Obvod invertora čistej sínusovej vlny pomocou IC 4047

Veľmi efektívny invertorový obvod s čistou sínusovou vlnou je možné vyrobiť pomocou IC 4047 a dvojice IC 555 spolu s niekoľkými ďalšími pasívnymi komponentmi. Dozvieme sa podrobnosti nižšie.

Koncept okruhu

V predchádzajúcom príspevku sme diskutovali o hlavných špecifikácie a údajový list IC 4047 kde sme sa dozvedeli, ako je možné IC nakonfigurovať na jednoduchý obvod invertora bez zapojenia externého obvodu oscilátora.

V tomto článku pokračujeme v návrhu trochu dopredu a dozvieme sa, ako je možné ho vylepšiť na obvod invertora s čistou sínusovou vlnou pomocou niekoľkých ďalších integrovaných obvodov 555 spolu s existujúcim integrovaným obvodom 4040.

Sekcia IC 4047 zostáva v zásade rovnaká a je nakonfigurovaná v normálnom režime voľne fungujúceho multivibrátora s výstupom rozšíreným o stupeň mosfet / transformátor pre požadovanú konverziu zo siete 12V na AC.

Ako funguje IC 4047

IC 4047 generuje obvyklé štvorcové vlny do pripojených mosfetov a vytvára sieťový výstup na sekundárnom konci transformátora, ktorý je tiež vo forme štvorcového vlnenia AC.

Integrácia dvoch 555 IC do vyššie uvedeného stupňa úplne transformuje výstup na čistý sínusový prúd AC. Nasledujúce vysvetlenie odhaľuje tajomstvo, ktoré v pozadí vyššie uvedeného stojí za funkciou IC555.

S odkazom na nižšie zobrazený obvod invertora čistej sínusovej vlny IC 4047 (mnou navrhnutý) môžeme vidieť dva identické stupne IC 555, kde ľavá časť funguje ako prúdovo riadený generátor píl, zatiaľ čo pravá časť ako prúdovo riadený PWM generátor .

Spúšťanie obidvoch 555 integrovaných obvodov je odvodené z výstupu oscilátora, ktorý je ľahko dostupný na kolíku č. 13 IC 4047. Táto frekvencia by bola 100 Hz, ak je menič určený na prevádzku 50 Hz, a 120 Hz pre aplikácie 60 Hz.

Použitie IC 555 pre generáciu PWM

Ľavá časť 555 generuje na svojom kondenzátore konštantnú pílovú vlnu, ktorá sa privádza na modulačný vstup IC2 555, kde sa tento pílový signál porovnáva s vysokofrekvenčným signálom z kolíka 3 IC1 555, čím sa na kolíku # vytvorí požadovaný ekvivalent čistej sínusovej vlny PWM. 3 z 555 IC2.

Vyššie uvedený PWM sa priamo aplikuje na brány mosfetov. takže sa štvorcové impulzy generované prostredníctvom pin10 / 11 IC4047 sekajú a „vyrezávajú“ podľa použitých PWM.

Výsledný výstup do transformátora tiež spôsobí zosilnenie čistej sínusovej vlny na sieťovom sekundárnom výstupe transformátora.

Vzorec pre výpočet R1, C1 je uvedený v tomto článku, ktorý nám hovorí aj o detailoch zapojenia IC 4047

Pre NE555 stupeň C môže byť vybraný blízko 1uF a R ako 1K.

Predpokladaný výstupný priebeh

Viac informácií o spôsobe použitia IC 555 na generovanie PWM

K vyššie uvedenému návrhu by bolo možné pridať úpravu RMS zavedením siete deliča napätia cez pin5 a vstupu zdroja trojuholníka, ako je uvedené nižšie, návrh obsahuje aj vyrovnávacie tranzistory na zlepšenie správania mosfetov.

Vyššie uvedený dizajn invertora čistej sínusovej vlny úspešne otestoval pán Arun Dev, ktorý je jedným z vášnivých čitateľov tohto blogu a intenzívnym elektronickým nadšencom. Nasledujúce obrázky, ktoré poslal, dokazujú jeho úsilie o to isté.

Viac spätnej väzby

Inšpiratívna odpoveď od pána Aruna na vyššie uvedené výsledky invertora IC 4047:

Po absolvovaní tohto okruhu bol výsledok úžasný. Plný príkon som získal 100 W žiarovkou. Neveril vlastným očiam.

Jediný rozdiel, ktorý som v tomto prevedení urobil, bolo nahradenie 180 K v druhom 555 hrncom s 220 K, aby som presne nastavil frekvencie.

Výsledok bol tentokrát plodný vo všetkých ohľadoch ... Po nastavení hrnca by som mohol v žiarovke získať nerušivé, neblikajúce žiarenie s plným príkonom, tiež pripojený transformátor 230/15 V, pretože záťaž dávala frekvenciu medzi 50 a 60 (povedzme 52 Hz).

Potenciometr bol jemne upravený tak, aby získal vysokofrekvenčný (napríklad 2 Khz) výstup z kolíka č. 3 druhého ic 555. Sekcia CD4047 bola lepšie kalibrovaná na získanie 52 Hz na dvoch výstupných svorkách ....

Tiež čelím jednoduchému problému. Vo výstupnom štádiu som použil mosfety IRF3205. Zabudol som pripojiť bezpečnostné diódy cez odtokové svorky všetkých mosfetov ...

Takže keď som skúsil zapojiť paralelne s danou záťažou (100 W žiarovka) ďalšie zaťaženie (povedzme stolný ventilátor), trochu sa znížila žiara žiarovky aj rýchlosť ventilátora a jeden z MOSFET bol vyfúknutý kvôli neprítomnosť diódy.

Vyše 4047 obvodov sínusových vĺn úspešne vyskúšal aj pán Daniel Adusie (biannz), ktorý je pravidelným návštevníkom tohto blogu, a pracovitý elektronický nadšenec. Tu sú obrázky, ktoré odoslal pri overovaní výsledkov:

Výstup osciloskopu Sawtooth Waveform

Osvetlenie 100 W testovacej žiarovky

Nasledujúce obrázky ukazujú upravené priebehy na výstupe transformátora, ako ich zachytil pán Daniel Adusie po pripojení kondenzátora 0,22uF / 400V a vhodnej záťaže.

Krivky sú trochu lichobežníkové a sú oveľa lepšie ako štvorcové vlny, čo jasne ukazuje pôsobivé účinky spracovania PWM vytvoreného fázami IC555.

Tvary vĺn by sa pravdepodobne mohli ešte viac vyhladiť pridaním induktora spolu s kondenzátorom.

Zobrazuje sa stopa blízkeho sínusového osciloskopu po filtrácii PWM

Zaujímavá spätná väzba od pána Johnsona Isaaca, ktorý je jedným z oddaných čitateľov tohto blogu:

Dobrý deň
Vo svojom príspevku, Pure Sine Wave Inverter s použitím 4047, v druhom I.c stupni (ic.1) ste použili 100 ohmový odpor medzi pin 7 a 6.,
Je to správne? Myslel som si, že astabilný multivibrátor používajúci konfiguráciu 555 pinov by mal mať 100 ohmov medzi pinmi 7 a 6. Taktiež 180k premenná medzi pinom 8 (+) a pinom 7. Pls skontrolujte pripojenie pinov a opravte ma pls. Pretože niekedy kmitá a niekedy tiež nie. Vďaka,
Isaac Johnson

Riešenie problému s obvodom:

Podľa môjho názoru môžete pre lepšiu odozvu skúsiť pripojiť ďalší 1k rezistor cez vonkajší koniec 100 ohmov a pin6 / 2 na IC1.

Johnson:

Veľmi pekne ďakujem za odpoveď. Vlastne som skonštruoval invertor, ktorý ste uviedli vo svojom blogu, a fungoval.

Aj keď nemám osciloskop, ktorý by sledoval výstupný priebeh, ALE sa stavím, že sú jeho čítačky dobré, pretože fungoval so žiarivkou, do ktorej sa nemohol zapnúť žiadny upravený alebo pwm invertor.

Pozri obrázok pane. Ale mojou výzvou teraz je, keď pridám záťaž, výstup niekedy bliká. Ale som šťastný, že je to sínusoida.

Jednoduchšie vyzerajúce možnosti

Nasledujúca koncepcia popisuje pomerne jednoduchšiu metódu modifikácie bežného invertora s obdĺžnikovými vlnami pomocou IC 4047 na sínusový invertor pomocou technológie PWM. Túto myšlienku požadoval pán Philip

Technické špecifikácie

Dúfam, že sa nebudem trápiť, ale potrebujem radu s modifikovaným sínusovým invertorom riadeným PWM, ktorý navrhujem, takže si chcem vyžiadať váš odborný názor.

Tento jednoduchý dizajn je predbežný, zatiaľ som ho neimplementoval, ale bol by som rád, keby ste sa na neho pozreli a povedali mi, čo si myslíte.

Tiež by som chcel, aby ste mi pomohli odpovedať na niektoré otázky, na ktoré som nedokázal nájsť odpovede.

Dovolil som si pre vašu úvahu pripojiť obrázok kváziblokového diagramu môjho predbežného návrhu.

Prosím, pomôžte mi. Na diagrame je IC CD4047 v invertore je zodpovedný za generovanie impulzov štvorcových vĺn pri 50 Hz, ktoré sa použijú na striedavé zapínanie MOSFETOV Q1 a Q2.

Obvod PWM bude založený na IC NE555 a jeho výstup bude aplikovaný na bránu Q3, takže Q3 bude poskytovať PWM. Okrem toho mám dve otázky.

Najprv môžem použiť pre impulzy PWM štvorcové vlny? Po druhé, aký je vzťah medzi frekvenciou PWM a frekvenciou napájania? Akú frekvenciu PWM mám použiť pre výstup meniča 50 Hz?

Dúfam, že tento návrh je uskutočniteľný, myslím si, že je realizovateľný, ale chcem, aby ste pred vykonaním návrhu zaviazali obmedzené zdroje vykonaním vášho znaleckého posudku.

Teším sa na vás, pane!

S pozdravom Filip

Riešenie požiadavky na okruh

Konfigurácia zobrazená na druhom obrázku by fungovala, ale iba ak je mosadzný stredový kohútik PWM nahradený a p-kanálový mosfet .

Sekcia PWM by mala byť zostavená podľa pokynov v tomto článku:

PWM transformuje ploché štvorcové vlny na modifikovanú štvorcovú vlnu ich rozsekaním na menšie vypočítané úseky tak, aby sa celkový RMS krivky čo najviac priblížil skutočnému sínusovému náprotivku, pričom si zachová špičkovú hladinu rovnú skutočnému vstupu štvorcovej vlny . Tento koncept sa možno naučiť podrobne tu:

Vyššie uvedená transformácia však nepomáha eliminovať harmonické.

Frekvencia PWM bude vždy vo forme sekaných štvorcových vĺn.

Frekvencia PWM nie je dôležitá a môže mať akúkoľvek vyššiu hodnotu, najlepšie v kHz.