Circuito inversor pwm usando tl494

Un inversor es un circuito que convierte la corriente continua (CC) en corriente alterna (CA). Un inversor PWM es un tipo de circuito que utiliza ondas cuadradas modificadas para simular los efectos de la corriente alterna (CA), que es adecuada para alimentar la mayoría de sus electrodomésticos. Digo la mayoría porque generalmente existen dos tipos de inversores, el primer tipo es el llamado inversor de onda cuadrada modificada, ya que el nombre lo indica, la salida es una onda cuadrada en lugar de una onda sinusoidal, no una onda sinusoidal pura, por lo que, si intenta alimentar motores de CA o TRIACS, causará diferentes problemas.

El segundo tipo se llama inversor de onda sinusoidal pura. Por lo tanto, se puede utilizar para todo tipo de aparatos de CA sin problemas. Obtenga más información sobre los diferentes tipos de inversores aquí.

Pero en mi opinión, no debería construir un inversor como un proyecto de bricolaje. Si está preguntando por qué, entonces siga adelante, y en este proyecto, construiré un circuito inversor PWM de onda cuadrada modificada simple utilizando el popular chip TL494 y explicaré los pros y los contras de dichos inversores y, al final, Veremos por qué no hacer un circuito inversor de onda cuadrada modificado como un proyecto de bricolaje.

¡ADVERTENCIA! Este circuito está construido y demostrado solo con fines educativos, y no se recomienda en absoluto construir y usar este tipo de circuito para electrodomésticos comerciales.

¡PRECAUCIÓN! Si está haciendo este tipo de circuito, tenga mucho cuidado con el alto voltaje y los picos de voltaje generados por la naturaleza no sinusoidal de la onda de entrada.

¿Cómo funciona un inversor?

Arriba se muestra un esquema muy básico del circuito inversor. Un voltaje positivo está conectado al pin central del transformador, que actúa como entrada. Y los otros dos pines están conectados con los MOSFET que actúan como interruptores.

Ahora, si habilitamos MOSFET Q1, al poner un voltaje en el terminal de la puerta, la corriente fluirá en una dirección de la flecha como se muestra en la imagen de arriba. Así también se inducirá un flujo magnético en la dirección de la flecha y el núcleo del transformador pasará el flujo magnético en la bobina secundaria, y obtendremos 220V en la salida.

Ahora, si deshabilitamos el MOSFET Q1 y habilitamos el MOSFET Q2, la corriente fluirá en la dirección de la flecha que se muestra en la imagen de arriba, invirtiendo así la dirección del flujo magnético en el núcleo. Obtenga más información sobre el funcionamiento de MOSFET aquí.

Ahora bien, todos sabemos que un transformador funciona mediante cambios de flujo magnético. Entonces, encender y apagar ambos MOSFET, uno invertido a otro y hacerlo 50 veces en un segundo, generará un buen flujo magnético oscilante dentro del núcleo del transformador y el flujo magnético cambiante inducirá un voltaje en la bobina secundaria como lo sabemos por la ley de Faraday. Y así funciona el inversor básico.

Inversor IC TL494

Ahora, antes de construir el circuito basado en el controlador TL494 PWM, aprendamos cómo funciona el controlador PWM TL494.

El TL494 IC tiene 8 bloques funcionales, que se muestran y describen a continuación.

1. Regulador de referencia de 5 V

La salida del regulador de referencia interna de 5 V es el pin REF, que es el pin 14 del IC. El regulador de referencia está allí para proporcionar un suministro estable para los circuitos internos como el flip-flop de dirección de pulso, el oscilador, el comparador de control de tiempo muerto y el comparador PWM. El regulador también se utiliza para controlar los amplificadores de error que son responsables de controlar la salida.

¡Nota! La referencia se programa internamente con una precisión inicial de ± 5% y mantiene la estabilidad en un rango de voltaje de entrada de 7 V a 40 V. Para voltajes de entrada menores a 7 V, el regulador se satura dentro de 1 V de la entrada y lo rastrea.

2. Oscilador

El oscilador genera y proporciona una onda de diente de sierra al controlador de tiempo muerto y a los comparadores PWM para varias señales de control.

La frecuencia del oscilador se puede ajustar mediante la selección de componentes de temporización R T y C T.

La frecuencia del oscilador se puede calcular mediante la siguiente fórmula

Fosc = 1 / (RT * CT)

Para simplificar, he hecho una hoja de cálculo, mediante la cual se puede calcular la frecuencia muy fácilmente.

¡Nota! La frecuencia del oscilador es igual a la frecuencia de salida solo para aplicaciones de un solo extremo. Para aplicaciones push-pull, la frecuencia de salida es la mitad de la frecuencia del oscilador.

3. Comparador de control de tiempo muerto

El tiempo muerto o, simplemente, el control de tiempo de inactividad proporciona el tiempo muerto mínimo o el tiempo de inactividad. La salida del comparador de tiempo muerto bloquea los transistores de conmutación cuando el voltaje en la entrada es mayor que el voltaje de rampa del oscilador. Aplicar un voltaje al pin DTC puede imponer un tiempo muerto adicional, proporcionando así un tiempo muerto adicional desde su mínimo de 3% a 100% ya que el voltaje de entrada varía de 0 a 3V. En términos simples, podemos cambiar el ciclo de trabajo de la onda de salida sin ajustar los amplificadores de error.

¡Nota! Una compensación interna de 110 mV asegura un tiempo muerto mínimo del 3% con la entrada de control de tiempo muerto conectada a tierra.

4. Amplificadores de error

Ambos amplificadores de error de alta ganancia reciben su polarización del riel de suministro VI. Esto permite un rango de voltaje de entrada de modo común de –0,3 V a 2 V menos que VI. Ambos amplificadores se comportan característicamente de un amplificador de fuente única de un solo extremo, en el sentido de que cada salida está activa solo alta.

5. Entrada de control de salida

La entrada de control de salida determina si los transistores de salida funcionan en modo paralelo o push-pull. Al conectar el pin de control de salida que es el pin-13 a tierra, los transistores de salida se configuran en modo de operación en paralelo. Pero al conectar este pin al pin 5V-REF configura los transistores de salida en modo push-pull.

6. Transistores de salida

El IC tiene dos transistores de salida internos que están en configuraciones de colector abierto y emisor abierto, mediante los cuales puede generar o absorber una corriente máxima de hasta 200 mA.

¡Nota! Los transistores tienen un voltaje de saturación de menos de 1,3 V en la configuración de emisor común y menos de 2,5 V en la configuración de emisor-seguidor.

Caracteristicas

• Circuito completo de control de potencia PWM
• Salidas no comprometidas para corriente de fuente o sumidero de 200 mA
• El control de salida selecciona la operación de un solo extremo o push-pull
• Los circuitos internos prohíben el doble pulso en cualquiera de las salidas
• El tiempo muerto variable proporciona control sobre el rango total
• El regulador interno proporciona un 5-V estable
• Suministro de referencia con 5% de tolerancia
• La arquitectura del circuito permite una sincronización sencilla

¡Nota! La mayor parte del esquema interno y la descripción de las operaciones se toman de la hoja de datos y se modifican hasta cierto punto para una mejor comprensión.

Componentes requeridos

Si. No	Partes	Tipo	Cantidad
1	TL494	IC	1
2	IRFZ44N	Mosfet	2
3	Terminal de tornillo	Terminal de tornillo 5mmx2	1
4	Terminal de tornillo	Terminal de tornillo 5mmx3	1
5	0,1 uF	Condensador	1
6	50.000, 1%	Resistor	2
7	560R	Resistor	2
8	10 mil, 1%	Resistor	2
9	150.000, 1%	Resistor	1
10	Tablero revestido	Genérico 50x 50mm	1
11	Disipador de calor PSU	Genérico	1

Esquema del circuito del inversor TL494

Construcción del circuito del inversor TL494CN

Para esta demostración, el circuito se construye en una PCB casera, con la ayuda de los archivos de diseño de PCB y esquemáticos. Tenga en cuenta que si se conecta una gran carga a la salida del transformador, una gran cantidad de corriente fluirá a través de las pistas de la PCB y existe la posibilidad de que las pistas se quemen. Por lo tanto, para evitar que se quemen los rastros de PCB, he incluido algunos puentes que ayudan a aumentar el flujo de corriente.

Cálculos

No hay muchos cálculos teóricos para este circuito inversor usando TL494. Pero hay algunos cálculos prácticos que haremos en la prueba de la sección del circuito.

Para calcular la frecuencia del oscilador se puede utilizar la siguiente fórmula.

Fosc = 1 / (RT * CT)

¡Nota! Para simplificar, se proporciona una hoja de cálculo mediante la cual puede calcular fácilmente la frecuencia del oscilador.

Prueba del circuito inversor TL494 PWM

Para probar el circuito, se utiliza la siguiente configuración.

1. Batería de plomo-ácido de 12V.
2. Un transformador que tiene un tap 6-0-6 y un tap 12-0-12
3. Bombilla incandescente de 100W como carga
4. Multímetro Meco 108B + TRMS
5. Multímetro Meco 450B + TRMS
6. Osciloscopio Hantek 6022BE
7. Y el Test-PCB en el que he conectado las sondas del osciloscopio.

Entrada MOSFET

Después de configurar el chip TL494, he medido la señal PWM de entrada a la puerta del MOSFET, como puede ver en la imagen a continuación.

La forma de onda de salida del transformador sin carga (he conectado otro transformador secundario para medir la forma de onda de salida)

Como puede ver en la imagen de arriba, el sistema consume alrededor de 12.97W sin carga adjunta.

Entonces, a partir de las dos imágenes anteriores, podemos calcular fácilmente la eficiencia del inversor con mucha facilidad.

La eficiencia ronda el 65%

Lo cual no está mal, pero tampoco es bueno.

Como puede ver, el voltaje de salida cae a la mitad de lo que entra en nuestra red comercial de CA.

Afortunadamente, el transformador que estoy usando contiene una cinta 6-0-6, junto con una cinta 12-0-12.

Entonces, pensé por qué no usar la cinta 6-0-6 para aumentar el voltaje de salida.

Como puede ver en la imagen de arriba, el consumo de energía sin carga es de 12.536W

Ahora el voltaje de salida del transformador está en niveles letales.

¡Precaución! Tenga especial cuidado al trabajar con voltajes altos. Esta cantidad de voltaje ciertamente puede matarlo.

Nuevamente, ingrese el consumo de energía cuando se conecta una bombilla de 100 W como carga

En este punto, las insignificantes sondas de mi multímetro no eran suficientes para pasar a través de 10,23 amperios de corriente, por lo que he decidido poner 1,5 mm2 de cable directamente en los terminales del multímetro.

El consumo de energía de entrada fue de 121,94 vatios.

Nuevamente, el consumo de energía de salida cuando se conecta una bombilla de 100 W como carga

La potencia de salida consumida por la carga fue de 80,70 W. Como pueden ver, la bombilla estaba brillando mucho, por eso la puse al lado de mi mesa.

Entonces, nuevamente, si calculamos la eficiencia, es alrededor del 67%

Y ahora la pregunta del millón de dólares permanece

¿Por qué NO hacer un circuito inversor de onda cuadrada modificado como un proyecto de bricolaje?

Ahora, después de ver los resultados anteriores, debe estar pensando que este circuito es lo suficientemente bueno, ¿verdad?

Déjame decirte que este no es el caso en absoluto porque

Primero que nada, la eficiencia es realmente muy pobre.

Dependiendo de la carga, la tensión de salida, la frecuencia de salida, y la forma de la onda cambios como no hay realimentación de compensación de frecuencia y sin filtro LC en la salida a las cosas limpias hasta.

En este momento, no puedo medir los picos de salida porque los picos matarán mi osciloscopio y la computadora portátil conectada. Y déjeme decirle que ciertamente hay picos enormes que está generando el transformador que sé al ver el video de Afrotechmods. Esto significa que conectar la salida del inversor a la terminal 6-0-6 V estaba alcanzando el voltaje pico a pico de más de 1000 V y eso es potencialmente mortal.

Ahora, solo piense en encender una lámpara CFL, un cargador de teléfono o una bombilla de luz de 10 W con este inversor, explotará instantáneamente.

Muchos diseños que he encontrado en Internet tienen un condensador de alto voltaje en la salida como carga, lo que reduce los picos de voltaje, pero eso tampoco va a funcionar. Como picos de 1000V pueden explotar instantáneamente los condensadores. Si lo conecta a un cargador de computadora portátil o un circuito SMPS, el varistor de óxido metálico (MOV) en el interior explotará instantáneamente.

Y con eso, puedo seguir y seguir con los contras todo el día.

Esta fue la razón por la que no recomiendo construir y trabajar con este tipo de circuitos, ya que no es confiable, no está protegido y puede dañarlo para siempre. Aunque anteriormente, construimos un inversor que tampoco es lo suficientemente bueno para aplicaciones prácticas. En cambio, le diré que gaste un poco de dinero y compre un inversor comercial que tenga un montón de funciones de protección.

Mejora adicional

La única mejora que se puede hacer a este circuito es desecharlo por completo y modificarlo con una técnica llamada SPWM (modulación de ancho de pulso sinusoidal), y agregar compensación de frecuencia de retroalimentación adecuada y protección contra cortocircuitos y más. Pero ese es un tema para otro proyecto que, por cierto, llegará pronto.

Aplicaciones del circuito inversor TL494

Después de leer todo esto, si estás pensando en aplicaciones, te lo diré en caso de emergencia, se puede usar para cargar tu computadora portátil y otras cosas.

Espero que les haya gustado este artículo y hayan aprendido algo nuevo. Sigue leyendo, sigue aprendiendo, sigue construyendo, y nos vemos en el próximo proyecto.