На микросхеме TL494 можно построить один из самых простых инверторов с чистой синусоидой на выходе.
Структура инвертора минимальна и содержит:
1. ШИМ на микросхеме U3 (TL494CN), формирующий импульсную последовательность с частотой около 83 кГц;
2. Генератор синусоидальных импульсов на операционном усилителе (ОУ) А1.1 с усилителем на ОУ А1.2;
3. Буферный мостовой импульсный усилитель мощности на двухуровневых драйверах (U1, U2), управляющих MOSFET-ключами VT2...VT5;
4. Фильтр ВЧ-составляющей (L1/C15).
Схема инвертора (рис.1) достаточно проста, как и принцип ее работы. Последовательность прямоугольных импульсов модулируется колебаниями синусоидальной формы - с выхода А1.2 на вход U3 (вывод 4 U3), "конвертирующий" уровень постоянного напряжения в длительность импульсов выходной последовательности на разнополярных выходах ШИМ (выводы 8 и 10 U3). В данном случае низкочастотные колебания (например, - 0Гц...400Гц) на выходе А1.2 имеют постоянную составляющую и воздействуют на вход U3, изменяя значение постоянного напряжения на этом входе, начальный уровень которого (длительности импульсов на выводах 8 и 10 будут равны) задается делителем R9, R10.
При отсутствии сигнала на входе U3, в диагонали мостового выходного каскада, образованного транзисторами VT2-VT5, так же будут присутствовать разнополярные, но равные по длительности импульсы, что обеспечит нулевой уровень постоянного напряжение на конденсаторе С15, предотвращая появление постоянного напряжения в нагрузке.
При наличии синусоидального сигнала на входе ШИМ, длительность суммарного положительного импульса (образованного в диагонали моста) на выходе инвертора будет меняться от минимума до максимума в соответствии с модулирующим синусоидальным сигналом (рис.2). Приэтом вершина синусоиды будет соответствовать максимальной ширине импульса, «дно» синусоиды (соответственно) — минимальной его длительности.
Были попытки подачи модулирующего сигнала на входы усилителей ошибки микросхемы TL494 (U3), тоже — приемлемый и проверенный вариант, но он мне показался менее эффективным за счет необходимости более тщательной настройки и не лучшего результата.
А1.2 кроме усилительных функций, способствует снижению влияние на схему генератора (А1.1), как и построение формирователя искусственной аналоговой «земли» (средней точки) именно по такой схеме (резисторы R11-R15, конденсаторы С7, С8).
При построении этого или другого импульсного устройства, особое внимание следует уделять компоновке и разводке схемы. Например, навесные компоненты генератора U3 должны монтироваться в непосредственной близости от выводов микросхемы с минимальной длиной соединений.
Корпуса драйверов U1, U2 должны монтироваться в непосредственной близости от U3, а транзисторы VT2-VT5 должны соединяться с выходами драйверов и общим (минусовым) проводом проводниками минимальной длины.
Дроссель Dr1 подбирался из тех, что применяются в качестве накопительных в схемах активных корректоров мощности (PFC) компьютерных блоков питания. В качестве L1 можно применить трансформаторы мощных обратноходовых импульсных БП (с использованием их первичных обмоток). Таким образом, индуктивность испытуемых дросселей составляла 0,4мГн...1,3 мГн. Лучшие результаты были получены с дросселями на броневых ферритовых сердечниках, обмотки которых выполнены литцендратом. В отличии от дросселей, выполненных на кольцевых (из порошкового железа) сердечниках, броневые меньше грелись и обеспечивали меньшие потери при коммутации, что выражалось в меньшем нагреве ключевых транзисторов.
Т.к. инвертор был собран в различных вариантах на макетных платах (за исключением мощных компонентов), испытания были ограничены нагрузкой до 300 Вт (пара галогенных ламп по 200Вт при максимальном выходном синусоидальном напряжении ~160В).
В качестве выходных ключей при испытаниях этой и прочих схем (описываемых здесь) применялись транзисторы (помимо указанных) IRFP460, IRF740, IRF840 (как в одиночном, так и в параллельном Х2 включении для каждого из ключей).
В качестве источника питания управляющей схемой инвертора можно использовать любой источник питания (лучше - развязанный от электросети) с выходным напряжением +13В...+15В.
Для получения выходного синусоидального напряжения ~220В необходимо в схему выходного каскада инвертора питать от PFC.
Схема инвертора не имеет фидбэка, который бы способствовал стабилизации синусоидального выходного напряжения, но он может быть реализован вводом обычной АРУ с выхода инвертора (точка соединения C15/L1) в цепи регулирования ПОС/ООС собственно генератора синусоиды, либо в цепи регулировки усиления дополнительного усилителя. Такой фидбэк проще всего выполнить применением оптронной или трансформаторной связи. При проектировании фидбэка выход инвертора стоит рассматривать, как умощненный выход генератора синусоиды. Стабилизацию выходной амплитуды можно осуществить и путем изменения несущей частоты (при снижении частоты амплитуда выходного напряжения возрастает и наоборот, — падает при росте частоты).
Частота ШИМ подбирается экспериментально.
