Circuitul invertorului cu undă sinusoidală pură utilizând IC 4047

Un circuit invertor cu undă sinusoidală pură foarte eficient poate fi realizat folosind IC 4047 și un cuplu IC 555 împreună cu alte câteva componente pasive. Să aflăm detaliile de mai jos.

Conceptul de circuit

În postarea anterioară am discutat despre principal specificații și fișa tehnică a IC 4047 unde am aflat cum IC-ul ar putea fi configurat într-un circuit invertor simplu, fără a implica niciun circuit oscilator extern.

În acest articol, continuăm proiectarea puțin înainte și aflăm cum poate fi îmbunătățit într-un circuit invertor cu undă sinusoidală pură folosind câteva IC-uri 555 suplimentare împreună cu IC-ul 4047 existent.

Secțiunea IC 4047 rămâne practic aceeași și este configurată în modul normal multivibrator cu funcționare liberă, cu ieșirea extinsă cu etapa mosfet / transformator pentru conversia necesară de 12V la rețeaua de curent alternativ.

Cum funcționează IC 4047

IC 4047 generează undele pătrate obișnuite către mosfeturile conectate, creând o ieșire de rețea la secundarul transformatorului, care este, de asemenea, sub formă de undă pătrată AC.

Integrarea celor două 555 IC în stadiul de mai sus transformă complet ieșirea într-o undă sinusoidală pură AC. Următoarea explicație dezvăluie secretul din spatele funcționării IC555 pentru cele de mai sus.

Referindu-ne la circuitul invertor cu undă sinusoidală IC 4047 prezentat mai jos (proiectat de mine), putem vedea două etape IC 555 identice, în care secțiunea din stânga funcționează ca un generator de dinți de ferăstrău controlat de curent, în timp ce secțiunea din dreapta ca un generator de curent PWM controlat .

Declanșarea ambelor IC-uri 555 este derivată din ieșirea oscilatorului disponibilă ușor pe pinul 13 al IC 4047. Această frecvență ar fi de 100Hz dacă invertorul este destinat operațiilor de 50Hz și 120Hz pentru aplicațiile de 60Hz.

Utilizarea IC 555 pentru generația PWM

Secțiunea 555 din stânga generează o undă constantă din dinte de ferăstrău pe condensatorul său, care este alimentată la intrarea de modulare a IC2 555, unde acest semnal din dinte de ferăstrău este comparat cu semnalul de înaltă frecvență de la pinul 3 al IC1 555, creând echivalentul necesar al undei sinusoidale PWM la pinul # 3 din 555 IC2.

PWM de mai sus se aplică direct la porțile mosfetelor. astfel încât impulsurile pătrate generate aici prin pinul 10/11 din IC4047 să fie tăiate și „sculptate” conform PWM-urilor aplicate.

Ieșirea rezultată către transformator face ca o undă sinusoidală pură să fie intensificată la ieșirea secundară de curent alternativ a transformatorului.

Formula pentru calcularea R1, C1 este dată în acest articol, care ne spune și despre detaliile pinout ale IC 4047

Pentru etapa NE555, C poate fi selectat lângă 1uF și R ca 1K.

Forma de undă de ieșire presupusă

Mai multe informații despre modul de utilizare IC 555 pentru generarea PWM

O ajustare RMS ar putea fi adăugată la designul de mai sus prin introducerea unei rețele de divizare a tensiunii potului prin pinul 5 și intrarea sursei triunghiului, așa cum se arată mai jos, designul include, de asemenea, tranzistori tampon pentru îmbunătățirea comportamentului mosfet

Designul invertorului cu undă sinusoidală pură de mai sus a fost testat cu succes de domnul Arun Dev, care este unul dintre cititorii avizi ai acestui blog și un intens hobbyist electronic. Următoarele imagini trimise de el dovedesc eforturile sale pentru același lucru.

Mai multe feedback-uri

Răspuns inspirat primit de la domnul Arun cu privire la rezultatele invertorului IC 4047 de mai sus:

După finalizarea acestui circuit, rezultatul a fost uimitor. Am o putere totală de becul de 100 W. Nu mi-a venit să cred ochilor mei.

Singura diferență pe care am făcut-o în acest design a fost înlocuirea celor 180 K din al doilea 555 cu un pot de 220 K pentru a regla frecvențele cu precizie.

De data aceasta, rezultatul a fost fructuos din toate punctele de vedere ... La reglarea potului, am putut obține o lumină non-deranjantă, care nu pâlpâie, în bec, de asemenea, transformatorul de 230/15 V conectat, deoarece sarcina a dat o frecvență între 50 și 60 (să zicem 52 Hz).

Potul a fost ajustat ușor pentru a obține o ieșire de înaltă frecvență (să zicem 2 Khz) de la pinul 3 al celui de-al doilea ic 555. Secțiunea CD4047 este mai bine calibrată pentru a obține 52 Hz la cele două terminale de ieșire ....

De asemenea, mă confrunt cu o problemă simplă. Am folosit mosfete IRF3205 în etapa de ieșire. Am uitat să conectez diodele de siguranță la bornele de scurgere ale fiecărui mosfet ...

Deci, când am încercat să conectez o altă încărcare (să spunem ventilator de masă) în paralel cu sarcina dată (bec de 100 W), strălucirea becului, de asemenea, viteza ventilatorului a fost redusă puțin și unul din MOSFET a fost suflat din cauza absența diodei.

Circuitul invertorului cu undă sinusoidală de 4047 de mai sus a fost încercat cu succes și de domnul Daniel Adusie (biannz), care este un vizitator obișnuit al acestui blog și un entuziast harnic al electronicii. Iată imaginile trimise de acesta verificând rezultatele:

Ieșire osciloscop cu formă de undă din dinte de ferăstrău

Iluminarea unui bec de 100 Watt

Următoarele imagini arată formele de undă modificate la ieșirea transformatorului, astfel cum au fost capturate de dl. Daniel Adusie după conectarea unui condensator 0.22uF / 400V și a unei sarcini adecvate.

Formele de undă sunt oarecum trapezoidale și sunt mult mai bune decât o undă pătrată, care arată clar efectele impresionante ale procesării PWM create de etapele IC555.

Formele de undă ar putea fi, probabil, și mai netezite prin adăugarea unui inductor împreună cu condensatorul.

Se afișează o urmă a osciloscopului Sinewave după filtrarea PWM

Feedback interesant primit de la domnul Johnson Isaac, care este unul dintre cititorii dedicați ai acestui blog:

O zi buna
În postarea dvs., Pure Sine Wave Inverter folosind 4047, în a doua etapă I.c (ic.1) ați utilizat rezistor de 100 ohmi între pinul 7 și 6.,
Este corect? Cred că un multivibrator astabil care utilizează configurația de 555 pini ar trebui să aibă 100 ohmi între pinul 7 și 6. De asemenea, variabila de 180k între pinul 8 (+) și pinul 7. Pls verifică conexiunea pinului și corectează-mi pls. Pentru că uneori oscilează și uneori nu. Mulțumiri,
Isaac Johnson

Rezolvarea problemei circuitului:

În opinia mea, pentru un răspuns mai bun, puteți încerca să conectați un rezistor suplimentar de 1 k pe capătul exterior de 100 ohmi și pinul 6/2 al IC1

Johnson:

Mulțumesc foarte mult pentru răspunsul tău. De fapt, am construit invertorul pe care l-ați dat în blogul dvs. și a funcționat.

Deși nu am un osciloscop pentru a observa forma de undă de ieșire, DAR pariez că cititorii sunt buni pentru că a funcționat o lampă fluorescentă în care orice invertor modificat sau pwm nu poate porni.

Vezi poza domnule. Dar provocarea mea este acum când adaug sarcină, ieșirea pâlpâie uneori. Dar sunt fericit că este o undă sinusoidală.

O opțiune mai simplă

Următorul concept prezintă o metodă destul de simplă de modificare a unui invertor obișnuit de undă pătrată folosind IC 4047 într-un invertor cu undă sinusoidală prin tehnologia PWM. Ideea a fost cerută de domnul Philip

Specificatii tehnice

Sper că nu mă deranjează, dar am nevoie de câteva sfaturi cu un invertor cu undă sinusoidală modificat controlat de PWM pe care îl proiectez, așa că vreau să vă cer părerea expertului.

Acest design simplu este provizoriu, nu l-am implementat încă, dar aș dori să aruncați o privire și să-mi spuneți ce părere aveți.

De asemenea, vreau să vă ajutați să răspundeți la câteva întrebări la care nu am putut găsi răspunsuri.

Mi-am luat libertatea de a atașa o imagine a unei diagrame cvasi-bloc a proiectului meu provizoriu pentru considerarea dumneavoastră.

Te rog ajuta-ma. În diagramă, IC CD4047 în invertor este responsabil pentru generarea impulsurilor de undă pătrată la 50Hz care vor fi utilizate pentru a porni alternativ MOSFETS Q1 și Q2.

Circuitul PWM se va baza pe IC NE555 și ieșirea sa va fi aplicată la poarta Q3, astfel încât Q3 să furnizeze PWM. Pe lângă asta, am două întrebări.

În primul rând, pot folosi unde pătrate pentru impulsurile PWM? În al doilea rând, care este relația dintre frecvența PWM și frecvența de alimentare? Ce frecvență PWM ar trebui să folosesc pentru o ieșire invertor de 50Hz?

Sper că acest design este fezabil, cred că este fezabil, dar îmi doresc opinia ta de expert înainte să angajez resurse limitate pentru implementarea proiectului.

Aștept cu nerăbdare să auzim de la dvs.

Cu stimă, Philip

Rezolvarea cererii de circuit

Configurația prezentată în a doua figură ar funcționa, dar numai dacă butonul central Pfet MOSF este înlocuit cu un p-canal mosfet .

Secțiunea PWM ar trebui să fie construită așa cum este explicat în acest articol:

PWM transformă undele pătrate plate într-o undă pătrată modificată prin tăierea lor în secțiuni calculate mai mici astfel încât RMS-ul general al formei de undă să devină cât mai aproape posibil de un omolog sinus real, menținând totuși nivelul de vârf egal cu intrarea efectivă a undei pătrate . Conceptul poate fi învățat în detalii Aici:

Cu toate acestea, transformarea de mai sus nu ajută la eliminarea armonicelor.

Frecvența PWM va fi întotdeauna sub formă de unde pătrate tăiate.

Frecvența PWM este imaterială și poate avea orice valoare ridicată, de preferință în kHz.