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)是因為一般存在兩種類型的逆變器，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或TRIACS供電，它會引起不同的問題。
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)該建立一個逆變器作為一個DIY項目。如果你問為什么?，然后繼續(xù)前進!，在這個項目中，我將通過使用流行的TL494芯片構(gòu)建一個簡單的修改方波PWM逆變器電路，并解釋這種逆變器的優(yōu)缺點，最后，我們將看到為什么不將修改方波逆變器電路作為DIY項目。
警告!本電路的構(gòu)建和演示僅用于教育目的，絕對不建議構(gòu)建和使用這種類型的電路用于商業(yè)設(shè)備。
謹慎!如果您正在制作這種類型的電路，請?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。另外兩個引腳與充當開關(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，如上圖所示。這樣在箭頭方向也會感應(yīng)到一個磁通，變壓器鐵心會通過二次線圈的磁通，我們在輸出處得到220V。
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，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mosfet，一個倒轉(zhuǎn)到另一個，在一秒鐘內(nèi)做50次，將在變壓器的核心內(nèi)部產(chǎn)生一個很好的振蕩磁通量，改變的磁通量將在次級線圈中感應(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)時間控制比較器和PWM比較器。該調(diào)節(jié)器還用于驅(qū)動負責控制輸出的誤差放大器。
注意!該基準內(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)時間控制器和用于各種控制信號的PWM比較器。
振蕩器的頻率可以通過選擇定時元件RT和CT來設(shè)定。
振蕩器的頻率可以用下面的公式計算
為了簡單起見，我做了一個電子表格，通過它你可以很容易地計算頻率。
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
停機時間或者簡單地說停機時間控制提供最小的停機時間或停機時間。當輸入電壓大于振蕩器的斜坡電壓時，死區(qū)比較器的輸出將阻塞開關(guān)晶體管。對DTC引腳施加電壓可以施加額外的死區(qū)時間，從而在輸入電壓從0到3V變化時提供從最小3%到100%的額外死區(qū)時間。簡單來說，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)時間最小為3%，死區(qū)時間控制輸入接地。
4. 誤差放大器
兩個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。兩個放大器的特性都是單端單電源放大器，因為每個輸出都是高電平。
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)時間提供對總范圍的控制
?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)計文件。請注意，如果大負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。
計算
使用TL494進行逆變電路的理論計算并不多。但是在電路部分的測試中我們會做一些實際的計算。
要計算振蕩器頻率，可以使用下面的公式。
注意!為了簡單起見，給出了一個電子表格，你可以很容易地計算振蕩器的頻率。
TL494 PWM逆變電路的測試
為了測試電路，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試pcb。
MOSFET的輸入
設(shè)置好TL494芯片后，我測量了輸入到MOSFET柵極的PWM信號，如下圖所示。
變壓器空載輸出波形(我已連接另一臺二次變壓器測量輸出波形)
正如您在上圖中所看到的，在沒有任何負載的情況下，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，無負載的功耗為12.536W
現(xiàn)在變壓器的輸出電壓達到了致命的水平
謹慎!在高壓下工作時要格外小心。這么高的電壓肯定會害死你。
再次輸入功率消耗時，連接一個100W燈泡作為負載
在這一點上，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入萬用表端子。
輸入功耗為121.94瓦
再一次輸出功率消耗時，一個100W的燈泡作為負載連接
負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。
如果我們再計算一下效率，大約是67%
現(xiàn)在最重要的問題依然存在
為什么不做一個改進的方波逆變電路作為一個DIY項目?
現(xiàn)在看了上面的結(jié)果，你一定認為這個電路足夠好，對嗎?
讓我告訴你這絕對不是事實，因為
首先，效率真的很差。
根據(jù)負載，輸出電壓，輸出頻率和波形的形狀變化，因為在輸出端沒有反饋頻率補償，也沒有LC濾波器來清理東西。
此時，我無法測量輸出尖峰，因為尖峰會殺死我的示波器和連接的筆記本電腦。讓我告訴你，確實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，只要想想用這個逆變器給節(jié)能燈、手機充電器或10W燈泡通電，它就會立刻爆炸。
我在互聯(lián)網(wǎng)上找到的許多設(shè)計在輸出端有一個高壓電容器作為負載，這可以減少電壓尖峰，但這也行不通。因為1000V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，因為它不可靠，不受保護，并且可能永遠傷害你。雖然以前，我們構(gòu)建的逆變器也不夠好，不能用于實際應(yīng)用。相反，我會告訴你花一點錢，買一個商業(yè)逆變器，有大量的保護功能。
進一步增強
唯一可以對該電路進行增強的是完全扔掉它，并使用SPWM(正弦脈寬調(diào)制)技術(shù)對其進行修改，并添加適當?shù)姆答侇l率補償和短路保護等。但這是另一個項目的主題，這個項目很快就會推出。
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，那么我會告訴你在緊急情況下，它可以用來給你的手機，筆記本電腦和其他東西充電。
本文編譯自circuitdigest
下載文檔
