tl494を使用したPwmインバータ回路

インバーターは、直流（DC）を交流（AC）に変換する回路です。PWMインバータは用途がその回路の一種で交流（AC）の効果をシミュレートするために、方形波を変更し、あなたの家電製品のほとんどに電力を供給するのに適しています。ほとんどの場合、インバーターには2つのタイプが存在するため、最初のタイプはいわゆる修正方形波インバーターです。名前が示すように、出力は正弦波ではなく方形波であり、純粋な正弦波ではありません。、ACモーターまたはTRIACSに電力を供給しようとすると、さまざまな問題が発生します。

2番目のタイプは純粋な正弦波インバーターと呼ばれます。そのため、あらゆる種類のACアプライアンスに問題なく使用できます。さまざまなタイプのインバーターについて詳しくは、こちらをご覧ください。

しかし、私の意見では、DIYプロジェクトとしてインバーターを構築するべきではありません。理由をお尋ねの場合は、ぜひご利用ください。このプロジェクトでは、人気のTL494チップを使用して、簡単な修正方形波PWMインバーター回路を構築し、そのようなインバーターの長所と短所を説明します。最後に、DIYプロジェクトとして修正された方形波インバータ回路を作らない理由を見ていきます。

警告！この回路は教育目的でのみ構築およびデモンストレーションされており、このタイプの回路を商用機器に構築して使用することは絶対にお勧めしません。

注意！このタイプの回路を作成する場合は、入力波の非正弦波の性質によって生成される高電圧および電圧スパイクに特に注意してください。

インバーターはどのように機能しますか？

インバータ回路の非常に基本的な回路図を上に示します。正の電圧は、入力として機能しているトランスの中央のピンに接続されています。そして、他の2つのピンは、スイッチとして機能するMOSFETに接続されています。

ここで、MOSFET Q1を有効にすると、ゲート端子に電圧をかけることにより、上の画像に示すように、電流は矢印の一方向に流れます。したがって、磁束も矢印の方向に誘導され、トランスのコアが2次コイルの磁束を通過し、出力で220Vが得られます。

ここで、MOSFETQ1を無効にしてMOSFETQ2を有効にすると、電流は上の画像に示されている矢印の方向に流れ、コア内の磁束の方向が逆になります。MOSFETの動作について詳しくは、こちらをご覧ください。

今、私たちは皆、変圧器が磁束の変化によって機能することを知っています。したがって、両方のMOSFETをオンとオフに切り替え、一方を他方に反転させ、それを1秒間に50回行うと、トランスのコア内に優れた振動磁束が生成され、磁束の変化によって2次コイルに電圧が誘導されます。私たちはファラデーの法則によって知っています。そして、それが基本的なインバーターの仕組みです。

インバーターICTL494

TL494 PWMコントローラに基づいて回路を構築する前に、PWMコントローラTL494がどのように機能するかを学びましょう。

TL494 ICには8つの機能ブロックがあり、以下に示して説明します。

1.5Vリファレンスレギュレータ

5Vの内部リファレンスレギュレータ出力は、ICのピン14であるREFピンです。リファレンスレギュレータは、パルスステアリングフリップフロップ、発振器、デッドタイム制御コンパレータ、PWMコンパレータなどの内部回路に安定した電源を提供するためにあります。レギュレータは、出力の制御を担当するエラーアンプを駆動するためにも使用されます。

注意！リファレンスは内部で±5％の初期精度にプログラムされており、7V〜40Vの入力電圧範囲で安定性を維持します。7V未満の入力電圧の場合、レギュレータは入力の1 V以内で飽和し、それを追跡します。

2.オシレーター

発振器は鋸歯状波を生成し、さまざまな制御信号のデッドタイムコントローラとPWMコンパレータに提供します。

発振器の周波数は、タイミングコンポーネント選択して設定することができるR T及びC Tを。

発振器の周波数は次の式で計算できます

Fosc = 1 /（RT * CT）

簡単にするために、頻度を非常に簡単に計算できるスプレッドシートを作成しました。

注意！ 発振器周波数は、シングルエンドアプリケーションの場合のみ出力周波数と同じです。プッシュプルアプリケーションの場合、出力周波数は発振器周波数の半分です。

3.デッドタイムコントロールコンパレータ

デッドタイムまたは単にオフタイム制御は、最小のデッドタイムまたはオフタイムを提供します。デッドタイムコンパレータの出力は、入力の電圧が発振器のランプ電圧よりも大きい場合、スイッチングトランジスタをブロックします。DTCピンに電圧を印加すると、追加のデッドタイムが発生する可能性があるため、入力電圧が0から3Vまで変化するときに、最小の3％から100％まで追加のデッドタイムが発生します。簡単に言うと、エラーアンプを調整することなく、出力波のデューティサイクルを変更できます。

注意！ 110 mVの内部オフセットにより、デッドタイム制御入力が接地された状態で3％の最小デッドタイムが保証されます。

4.エラーアンプ

両方の高ゲインエラーアンプは、VI電源レールからバイアスを受け取ります。これにより、VIよりも–0.3 V〜2V低いコモンモード入力電圧範囲が可能になります。両方のアンプは、各出力がアクティブHighのみであるという点で、シングルエンドシングル電源アンプの特徴として動作します。

5.出力-制御入力

出力制御入力は、出力トランジスタがパラレルモードで動作するかプッシュプルモードで動作するかを決定します。13番ピンの出力制御ピンをグランドに接続することにより、出力トランジスタを並列動作モードに設定します。ただし、このピンを5V-REFピンに接続すると、出力トランジスタがプッシュプルモードに設定されます。

6.出力トランジスタ

このICには、オープンコレクタ構成とオープンエミッタ構成の2つの内部出力トランジスタがあり、最大200mAの最大電流をソースまたはシンクできます。

注意！トランジスタの飽和電圧は、エミッタ接地構成で1.3 V未満、エミッタ接地構成で2.5V未満です。

特徴

完全なPWM電力制御回路
200mAのシンクまたはソース電流のコミットされていない出力
出力制御はシングルエンドまたはプッシュプル動作を選択します
内部回路はどちらの出力でもダブルパルスを禁止します
可変デッドタイムにより、全範囲を制御できます
内部レギュレータは安定した5Vを提供します
公差が5％のリファレンスサプライ
回路アーキテクチャにより簡単な同期が可能

注意！内部の回路図と操作の説明のほとんどは、データシートから取得され、理解を深めるためにある程度変更されています。

必要なコンポーネント

Sl.No	部品	タイプ	量
1	TL494	IC	1
2	IRFZ44N	MOSFET	2
3	ネジ留め式端子	ネジ留め式端子5mmx2	1
4	ネジ留め式端子	ネジ留め式端子5mmx3	1
5	0.1uF	コンデンサ	1
6	50K、1％	抵抗器	2
7	560R	抵抗器	2
8	10K、1％	抵抗器	2
9	150K、1％	抵抗器	1
10	クラッドボード	ジェネリック50x50mm	1
11	PSUヒートシンク	ジェネリック	1

TL494インバータ回路図

TL494CNインバータ回路構造

このデモンストレーションでは、回路図とPCB設計ファイルを使用して、自家製のPCB上に回路を構築します。トランスの出力に大きな負荷が接続されていると、PCBトレースに大量の電流が流れ、トレースが焼損する可能性があることに注意してください。したがって、PCBトレースが焼損するのを防ぐために、電流の流れを増やすのに役立つジャンパーをいくつか含めました。

計算

TL494を使用したこのインバータ回路の理論計算は多くありません。しかし、回路セクションのテストで行ういくつかの実用的な計算があります。

発振器周波数の計算には、次の式を使用できます。

Fosc = 1 /（RT * CT）

注意！簡単にするために、発振器周波数を簡単に計算できるスプレッドシートが提供されています。

TL494PWMインバータ回路のテスト

回路をテストするために、次のセットアップが使用されます。

12V鉛蓄電池。
6-0-6タップと12-0-12タップの変圧器
負荷としての100W白熱電球
Meco 108B + TRMSマルチメータ
Meco 450B + TRMSマルチメータ
Hantek6022BEオシロスコープ
そして、私がオシロスコープのプローブを接続したTest-PCB。

MOSFET入力

TL494チップをセットアップした後、下の画像に示すように、MOSFETのゲートへの入力PWM信号を測定しました。

無負荷時のトランスの出力波形（出力波形を測定するために別の二次トランスを接続しました）

上の画像でわかるように、システムは負荷をかけずにワッピング12.97Wの周りを描画します。

したがって、上記の2つの画像から、インバータの効率を非常に簡単に計算できます。

効率は約65％です

これは悪くはありませんが、良くもありません。

ご覧のとおり、出力電圧は市販のACメイン入力の半分に低下します。

幸い、私が使用している変圧器には、12-0-12テーピングに加えて6-0-6テーピングが含まれています。

そこで、6-0-6テーピングを使って出力電圧を上げてみませんか。

上の写真からわかるように、無負荷時の消費電力は12.536Wです。

これで、変圧器の出力電圧は致命的なレベルになります

注意！高電圧で作業するときは特に注意してください。この量の電圧は確かにあなたを殺すことができます。

再度、100W電球を負荷として接続した場合の入力消費電力

この時点で、私のマルチメータの小さなプローブは、10.23アンペアの電流を通過させるのに十分ではなかったので、1.5平方メートルのワイヤをマルチメータの端子に直接入れることにしました。

入力消費電力は121.94ワットでした

ここでも、100W電球を負荷として接続した場合の出力消費電力

負荷が消費する出力電力は80.70Wでした。ご覧のとおり、電球がとても明るく輝いていたので、テーブルの横に置きました。

したがって、効率を計算すると、約67％になります。

そして今、百万ドルの問題が残っています

DIYプロジェクトとして修正方形波インバータ回路を作ってみませんか？

上記の結果を見た後、あなたはこの回路が十分に良いと思っているに違いありませんか？

私はあなたを教えてみましょう、これは絶対にすべてのケースではありませんので、

まず第一に、効率は本当に非常に悪いです。

応じて、負荷、出力電圧、出力周波数、及び波形の形状変化全くフィードバックが存在しないように周波数補償およびクリーン物事最大出力のNO LCフィルタが。

現時点では、出力スパイクを測定できません。これは、スパイクによってオシロスコープと接続されているラップトップが停止するためです。そして、Afrotechmodsのビデオを見て知っている変圧器によって生成されている巨大なスパイクが確かにあることをお伝えしましょう。これは、インバータ出力を6-0-6 V端子に接続すると、1000Vを超えるピークツーピーク電圧に達していたことを意味します。これは生命を脅かすものです。

今、ちょうどのパワーアップを考えるCFLランプ、携帯電話の充電器、または10W電球このインバータとを、それが即座に爆破されます。

私がインターネットで見つけた多くの設計では、負荷として出力に高電圧コンデンサがあり、電圧スパイクを低減しますが、それも機能しません。1000Vのスパイクは即座にコンデンサを吹き飛ばす可能性があるため。ノートパソコンの充電器またはSMPS回路に接続すると、内部の金属酸化物バリスタ（MOV）が瞬時に爆発します。

そしてそれで、私は一日中短所を続けることができます。

これが、信頼性が低く、保護されておらず、永久に害を及ぼす可能性があるため、これらのタイプの回路を構築して使用することをお勧めしない理由です。以前は、実際のアプリケーションには不十分なインバーターを製造していました。代わりに、私はあなたに少しのお金を使って、たくさんの保護機能を持っている商用インバーターを買うようにあなたに言うでしょう。

さらなる強化

この回路に実行できる唯一の拡張機能は、回路を完全に破棄し、SPWM（Sine Pulse Width Modulation）と呼ばれる手法で変更し、適切なフィードバック周波数補償と短絡保護などを追加することです。しかし、それは間もなくやってくる別のプロジェクトの主題です。

TL494インバータ回路の応用

あなたがアプリケーションについて考えているならば、これをすべて読んだ後、私は緊急時にあなたに話します、それはあなたの電話のラップトップと他のものを充電するために使われることができます。

この記事が気に入って、何か新しいことを学んだことを願っています。読み続け、学び続け、構築し続けてください。次のプロジェクトでお会いしましょう。