采用TL494的PWM逆變電路

逆變器是一種將直流電(DC)轉(zhuǎn)換為交流電(AC)的電路。PWM逆變器是一種使用修正方波來模擬交流電(AC)效果的電路，適用于為大多數(shù)家用電器供電。我說大多數(shù)是因?yàn)橐话愦嬖趦煞N類型的逆變器，第一種類型是所謂的修改方波逆變器，顧名思義輸出是方波而不是正弦波，而不是純粹的正弦波所以，如果你試圖為交流電機(jī)或TRIACS供電，它會(huì)引起不同的問題。

第二種類型稱為純正弦波逆變器。所以它可以毫無問題地用于各種交流電器。了解更多關(guān)于不同類型的逆變器在這里。

但在我看來，你不應(yīng)該建立一個(gè)逆變器作為一個(gè)DIY項(xiàng)目。如果你問為什么?，然后繼續(xù)前進(jìn)!，在這個(gè)項(xiàng)目中，我將通過使用流行的TL494芯片構(gòu)建一個(gè)簡(jiǎn)單的修改方波PWM逆變器電路，并解釋這種逆變器的優(yōu)缺點(diǎn)，最后，我們將看到為什么不將修改方波逆變器電路作為DIY項(xiàng)目。

警告!本電路的構(gòu)建和演示僅用于教育目的，絕對(duì)不建議構(gòu)建和使用這種類型的電路用于商業(yè)設(shè)備。

謹(jǐn)慎!如果您正在制作這種類型的電路，請(qǐng)?zhí)貏e小心由輸入波的非正弦性質(zhì)產(chǎn)生的高壓和電壓尖峰。

逆變器是如何工作的?

逆變電路的一個(gè)非常基本的原理圖如上所示。正電壓連接到變壓器的中間引腳，作為輸入。另外兩個(gè)引腳與充當(dāng)開關(guān)的mosfet連接。

現(xiàn)在，如果我們使能MOSFET Q1，通過在柵極端施加電壓，電流將沿箭頭方向流動(dòng)，如上圖所示。這樣在箭頭方向也會(huì)感應(yīng)到一個(gè)磁通，變壓器鐵心會(huì)通過二次線圈的磁通，我們?cè)谳敵鎏幍玫?20V。

現(xiàn)在，如果我們禁用MOSFET Q1并啟用MOSFET Q2，電流將沿著上圖中箭頭所示的方向流動(dòng)，從而逆轉(zhuǎn)磁芯中的磁通方向。在這里了解更多關(guān)于MOSFET工作的信息。

現(xiàn)在，我們都知道變壓器是通過磁通量的變化來工作的。所以，打開和關(guān)閉兩個(gè)mosfet，一個(gè)倒轉(zhuǎn)到另一個(gè)，在一秒鐘內(nèi)做50次，將在變壓器的核心內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)很好的振蕩磁通量，改變的磁通量將在次級(jí)線圈中感應(yīng)電壓，正如我們所知道的法拉第定律。這就是基本逆變器的工作原理。

逆變IC TL494

現(xiàn)在，在基于TL494 PWM控制器構(gòu)建電路之前，讓我們了解PWM控制器TL494是如何工作的。

TL494集成電路有8個(gè)功能模塊，如下所示和描述。

1. 5v參考穩(wěn)壓器

5V內(nèi)部參考穩(wěn)壓器輸出是REF引腳，它是IC的引腳14。參考穩(wěn)壓器為內(nèi)部電路提供穩(wěn)定的電源，如脈沖轉(zhuǎn)向觸發(fā)器、振蕩器、死區(qū)時(shí)間控制比較器和PWM比較器。該調(diào)節(jié)器還用于驅(qū)動(dòng)負(fù)責(zé)控制輸出的誤差放大器。

注意!該基準(zhǔn)內(nèi)部編程為±5%的初始精度，并在7V至40v的輸入電壓范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。對(duì)于小于7v的輸入電壓，穩(wěn)壓器在輸入電壓1v內(nèi)飽和并跟蹤它。

2. 振蕩器

振蕩器產(chǎn)生鋸齒波并提供給死區(qū)時(shí)間控制器和用于各種控制信號(hào)的PWM比較器。

振蕩器的頻率可以通過選擇定時(shí)元件RT和CT來設(shè)定。

振蕩器的頻率可以用下面的公式計(jì)算

為了簡(jiǎn)單起見，我做了一個(gè)電子表格，通過它你可以很容易地計(jì)算頻率。

注意!振蕩器頻率只在單端應(yīng)用中等于輸出頻率。對(duì)于推挽應(yīng)用，輸出頻率是振蕩器頻率的一半。

3. 死區(qū)控制比較器

停機(jī)時(shí)間或者簡(jiǎn)單地說停機(jī)時(shí)間控制提供最小的停機(jī)時(shí)間或停機(jī)時(shí)間。當(dāng)輸入電壓大于振蕩器的斜坡電壓時(shí)，死區(qū)比較器的輸出將阻塞開關(guān)晶體管。對(duì)DTC引腳施加電壓可以施加額外的死區(qū)時(shí)間，從而在輸入電壓從0到3V變化時(shí)提供從最小3%到100%的額外死區(qū)時(shí)間。簡(jiǎn)單來說，我們可以在不調(diào)整誤差放大器的情況下改變輸出波的占空比。

注意!110 mV的內(nèi)部偏置確保死區(qū)時(shí)間最小為3%，死區(qū)時(shí)間控制輸入接地。

4. 誤差放大器

兩個(gè)高增益誤差放大器都從VI電源軌接收偏置。這允許共模輸入電壓范圍從-0.3 V到小于VI的2v。兩個(gè)放大器的特性都是單端單電源放大器，因?yàn)槊總€(gè)輸出都是高電平。

5. 輸入輸出控制

輸出控制輸入決定輸出晶體管是否以并聯(lián)或推挽模式工作。通過將輸出控制引腳(引腳13)連接到地，使輸出晶體管處于并聯(lián)工作模式。但是通過將這個(gè)引腳連接到5V-REF引腳，將輸出晶體管設(shè)置為推挽模式。

6. 輸出晶體管

該集成電路具有兩個(gè)開集電極和開發(fā)射極配置的內(nèi)部輸出晶體管，通過它可以輸出或吸收最大電流達(dá)200mA。

注意!晶體管的飽和電壓在共發(fā)射極配置中小于1.3 V，在發(fā)射極-從動(dòng)件配置中小于2.5 V。

特性

?完整的PWM功率控制電路

?未承諾輸出200毫安匯或源電流

?輸出控制選擇單端或推拉操作

?內(nèi)部電路禁止雙脈沖在任何輸出

?可變死區(qū)時(shí)間提供對(duì)總范圍的控制

?內(nèi)部調(diào)節(jié)器提供穩(wěn)定的5v電壓

?參考供應(yīng)有5%的公差

?電路結(jié)構(gòu)允許容易同步

注意!大多數(shù)內(nèi)部原理圖和操作描述取自數(shù)據(jù)表，并在一定程度上進(jìn)行了修改，以便更好地理解。

組件的要求

TL494逆變電路原理圖

TL494CN逆變電路結(jié)構(gòu)

在此演示中，電路是在自制的PCB上構(gòu)建的，并借助原理圖和PCB設(shè)計(jì)文件。請(qǐng)注意，如果大負(fù)載連接到變壓器的輸出，大量的電流將流過PCB走線，并且走線有可能燒毀。因此，為了防止PCB走線燒壞，我包括了一些跳線，這有助于增加電流。

計(jì)算

使用TL494進(jìn)行逆變電路的理論計(jì)算并不多。但是在電路部分的測(cè)試中我們會(huì)做一些實(shí)際的計(jì)算。

要計(jì)算振蕩器頻率，可以使用下面的公式。

注意!為了簡(jiǎn)單起見，給出了一個(gè)電子表格，你可以很容易地計(jì)算振蕩器的頻率。

TL494 PWM逆變電路的測(cè)試

為了測(cè)試電路，使用以下設(shè)置。

?12V鉛酸蓄電池。

?具有6-0-6抽頭和12-0-12抽頭的變壓器

?100W的白熾燈泡作為負(fù)載

?Meco 108B+TRMS萬用表

?Meco 450B+TRMS萬用表

?漢泰6022BE示波器

?以及我連接示波器探頭的測(cè)試pcb。

MOSFET的輸入

設(shè)置好TL494芯片后，我測(cè)量了輸入到MOSFET柵極的PWM信號(hào)，如下圖所示。

變壓器空載輸出波形(我已連接另一臺(tái)二次變壓器測(cè)量輸出波形)

正如您在上圖中所看到的，在沒有任何負(fù)載的情況下，系統(tǒng)的輸出功率為12.97W。

所以從上面兩張圖中，我們可以很容易地計(jì)算出逆變器的效率。

效率在65%左右

這并不壞，但也不好。

所以你可以看到輸出電壓下降到我們商用交流電源輸入的一半。

幸運(yùn)的是，我使用的變壓器包含6-0-6膠帶，旁邊是12-0-12膠帶。

所以，我想為什么不用6-0-6膠帶來增加輸出電壓。

從上圖可以看出，無負(fù)載的功耗為12.536W

現(xiàn)在變壓器的輸出電壓達(dá)到了致命的水平

謹(jǐn)慎!在高壓下工作時(shí)要格外小心。這么高的電壓肯定會(huì)害死你。

再次輸入功率消耗時(shí)，連接一個(gè)100W燈泡作為負(fù)載

在這一點(diǎn)上，我的萬用表的微小探頭不足以通過10.23安培的電流，所以我決定把1.5平方毫米的電線直接進(jìn)入萬用表端子。

輸入功耗為121.94瓦

再一次輸出功率消耗時(shí)，一個(gè)100W的燈泡作為負(fù)載連接

負(fù)載消耗的輸出功率為80.70W。正如你所看到的，燈泡非常明亮，這就是為什么我把它放在我的桌子旁邊。

如果我們?cè)儆?jì)算一下效率，大約是67%

現(xiàn)在最重要的問題依然存在

為什么不做一個(gè)改進(jìn)的方波逆變電路作為一個(gè)DIY項(xiàng)目?

現(xiàn)在看了上面的結(jié)果，你一定認(rèn)為這個(gè)電路足夠好，對(duì)嗎?

讓我告訴你這絕對(duì)不是事實(shí)，因?yàn)?

首先，效率真的很差。

根據(jù)負(fù)載，輸出電壓，輸出頻率和波形的形狀變化，因?yàn)樵谳敵龆藳]有反饋頻率補(bǔ)償，也沒有LC濾波器來清理東西。

此時(shí)，我無法測(cè)量輸出尖峰，因?yàn)榧夥鍟?huì)殺死我的示波器和連接的筆記本電腦。讓我告訴你，確實(shí)有巨大的尖峰是由變壓器產(chǎn)生的這是我通過看Afrotechmods視頻知道的。這意味著將逆變器輸出連接到6-0-6 V端子達(dá)到峰值電壓超過1000V，這是危及生命的。

現(xiàn)在，只要想想用這個(gè)逆變器給節(jié)能燈、手機(jī)充電器或10W燈泡通電，它就會(huì)立刻爆炸。

我在互聯(lián)網(wǎng)上找到的許多設(shè)計(jì)在輸出端有一個(gè)高壓電容器作為負(fù)載，這可以減少電壓尖峰，但這也行不通。因?yàn)?000V的尖峰可以瞬間擊穿電容器。如果你把它連接到筆記本電腦充電器或SMPS電路，里面的金屬氧化物壓敏電阻(MOV)會(huì)立即爆炸。

有了這些，我就可以整天不停地跟他們說了。

這就是我不建議構(gòu)建和使用這些類型的電路的原因，因?yàn)樗豢煽浚皇鼙Ｗo(hù)，并且可能永遠(yuǎn)傷害你。雖然以前，我們構(gòu)建的逆變器也不夠好，不能用于實(shí)際應(yīng)用。相反，我會(huì)告訴你花一點(diǎn)錢，買一個(gè)商業(yè)逆變器，有大量的保護(hù)功能。

進(jìn)一步增強(qiáng)

唯一可以對(duì)該電路進(jìn)行增強(qiáng)的是完全扔掉它，并使用SPWM(正弦脈寬調(diào)制)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行修改，并添加適當(dāng)?shù)姆答侇l率補(bǔ)償和短路保護(hù)等。但這是另一個(gè)項(xiàng)目的主題，這個(gè)項(xiàng)目很快就會(huì)推出。

TL494逆變電路的應(yīng)用

看完這一切，如果你正在考慮應(yīng)用程序，那么我會(huì)告訴你在緊急情況下，它可以用來給你的手機(jī)，筆記本電腦和其他東西充電。

本文編譯自circuitdigest