Circuito inversor Pwm usando tl494

Um inversor é um circuito que converte corrente contínua (DC) em corrente alternada (AC). Um inversor PWM é um tipo de circuito que usa ondas quadradas modificadas para simular os efeitos da Corrente Alternada (CA), que é adequado para alimentar a maioria dos seus eletrodomésticos. Digo mais porque geralmente existem dois tipos de inversores, o primeiro tipo é o chamado inversor de onda quadrada modificado, pois o nome indica que a saída é uma onda quadrada em vez de uma onda senoidal, não uma onda senoidal pura, então, se você tentar alimentar motores CA ou TRIACS, isso causará problemas diferentes.

O segundo tipo é chamado de inversor de onda senoidal pura. Portanto, ele pode ser usado para todos os tipos de aparelhos AC sem nenhum problema. Saiba mais sobre os diferentes tipos de inversores aqui.

Mas, na minha opinião, você não deve construir um inversor como um projeto DIY. Se você está perguntando por quê ?, então continue! E, neste projeto, estarei construindo um circuito inversor PWM de onda quadrada modificada usando o popular chip TL494 e explicarei os prós e os contras de tais inversores e, no final, veremos por que não fazer um circuito inversor de onda quadrada modificado como um projeto DIY.

ATENÇÃO! Este circuito é construído e demonstrado apenas para fins educacionais e não é absolutamente recomendado construir e usar este tipo de circuito para aparelhos comerciais.

CUIDADO! Se você estiver fazendo este tipo de circuito, tenha muito cuidado com os picos de alta tensão e de tensão gerados pela natureza não senoidal da onda de entrada.

Como funciona um inversor?

Um esquema básico do circuito do inversor é mostrado acima. Uma tensão positiva é conectada ao pino do meio do transformador, que atua como uma entrada. E os outros dois pinos são conectados aos MOSFETs que atuam como interruptores.

Agora, se habilitarmos o MOSFET Q1, colocando uma tensão no terminal da porta, a corrente fluirá em uma direção da seta, conforme mostrado na imagem acima. Assim, um fluxo magnético também será induzido na direção da seta e o núcleo do transformador passará o fluxo magnético na bobina secundária, e obteremos 220V na saída.

Agora, se desativarmos o MOSFET Q1 e ativarmos o MOSFET Q2, a corrente fluirá na direção da seta mostrada na imagem acima, invertendo, assim, a direção do fluxo magnético no núcleo. Saiba mais sobre o funcionamento do MOSFET aqui.

Agora, todos nós sabemos que um transformador funciona por mudanças de fluxo magnético. Assim, ligar e desligar ambos os MOSFETs, um invertido para o outro e fazer isso 50 vezes por segundo, irá gerar um fluxo magnético oscilante agradável dentro do núcleo do transformador e a mudança do fluxo magnético irá induzir uma tensão na bobina secundária como sabemos pela lei do faraday. E é assim que o inversor básico funciona.

Inversor IC TL494

Agora, antes de construir o circuito com base no controlador PWM TL494, vamos aprender como funciona o controlador PWM TL494.

O IC TL494 tem 8 blocos funcionais, que são mostrados e descritos abaixo.

1. Regulador de referência de 5-V

A saída do regulador de referência interna de 5 V é o pino REF, que é o pino 14 do IC. O regulador de referência existe para fornecer um suprimento estável para circuitos internos, como flip-flop direcionador de pulso, oscilador, comparador de controle de tempo morto e comparador PWM. O regulador também é usado para acionar os amplificadores de erro que são responsáveis por controlar a saída.

Nota! A referência é programada internamente para uma precisão inicial de ± 5% e mantém a estabilidade em uma faixa de tensão de entrada de 7 V a 40 V. Para tensões de entrada menores que 7 V, o regulador satura dentro de 1 V da entrada e rastreia.

2. Oscilador

O oscilador gera e fornece uma onda dente de serra para o controlador de tempo morto e os comparadores PWM para vários sinais de controle.

A frequência do oscilador pode ser definido por selecção de componentes de temporização R T e C T.

A frequência do oscilador pode ser calculada pela fórmula abaixo

Fosc = 1 / (RT * CT)

Para simplificar, fiz uma planilha com a qual você pode calcular a frequência com muita facilidade.

Nota! A frequência do oscilador é igual à frequência de saída apenas para aplicações de terminação única. Para aplicações push-pull, a frequência de saída é metade da frequência do oscilador.

3. Comparador de controle de tempo morto

O tempo morto ou simplesmente dizer controle de tempo desligado fornece o tempo morto mínimo ou tempo desligado. A saída do comparador de tempo morto bloqueia a comutação de transistores quando a tensão na entrada é maior que a tensão de rampa do oscilador. Aplicar uma tensão ao pino DTC pode impor um tempo morto adicional, proporcionando assim um tempo morto adicional de seu mínimo de 3% a 100%, pois a tensão de entrada varia de 0 a 3V. Em termos simples, podemos alterar o ciclo de trabalho da onda de saída sem ajustar os amplificadores de erro.

Nota! Um deslocamento interno de 110 mV garante um tempo morto mínimo de 3% com a entrada de controle de tempo morto aterrada.

4. Amplificadores de erro

Ambos os amplificadores de erro de alto ganho recebem sua polarização do barramento de alimentação VI. Isso permite uma faixa de tensão de entrada de modo comum de –0,3 V a 2 V menor que VI. Ambos os amplificadores se comportam caracteristicamente como um amplificador de fonte única de terminação única, em que cada saída é ativa apenas alta.

5. Entrada de controle de saída

A entrada de controle de saída determina se os transistores de saída operam em paralelo ou no modo push-pull. Ao conectar o pino de controle de saída, que é o pino 13, ao aterramento, os transistores de saída estão no modo de operação paralelo. Mas ao conectar este pino ao pino 5V-REF define os transistores de saída no modo push-pull.

6. Transistores de saída

O IC tem dois transistores de saída interna que estão em configurações de coletor aberto e emissor aberto, pelos quais ele pode fornecer ou drenar uma corrente máxima de até 200mA.

Nota! Os transistores têm uma tensão de saturação de menos de 1,3 V na configuração de emissor comum e menos de 2,5 V na configuração de emissor-seguidor.

Características

Circuito de controle de energia PWM completo
Saídas não comprometidas para dissipação ou corrente de fonte de 200 mA
Controle de saída seleciona operação de extremidade única ou push-pull
Circuito interno proíbe pulso duplo em qualquer saída
O tempo morto variável fornece controle sobre a faixa total
Regulador interno fornece um 5-V estável
Fonte de referência com 5% de tolerância
A arquitetura do circuito permite fácil sincronização

Nota! A maior parte do esquema interno e da descrição das operações é retirada da folha de dados e modificada até certo ponto para melhor compreensão.

Componentes necessários

Sim. Não	Peças	Tipo	Quantidade
1	TL494	IC	1
2	IRFZ44N	Mosfet	2
3	Terminal Parafuso	Terminal de parafuso 5mmx2	1
4	Terminal Parafuso	Terminal de parafuso 5mmx3	1
5	0,1uF	Capacitor	1
6	50K, 1%	Resistor	2
7	560R	Resistor	2
8	10K, 1%	Resistor	2
9	150K, 1%	Resistor	1
10	Clad Board	Genérico 50x 50mm	1
11	Dissipador de calor PSU	Genérico	1

Esquemático do circuito do inversor TL494

Construção do circuito do inversor TL494CN

Para esta demonstração, o circuito é construído em um PCB caseiro, com a ajuda do esquema e dos arquivos de projeto do PCB. Observe que, se uma grande carga for conectada à saída do transformador, uma grande quantidade de corrente fluirá através dos traços do PCB e há uma chance de que os traços queimem. Portanto, para evitar que os traços de PCB queimem, incluí alguns jumpers que ajudam a aumentar o fluxo de corrente.

Cálculos

Não existem muitos cálculos teóricos para este circuito inversor usando TL494. Mas existem alguns cálculos práticos que faremos no teste da seção do circuito.

Para calcular a frequência do oscilador, a seguinte fórmula pode ser usada.

Fosc = 1 / (RT * CT)

Nota! Para simplificar, é fornecida uma planilha na qual você pode calcular facilmente a frequência do oscilador.

Testando o circuito inversor TL494 PWM

Para testar o circuito, a seguinte configuração é usada.

Bateria de chumbo-ácido 12V.
Um transformador que tem uma torneira 6-0-6 e uma torneira 12-0-12
Lâmpada incandescente de 100 W como carga
Meco 108B + multímetro TRMS
Multímetro Meco 450B + TRMS
Osciloscópio Hantek 6022BE
E o Test-PCB no qual conectei as pontas de prova do osciloscópio.

Entrada MOSFET

Após configurar o chip TL494, medi o sinal PWM de entrada para a porta do MOSFET, como você pode ver na imagem abaixo.

A forma de onda de saída do transformador sem carga (conectei outro transformador secundário para medir a forma de onda de saída)

Como você pode ver na imagem acima, o sistema desenha em torno de 12,97 W sem qualquer carga anexada.

Portanto, a partir das duas imagens acima, podemos calcular facilmente a eficiência do inversor.

A eficiência está em torno de 65%

O que não é ruim, mas também não é bom.

Como você pode ver, a tensão de saída cai para metade do que nossa entrada AC comercial.

Felizmente, o transformador que estou usando contém uma fita 6-0-6, junto com uma fita 12-0-12.

Então, pensei, por que não usar a fita 6-0-6 para aumentar a tensão de saída.

Como você pode ver na imagem acima, o consumo de energia sem carga é de 12,536W

Agora, a tensão de saída do transformador está em níveis letais

Cuidado! Seja extremamente cauteloso ao trabalhar com altas tensões. Essa quantidade de voltagem pode certamente matar você.

Novamente o consumo de energia de entrada quando uma lâmpada de 100 W é conectada como uma carga

A essa altura, as pequenas pontas de prova do meu multímetro não eram suficientes para passar por 10,23 amperes de corrente, então decidi colocar 1,5sqmm de fio diretamente nos terminais do multímetro.

O consumo de energia de entrada foi de 121,94 Watts

Mais uma vez, o consumo de energia de saída quando uma lâmpada de 100 W é conectada como uma carga

A potência de saída consumida pela carga foi de 80,70W. Como você pode ver, a lâmpada estava brilhando muito forte, por isso a coloquei ao lado da minha mesa.

Então, novamente, se calcularmos a eficiência, é cerca de 67%

E agora a pergunta de um milhão de dólares permanece

Por que NÃO fazer um circuito inversor de onda quadrada modificado como um projeto DIY?

Agora, depois de ver os resultados acima, você deve estar pensando que este circuito é bom o suficiente, certo?

Deixe-me dizer que este não é absolutamente o caso, porque

Em primeiro lugar, a eficiência é realmente muito baixa.

Dependendo da carga, a tensão de saída, a frequência de saída e a forma da onda mudam, pois não há compensação de frequência de feedback e nenhum filtro LC na saída para limpar as coisas.

No momento, não consigo medir os picos de saída porque eles vão matar meu osciloscópio e o laptop conectado. E deixe-me dizer-lhe que certamente existem picos enormes que estão sendo gerados pelo transformador que eu conheço assistindo ao vídeo do Afrotechmods. Isso significa que conectar a saída do inversor ao terminal 6-0-6 V estava atingindo a tensão de pico a pico de mais de 1000 V e isso é fatal.

Agora, basta pensar em ligar uma lâmpada CFL, um carregador de telefone ou uma lâmpada de 10 W com este inversor, ele explodirá instantaneamente.

Muitos projetos que encontrei na internet têm um capacitor de alta tensão na saída como carga, o que reduz os picos de tensão, mas isso também não vai funcionar. Como picos de 1000 V podem explodir instantaneamente os capacitores. Se você conectá-lo a um carregador de laptop ou a um circuito SMPS, o Varistor de óxido de metal (MOV) interno explodirá instantaneamente.

E com isso, posso continuar e continuar com os contras o dia todo.

Esse é o motivo pelo qual não recomendo construir e trabalhar com esses tipos de circuitos, pois eles não são confiáveis, não são protegidos e podem prejudicá-lo para sempre. Embora, anteriormente, nós construamos um inversor que também não é bom o suficiente para aplicações práticas. Em vez disso, direi para você gastar um pouco de dinheiro e comprar um inversor comercial que tem uma tonelada de recursos de proteção.

Aprimoramento adicional

O único aprimoramento que pode ser feito neste circuito é descartá-lo completamente e modificá-lo com uma técnica chamada SPWM (modulação senoidal de largura de pulso) e adicionar compensação de frequência de feedback adequada, proteção contra curto-circuito e muito mais. Mas isso é assunto para outro projeto que virá em breve.

Aplicações do circuito inversor TL494

Depois de ler tudo isso se você estiver pensando em aplicativos, então vou te dizer em caso de emergência, ele pode ser usado para carregar o laptop do telefone e outras coisas.

Espero que tenha gostado deste artigo e aprendido algo novo. Continue lendo, continue aprendendo, continue construindo e até o próximo projeto.