Mạch biến tần Pwm sử dụng tl494

Biến tần là một mạch chuyển đổi dòng điện một chiều (DC) thành dòng điện xoay chiều (AC). Một biến tần PWM là một loại mạch mà sử dụng biến đổi sóng vuông để mô phỏng các tác động của dòng điện xoay chiều (AC), đó là thích hợp cho việc cung cấp năng lượng nhất của đồ dùng gia đình của bạn. Tôi nói hầu hết vì nói chung tồn tại hai loại biến tần, loại thứ nhất là cái được gọi là bộ biến tần sóng vuông sửa đổi, như tên gọi của nó đầu ra là sóng vuông chứ không phải sóng sin, không phải là sóng sin thuần túy., nếu bạn cố gắng cấp nguồn cho động cơ AC hoặc TRIACS, nó sẽ gây ra các vấn đề khác nhau.

Loại thứ hai được gọi là bộ nghịch lưu sóng sin thuần túy. Vì vậy, nó có thể được sử dụng cho tất cả các loại thiết bị AC mà không có vấn đề gì. Tìm hiểu thêm về các loại biến tần tại đây.

Nhưng theo tôi, bạn không nên chế biến biến tần như một dự án DIY. Nếu bạn đang hỏi tại sao ?, thì hãy đi cùng !, và trong dự án này, tôi sẽ xây dựng một mạch biến tần PWM sóng vuông được sửa đổi đơn giản bằng cách sử dụng chip TL494 phổ biến và giải thích những ưu và nhược điểm của một bộ biến tần như vậy và ở phần cuối, chúng ta sẽ thấy tại sao không làm một mạch biến tần sóng vuông sửa đổi như một dự án DIY.

CẢNH BÁO! Mạch này chỉ được xây dựng và trình diễn cho mục đích giáo dục và tuyệt đối không nên xây dựng và sử dụng loại mạch này cho các thiết bị thương mại.

THẬN TRỌNG! Nếu bạn đang chế tạo loại mạch này, hãy hết sức cẩn thận về điện áp cao và xung điện áp được tạo ra bởi tính chất không hình sin của sóng đầu vào.

Biến tần hoạt động như thế nào?

Một sơ đồ rất cơ bản của mạch biến tần được hiển thị ở trên. Một điện áp dương được kết nối với chân giữa của máy biến áp, đóng vai trò như một đầu vào. Và hai chân khác được kết nối với MOSFETs hoạt động như công tắc.

Bây giờ nếu chúng ta kích hoạt MOSFET Q1, bằng cách đặt một điện áp vào cực cổng, dòng điện sẽ chạy theo một hướng của mũi tên như thể hiện trong hình trên. Do đó, một Từ thông cũng sẽ được cảm ứng theo hướng mũi tên và lõi của máy biến áp sẽ vượt qua từ thông trong cuộn thứ cấp, và chúng ta sẽ nhận được 220V ở đầu ra.

Bây giờ, nếu chúng ta vô hiệu hóa MOSFET Q1 và kích hoạt MOSFET Q2, dòng điện sẽ chạy theo hướng mũi tên thể hiện trong hình trên, do đó sẽ đảo ngược hướng của từ thông trong lõi. Tìm hiểu thêm về hoạt động của MOSFET tại đây.

Bây giờ, chúng ta đều biết rằng một máy biến áp hoạt động bằng cách thay đổi từ thông. Vì vậy, bật và tắt cả hai MOSFET, đảo ngược cái này với cái khác và làm như vậy 50 lần trong một giây, sẽ tạo ra một từ thông dao động tốt bên trong lõi của máy biến áp và từ thông thay đổi sẽ tạo ra điện áp trong cuộn thứ cấp như chúng ta biết theo định luật faraday. Và đó là cách hoạt động của biến tần cơ bản.

IC biến tần TL494

Bây giờ trước khi xây dựng mạch dựa trên bộ điều khiển PWM TL494, chúng ta hãy tìm hiểu cách bộ điều khiển PWM TL494 hoạt động.

IC TL494 có 8 khối chức năng, được hiển thị và mô tả bên dưới.

1. Bộ điều chỉnh tham chiếu 5-V

Đầu ra bộ điều chỉnh tham chiếu bên trong 5V là chân REF, là chân 14 của IC. Bộ điều chỉnh tham chiếu ở đó để cung cấp nguồn cung cấp ổn định cho mạch bên trong như flip-flop điều khiển xung, bộ dao động, bộ so sánh điều khiển thời gian chết và bộ so sánh PWM. Bộ điều chỉnh cũng được sử dụng để điều khiển bộ khuếch đại lỗi chịu trách nhiệm kiểm soát đầu ra.

Ghi chú! Tham chiếu được lập trình nội bộ với độ chính xác ban đầu là ± 5% và duy trì sự ổn định trên dải điện áp đầu vào từ 7V đến 40 V. Đối với điện áp đầu vào nhỏ hơn 7 V, bộ điều chỉnh bão hòa trong vòng 1 V so với đầu vào và theo dõi nó.

2. Dao động

Bộ dao động tạo và cung cấp sóng răng cưa cho bộ điều khiển thời gian chết và bộ so sánh PWM cho các tín hiệu điều khiển khác nhau.

Tần số của bộ dao động có thể được thiết lập bằng cách chọn thành phần thời gian R T và C T.

Tần số của dao động có thể được tính theo công thức dưới đây

Fosc = 1 / (RT * CT)

Để đơn giản, tôi đã tạo một bảng tính, qua đó bạn có thể tính toán tần suất rất dễ dàng.

Ghi chú! Tần số bộ dao động bằng tần số đầu ra chỉ đối với các ứng dụng một đầu. Đối với các ứng dụng push-pull, tần số đầu ra bằng một nửa tần số dao động.

3. Bộ so sánh kiểm soát thời gian chết

Thời gian chết hay nói một cách đơn giản là kiểm soát thời gian tắt cung cấp thời gian chết hoặc thời gian tắt tối thiểu. Đầu ra của bộ so sánh thời gian chết chặn các bóng bán dẫn chuyển mạch khi điện áp ở đầu vào lớn hơn điện áp dốc của bộ dao động. Việc áp dụng điện áp vào chân DTC có thể áp đặt thêm thời gian chết, do đó cung cấp thêm thời gian chết từ tối thiểu 3% đến 100% khi điện áp đầu vào thay đổi từ 0 đến 3V. Nói một cách dễ hiểu, chúng ta có thể thay đổi Duty cycle của sóng đầu ra mà không cần điều chỉnh các bộ khuếch đại lỗi.

Ghi chú! Độ lệch bên trong 110 mV đảm bảo thời gian chết tối thiểu là 3% với đầu vào điều khiển thời gian chết được nối đất.

4. Bộ khuếch đại lỗi

Cả hai bộ khuếch đại lỗi độ lợi cao đều nhận được sai lệch của chúng từ đường cung cấp VI. Điều này cho phép dải điện áp đầu vào chế độ chung từ –0,3 V đến 2 V nhỏ hơn VI. Cả hai bộ khuếch đại đều hoạt động theo đặc điểm của bộ khuếch đại nguồn đơn một đầu, trong đó mỗi đầu ra chỉ hoạt động ở mức cao.

5. Đầu ra-Kiểm soát đầu vào

Đầu vào điều khiển đầu ra xác định xem các bóng bán dẫn đầu ra hoạt động ở chế độ song song hoặc đẩy kéo. Bằng cách kết nối chân điều khiển đầu ra là chân 13 với mặt đất đặt các bóng bán dẫn đầu ra ở chế độ hoạt động song song. Nhưng bằng cách kết nối chân này với chân 5V-REF đặt các bóng bán dẫn đầu ra ở chế độ đẩy-kéo.

6. Bóng bán dẫn đầu ra

IC có hai bóng bán dẫn đầu ra bên trong ở cấu hình bộ thu mở và bộ phát mở, nhờ đó nó có thể tạo nguồn hoặc giảm dòng điện tối đa lên đến 200mA.

Ghi chú! Các bóng bán dẫn có điện áp bão hòa nhỏ hơn 1,3 V trong cấu hình bộ phát chung và nhỏ hơn 2,5 V trong cấu hình bộ phát theo bộ phát.

Đặc trưng

Hoàn thành mạch điều khiển nguồn PWM
Đầu ra không được chấp nhận cho bồn rửa 200 mA hoặc nguồn hiện tại
Điều khiển đầu ra Chọn hoạt động một đầu hoặc kéo đẩy
Mạch nội bộ cấm xung kép ở một trong hai đầu ra
Thời gian chết có thể thay đổi cung cấp quyền kiểm soát trên tổng phạm vi
Bộ điều chỉnh nội bộ cung cấp 5-V ổn định
Cung tham chiếu với 5% dung sai
Kiến trúc mạch cho phép đồng bộ hóa dễ dàng

Ghi chú! Hầu hết mô tả sơ đồ và hoạt động nội bộ được lấy từ biểu dữ liệu và được sửa đổi ở một mức độ nào đó để hiểu rõ hơn.

Thành phần bắt buộc

SI. Không	Các bộ phận	Kiểu	Định lượng
1	TL494	Vi mạch	1
2	IRFZ44N	Mosfet	2
3	Thiết bị đầu cuối vít	Thiết bị đầu cuối vít 5mmx2	1
4	Thiết bị đầu cuối vít	Thiết bị đầu cuối trục vít 5mmx3	1
5	0,1uF	Tụ điện	1
6	50 nghìn, 1%	Điện trở	2
7	560R	Điện trở	2
số 8	10 nghìn, 1%	Điện trở	2
9	150 nghìn, 1%	Điện trở	1
10	Bảng ốp	Chung 50x 50mm	1
11	Tản nhiệt PSU	Chung	1

Sơ đồ mạch biến tần TL494

Cấu tạo mạch biến tần TL494CN

Đối với phần trình diễn này, mạch được xây dựng trên một PCB tự chế, với sự trợ giúp của các tệp thiết kế sơ đồ và PCB. Xin lưu ý rằng nếu một tải lớn được kết nối với đầu ra của máy biến áp, một lượng lớn dòng điện sẽ chạy qua các dấu vết PCB và có khả năng các dấu vết sẽ bị cháy hết. Vì vậy, để ngăn chặn các dấu vết PCB bị cháy ra, tôi đã bao gồm một số jumper giúp tăng dòng điện.

Tính toán

Không có nhiều tính toán lý thuyết cho Mạch Biến tần sử dụng TL494 này. Nhưng có một số tính toán thực tế mà chúng tôi sẽ thực hiện trong phần thử nghiệm của phần mạch.

Để tính tần số dao động có thể sử dụng công thức sau.

Fosc = 1 / (RT * CT)

Ghi chú! Để đơn giản, một bảng tính được đưa ra để bạn có thể dễ dàng tính toán tần số dao động.

Kiểm tra mạch biến tần PWM TL494

Để kiểm tra mạch, thiết lập sau được sử dụng.

Ắc quy axit-chì 12V.
Một máy biến áp có một vòi 6-0-6 và một vòi 12-0-12
Bóng đèn sợi đốt 100W làm tải
Đồng hồ vạn năng Meco 108B + TRMS
Đồng hồ vạn năng Meco 450B + TRMS
Máy hiện sóng Hantek 6022BE
Và Test-PCB mà tôi đã kết nối với các đầu dò của máy hiện sóng.

Đầu vào MOSFET

Sau khi thiết lập chip TL494, tôi đã đo tín hiệu PWM đầu vào đến cổng của MOSFET, như bạn có thể thấy trong hình dưới đây.

Dạng sóng đầu ra của máy biến áp không tải (Tôi đã kết nối một máy biến áp thứ cấp khác để đo dạng sóng đầu ra)

Như bạn có thể thấy trong hình trên, hệ thống vẽ xung quanh một công suất 12,97W dao động mà không cần bất kỳ tải trọng nào.

Như vậy từ hai hình ảnh trên chúng ta có thể dễ dàng tính toán được hiệu suất của biến tần rất dễ dàng.

Hiệu suất khoảng 65%

Điều đó không xấu nhưng cũng không tốt.

Vì vậy, như bạn có thể thấy điện áp đầu ra giảm xuống một nửa so với đầu vào nguồn điện AC thương mại của chúng tôi.

May mắn thay, máy biến áp tôi đang sử dụng có một băng 6-0-6, cùng với băng 12-0-12.

Vì vậy, tôi đã nghĩ tại sao không sử dụng băng 6-0-6 để tăng điện áp đầu ra.

Như hình trên bạn thấy công suất tiêu thụ khi không tải là 12,536W

Bây giờ điện áp đầu ra của máy biến áp ở mức gây chết người

Thận trọng! Cần hết sức thận trọng khi làm việc với điện áp cao. Lượng điện áp này chắc chắn có thể giết chết bạn.

Một lần nữa Công suất tiêu thụ đầu vào khi bóng đèn 100W được kết nối làm tải

Tại thời điểm này, các đầu dò nhỏ của đồng hồ vạn năng của tôi không đủ để đi qua dòng điện 10,23Amps, vì vậy tôi đã quyết định đặt 1,5 mét vuông dây trực tiếp vào các đầu cực của đồng hồ vạn năng.

Công suất tiêu thụ đầu vào là 121,94 Watts

Một lần nữa công suất tiêu thụ đầu ra khi bóng đèn 100W được kết nối làm tải

Công suất đầu ra mà tải tiêu thụ là 80,70W. Như bạn có thể thấy bóng đèn phát sáng rất rực rỡ, đó là lý do tại sao tôi đặt nó bên cạnh bàn của mình.

Vì vậy, một lần nữa nếu chúng ta tính toán hiệu quả, nó vào khoảng 67%

Và bây giờ câu hỏi hàng triệu đô la vẫn còn

Tại sao KHÔNG làm một mạch biến tần sóng vuông sửa đổi như một dự án tự làm?

Bây giờ sau khi xem kết quả trên, chắc hẳn bạn đang nghĩ rằng mạch này đã đủ tốt rồi phải không?

Hãy để tôi nói với bạn điều này hoàn toàn không phải như vậy bởi vì

Trước hết, hiệu quả thực sự rất kém.

Tuỳ thuộc vào tải, các điện áp đầu ra, các tần số đầu ra, và hình dạng của sóng thay đổi như không có thông tin phản hồi bồi thường tần số và không có bộ lọc LC ở đầu ra để mọi thứ sạch sẽ lên.

Tại thời điểm này, tôi không thể đo các mức tăng đột biến đầu ra vì các mức tăng đột biến sẽ giết máy hiện sóng của tôi và máy tính xách tay được kết nối. Và để tôi cho bạn biết chắc chắn có những gai rất lớn được tạo ra bởi máy biến áp mà tôi biết khi xem video Afrotechmods. Điều này có nghĩa là kết nối đầu ra biến tần với thiết bị đầu cuối 6-0-6 V đã đạt đến điện áp cao nhất đến điện áp cao nhất trên 1000V và điều đó gây nguy hiểm đến tính mạng.

Bây giờ, chỉ cần nghĩ đến việc cấp nguồn cho một bóng đèn CFL, một bộ sạc điện thoại hoặc một bóng đèn 10W với bộ biến tần này, nó sẽ nổ tung ngay lập tức.

Nhiều thiết kế tôi đã tìm thấy trên internet có một tụ điện điện áp cao ở đầu ra như một tải, giúp giảm đột biến điện áp, nhưng điều đó cũng sẽ không hoạt động. Vì các gai 1000V có thể thổi bay tụ điện ngay lập tức. Nếu bạn kết nối nó với bộ sạc máy tính xách tay hoặc mạch SMPS, Metal-Oxide Varistor (MOV) bên trong sẽ ngay lập tức phát nổ.

Và với điều đó, tôi có thể tiếp tục với khuyết điểm cả ngày.

Đây là lý do mà tôi không khuyên bạn nên xây dựng và làm việc với các loại mạch này vì nó không đáng tin cậy, không được bảo vệ và có thể gây hại cho bạn. Mặc dù trước đây, chúng tôi chế tạo một biến tần cũng không đủ tốt cho các ứng dụng thực tế. Thay vào đó, tôi sẽ nói với bạn rằng hãy bỏ ra một ít tiền và mua một biến tần thương mại có rất nhiều tính năng bảo vệ.

Cải tiến thêm

Cải tiến duy nhất có thể được thực hiện đối với mạch này là vứt bỏ hoàn toàn nó và sửa đổi nó bằng một kỹ thuật gọi là SPWM (Điều chế độ rộng xung hình sin), đồng thời bổ sung bù tần số phản hồi thích hợp và bảo vệ ngắn mạch, v.v. Nhưng đó là một chủ đề cho một dự án khác sắp ra mắt.

Các ứng dụng của mạch biến tần TL494

Sau khi đọc tất cả những điều này nếu bạn đang suy nghĩ về các ứng dụng, thì tôi sẽ cho bạn biết trong trường hợp khẩn cấp, nó có thể được sử dụng để sạc máy tính xách tay điện thoại của bạn và những thứ khác.

Tôi hy vọng bạn thích bài viết này và học được điều gì đó mới. Tiếp tục đọc, tiếp tục học hỏi, tiếp tục xây dựng, và tôi sẽ gặp bạn trong dự án tiếp theo.