Circuit onduleur PWM utilisant TL494

Un onduleur est un circuit qui convertit le courant continu (CC) en courant alternatif (CA). Un onduleur PWM est un type de circuit qui utilise des ondes carrées modifiées pour simuler les effets du courant alternatif (CA), qui convient pour alimenter la plupart de vos appareils ménagers. Je dis surtout parce qu'il existe généralement deux types d'onduleurs, le premier type est ce qu'on appelle un onduleur à onde carrée modifié, comme son nom l'indique, la sortie est une onde carrée plutôt qu'une onde sinusoïdale, pas une onde sinusoïdale pure donc, si vous essayez d'alimenter des moteurs à courant alternatif ou des TRIACS, cela causera différents problèmes.

Le deuxième type est appelé un onduleur à onde sinusoïdale pure. Il peut donc être utilisé pour toutes sortes d'appareils AC sans problème. En savoir plus sur les différents types d'onduleurs ici.

Mais à mon avis, vous ne devriez pas construire un onduleur comme un projet de bricolage. Si vous vous demandez pourquoi?, Alors roulez!! Et dans ce projet, je vais construire un simple circuit onduleur PWM à onde carrée modifiée en utilisant la puce TL494 populaire et expliquer les avantages et les inconvénients d'un tel onduleur et à la fin, nous verrons pourquoi pas faire un circuit onduleur à onde carrée modifié en tant que projet de bricolage.

ATTENTION! Ce circuit est construit et démontré à des fins éducatives uniquement, et il n'est absolument pas recommandé de construire et d'utiliser ce type de circuit pour les appareils commerciaux.

MISE EN GARDE! Si vous faites ce type de circuit, soyez très prudent avec les pics de tension et de tension générés par la nature non sinusoïdale de l'onde d'entrée.

Comment fonctionne un onduleur?

Un schéma très basique du circuit de l'onduleur est illustré ci-dessus. Une tension positive est connectée à la broche centrale du transformateur, qui agit comme une entrée. Et les deux autres broches sont connectées aux MOSFET qui agissent comme des commutateurs.

Maintenant, si nous activons le MOSFET Q1, en mettant une tension à la borne de grille, le courant circulera dans un sens de la flèche, comme indiqué dans l'image ci-dessus. Ainsi un flux magnétique sera également induit dans le sens de la flèche et le noyau du transformateur fera passer le flux magnétique dans la bobine secondaire, et nous obtiendrons du 220V en sortie.

Maintenant, si nous désactivons le MOSFET Q1 et activons le MOSFET Q2, le courant circulera dans le sens de la flèche montrée dans l'image ci-dessus, inversant ainsi le sens du flux magnétique dans le noyau. En savoir plus sur le fonctionnement du MOSFET ici.

Maintenant, nous savons tous qu'un transformateur fonctionne par des changements de flux magnétique. Ainsi, allumer et éteindre les deux MOSFET, l'un inversé à l'autre et le faire 50 fois en une seconde, générera un joli flux magnétique oscillant à l'intérieur du noyau du transformateur et le flux magnétique changeant induira une tension dans la bobine secondaire comme nous savons par la loi de Faraday. Et c'est ainsi que fonctionne l'onduleur de base.

Onduleur IC TL494

Maintenant, avant de construire le circuit basé sur le contrôleur TL494 PWM, apprenons comment fonctionne le contrôleur PWM TL494.

Le CI TL494 comporte 8 blocs fonctionnels, qui sont illustrés et décrits ci-dessous.

1. Régulateur de référence 5 V

La sortie du régulateur de référence interne 5V est la broche REF, qui est la broche 14 de l'IC. Le régulateur de référence est là pour fournir une alimentation stable pour les circuits internes tels que la bascule de direction d'impulsions, l'oscillateur, le comparateur de commande de temps mort et le comparateur PWM. Le régulateur est également utilisé pour piloter les amplificateurs d'erreur qui sont chargés de contrôler la sortie.

Remarque! La référence est programmée en interne avec une précision initiale de ± 5% et maintient la stabilité sur une plage de tension d'entrée de 7 V à 40 V. Pour les tensions d'entrée inférieures à 7 V, le régulateur sature à moins de 1 V de l'entrée et la suit.

2. Oscillateur

L'oscillateur génère et fournit une onde en dents de scie au contrôleur de temps mort et aux comparateurs PWM pour divers signaux de commande.

La fréquence de l'oscillateur peut être réglée par la sélection des composants de synchronisation R T et C T.

La fréquence de l'oscillateur peut être calculée par la formule ci-dessous

Fosc = 1 / (RT * CT)

Pour plus de simplicité, j'ai fait une feuille de calcul, par laquelle vous pouvez calculer la fréquence très facilement.

Remarque! La fréquence de l'oscillateur est égale à la fréquence de sortie uniquement pour les applications asymétriques. Pour les applications push-pull, la fréquence de sortie correspond à la moitié de la fréquence de l'oscillateur.

3. Comparateur de contrôle des temps morts

Le temps mort ou pour dire simplement le contrôle du temps d'arrêt fournit le temps mort minimum ou le temps d'arrêt. La sortie du comparateur de temps mort bloque les transistors de commutation lorsque la tension à l'entrée est supérieure à la tension de rampe de l'oscillateur. L'application d'une tension à la broche DTC peut imposer un temps mort supplémentaire, fournissant ainsi un temps mort supplémentaire de son minimum de 3% à 100% lorsque la tension d'entrée varie de 0 à 3V. En termes simples, nous pouvons modifier le cycle de service de l'onde de sortie sans modifier les amplificateurs d'erreur.

Remarque! Un décalage interne de 110 mV garantit un temps mort minimum de 3% avec l'entrée de contrôle du temps mort mise à la terre.

4. Amplificateurs d'erreur

Les deux amplificateurs d'erreur à gain élevé reçoivent leur polarisation du rail d'alimentation du VI. Cela permet une plage de tension d'entrée en mode commun de –0,3 V à 2 V de moins que VI. Les deux amplificateurs se comportent de manière caractéristique d'un amplificateur à alimentation unique asymétrique, en ce que chaque sortie est active uniquement à l'état haut.

5. Entrée de contrôle de sortie

L'entrée de commande de sortie détermine si les transistors de sortie fonctionnent en parallèle ou en mode push-pull. En connectant la broche de commande de sortie qui est la broche 13 à la masse, les transistors de sortie sont réglés en mode de fonctionnement parallèle. Mais en connectant cette broche à la broche 5V-REF, les transistors de sortie sont réglés en mode push-pull.

6. Transistors de sortie

L'IC dispose de deux transistors de sortie internes qui sont dans des configurations à collecteur ouvert et à émetteur ouvert, par lesquels il peut générer ou absorber un courant maximal jusqu'à 200 mA.

Remarque! Les transistors ont une tension de saturation inférieure à 1,3 V dans la configuration émetteur commun et inférieure à 2,5 V dans la configuration émetteur-suiveur.

traits

Circuit de commande de puissance PWM complet
Sorties non engagées pour un collecteur ou une source de 200 mA
Le contrôle de sortie sélectionne le fonctionnement à une extrémité ou push-pull
Le circuit interne interdit la double impulsion à l'une ou l'autre sortie
Le temps mort variable offre un contrôle sur la plage totale
Le régulateur interne fournit un 5 V stable
Approvisionnement de référence avec une tolérance de 5%
L'architecture de circuit permet une synchronisation facile

Remarque! La plupart des schémas internes et la description des opérations sont tirés de la fiche technique et modifiés dans une certaine mesure pour une meilleure compréhension.

Composants requis

Sl.Non	les pièces	Type	Quantité
1	TL494	IC	1
2	IRFZ44N	Mosfet	2
3	Borne à vis	Borne à vis 5mmx2	1
4	Borne à vis	Borne à vis 5mmx3	1
5	0,1 uF	Condensateur	1
6	50 000, 1%	Résistance	2
sept	560R	Résistance	2
8	10 000, 1%	Résistance	2
9	150 000, 1%	Résistance	1
dix	Conseil vêtu	Générique 50x 50mm	1
11	Dissipateur de chaleur PSU	Générique	1

Schéma du circuit de l'onduleur TL494

Construction du circuit de l'onduleur TL494CN

Pour cette démonstration, le circuit est construit sur un PCB fait maison, à l'aide des fichiers de conception schématique et PCB. Veuillez noter que si une grosse charge est connectée à la sortie du transformateur, une énorme quantité de courant circulera à travers les traces de PCB, et il y a un risque que les traces brûlent. Ainsi, pour empêcher les traces de PCB de brûler, j'ai inclus des cavaliers qui aident à augmenter le flux de courant.

Calculs

Il n'y a pas beaucoup de calculs théoriques pour ce circuit onduleur utilisant le TL494. Mais il y a quelques calculs pratiques que nous ferons dans le test de la section de circuit.

Pour calculer la fréquence de l'oscillateur, la formule suivante peut être utilisée.

Fosc = 1 / (RT * CT)

Remarque! Pour plus de simplicité, une feuille de calcul est fournie par laquelle vous pouvez facilement calculer la fréquence de l'oscillateur.

Test du circuit de l'onduleur TL494 PWM

Afin de tester le circuit, la configuration suivante est utilisée.

Batterie plomb-acide 12V.
Un transformateur qui a une prise 6-0-6 et une prise 12-0-12
Ampoule à incandescence de 100 W comme charge
Multimètre Meco 108B + TRMS
Multimètre Meco 450B + TRMS
Oscilloscope Hantek 6022BE
Et le Test-PCB dans lequel j'ai connecté les sondes de l'oscilloscope.

Entrée MOSFET

Après avoir configuré la puce TL494, j'ai mesuré le signal PWM d'entrée à la porte du MOSFET, comme vous pouvez le voir dans l'image ci-dessous.

La forme d'onde de sortie du transformateur sans charge (j'ai connecté un autre transformateur secondaire pour mesurer la forme d'onde de sortie)

Comme vous pouvez le voir dans l'image ci-dessus, le système dessine autour d'un wapping de 12,97 W sans aucune charge attachée.

Ainsi, à partir des deux images ci-dessus, nous pouvons facilement calculer très facilement l'efficacité de l'onduleur.

L'efficacité est d'environ 65%

Ce qui n'est pas mal mais ce n'est pas non plus bon.

Ainsi, comme vous pouvez le voir, la tension de sortie chute à la moitié de celle de notre entrée secteur commerciale.

Heureusement, le transformateur que j'utilise contient un ruban 6-0-6, aux côtés d'un ruban 12-0-12.

Alors, j'ai pensé pourquoi ne pas utiliser le ruban 6-0-6 pour augmenter la tension de sortie.

Comme vous pouvez le voir sur l'image ci-dessus, la consommation d'énergie sans charge est de 12,536 W

Maintenant, la tension de sortie du transformateur est à des niveaux mortels

Mise en garde! Soyez extrêmement prudent lorsque vous travaillez avec des tensions élevées. Cette quantité de tension peut certainement vous tuer.

Encore une fois la consommation d'énergie d'entrée lorsqu'une ampoule de 100 W est connectée comme charge

À ce stade, les petites sondes de mon multimètre n'étaient pas suffisantes pour passer à travers 10,23 ampères de courant, j'ai donc décidé de mettre 1,5 mm2 de fil directement dans les bornes du multimètre.

La consommation d'énergie d'entrée était de 121,94 watts

Encore une fois, la consommation d'énergie de sortie lorsqu'une ampoule de 100 W est connectée en tant que charge

La puissance de sortie consommée par la charge était de 80,70 W. Comme vous pouvez le voir, l'ampoule brillait très fort, c'est pourquoi je l'ai mise à côté de ma table.

Donc encore une fois si nous calculons l' efficacité, c'est autour de 67%

Et maintenant la question à un million de dollars demeure

Pourquoi NE PAS créer un circuit onduleur à onde carrée modifié en tant que projet de bricolage?

Maintenant, après avoir vu les résultats ci-dessus, vous devez penser que ce circuit est assez bon, non?

Laissez-moi vous dire que ce n'est absolument pas le cas parce que

Tout d'abord, l' efficacité est vraiment très médiocre.

En fonction de la charge, la tension de sortie, la fréquence de sortie et la forme de l'onde changent car il n'y a pas de compensation de fréquence de retour et pas de filtre LC à la sortie pour nettoyer les choses.

En ce moment, je suis incapable de mesurer les pics de sortie car les pics tueront mon oscilloscope et l' ordinateur portable connecté. Et laissez-moi vous dire qu'il y a certainement d'énormes pics qui sont générés par le transformateur que je connais en regardant la vidéo Afrotechmods. Cela signifie que la connexion de la sortie de l'onduleur à la borne 6-0-6 V atteignait la tension de crête à crête de plus de 1000 V, ce qui était mortel.

Maintenant, pensez simplement à alimenter une lampe CFL, un chargeur de téléphone ou une ampoule de 10 W avec cet onduleur, il explosera instantanément.

De nombreux modèles que j'ai trouvés sur Internet ont un condensateur haute tension en sortie en tant que charge, ce qui réduit les pointes de tension, mais cela ne fonctionnera pas non plus. Comme des pointes de 1000V peuvent souffler instantanément les condensateurs. Si vous le connectez à un chargeur d'ordinateur portable ou à un circuit SMPS, la varistance à oxyde de métal (MOV) à l'intérieur explosera instantanément.

Et avec ça, je peux continuer encore et encore avec les inconvénients toute la journée.

C'est la raison pour laquelle je ne recommande pas de construire et de travailler avec ces types de circuits car ils ne sont pas fiables, non protégés et peuvent vous nuire pour de bon. Bien qu'auparavant, nous construisions un onduleur qui n'est pas non plus assez bon pour des applications pratiques. Au lieu de cela, je vous dirai de dépenser un peu d'argent et d'acheter un onduleur commercial doté d'une tonne de fonctions de protection.

Amélioration supplémentaire

La seule amélioration qui peut être apportée à ce circuit est de le jeter complètement et de le modifier avec une technique appelée SPWM (Sine Pulse Width Modulation), et d'ajouter une compensation de fréquence de rétroaction appropriée, une protection contre les courts-circuits et plus encore. Mais c'est un sujet pour un autre projet qui arrive bientôt d'ailleurs.

Applications du circuit d'inverseur TL494

Après avoir lu tout cela si vous pensez à des applications, je vous dirai qu'en cas d'urgence, il peut être utilisé pour recharger votre téléphone portable et d'autres choses.

J'espère que vous avez aimé cet article et appris quelque chose de nouveau. Continuez à lire, continuez à apprendre, continuez à construire et je vous verrai dans le prochain projet.