Metal Varox (MOV) שבתוכו יתפוצץ מייד.

ועם זה, אני יכול להמשיך ולהמשיך עם החסרונות כל היום.

זו הייתה הסיבה שאני לא ממליץ לבנות ולעבוד עם מעגלים מסוג זה מכיוון שהוא לא אמין, לא מוגן ויכול להזיק לך לטובה. אמנם בעבר, אנו בונים מהפך שהוא גם לא מספיק טוב ליישומים מעשיים. במקום זאת, אני אגיד לך לבזבז קצת כסף ולקנות מהפך מסחרי שיש לו המון תכונות הגנה.

שיפור נוסף

השיפור היחיד שניתן לעשות במעגל זה הוא לזרוק אותו לחלוטין, ולשנות אותו בטכניקה הנקראת SPWM (Sine Pulse Width Modulation), ולהוסיף פיצוי תדר משוב נכון והגנה על קצר חשמלי ועוד. אבל זה נושא לפרויקט אחר שמגיע בקרוב אגב.

יישומים של מעגל מהפך TL494

אחרי שקראתם את כל זה אם אתם חושבים על יישומים, אז אני אגיד לכם במקרי חירום, בעזרתם ניתן לטעון את המחשב הנייד של הטלפון שלכם ודברים אחרים.

אני מקווה שאהבתם את המאמר הזה ולמדתם משהו חדש. המשיכו לקרוא, המשיכו ללמוד, המשיכו לבנות, ואני אראה אתכם בפרויקט הבא.