Obwód falownika czystej fali sinusoidalnej wykorzystujący IC 4047

Bardzo skuteczny obwód falownika o czystej fali sinusoidalnej można wykonać za pomocą układu IC 4047 i pary IC 555 wraz z kilkoma innymi elementami pasywnymi. Poznajmy szczegóły poniżej.

Koncepcja obwodu

W poprzednim poście omówiliśmy główne specyfikacje i karta katalogowa IC 4047 gdzie dowiedzieliśmy się, jak układ scalony można skonfigurować w prosty obwód falownika bez angażowania zewnętrznego obwodu oscylatora.

W tym artykule kontynuujemy projekt trochę naprzód i dowiadujemy się, jak można go ulepszyć do czystego obwodu falownika sinusoidalnego za pomocą kilku dodatkowych układów scalonych 555 wraz z istniejącym układem IC 4047.

Sekcja IC 4047 pozostaje w zasadzie taka sama i jest skonfigurowana w swoim normalnym, wolnym trybie pracy multiwibratora, z wyjściem rozszerzonym o stopień mosfet / transformator dla wymaganego napięcia 12V na napięcie sieciowe AC.

Jak działa IC 4047

IC 4047 generuje zwykłe fale prostokątne do podłączonych mosfetów, tworząc wyjście sieciowe na stronie wtórnej transformatora, które również ma postać prostokątnej fali AC.

Integracja dwóch układów scalonych 555 z powyższym stopniem całkowicie przekształca sygnał wyjściowy w czysty sinusoidalny prąd przemienny. Poniższe wyjaśnienie ujawnia sekret działania IC555 w powyższym.

Odnosząc się do pokazanego poniżej obwodu inwertera czystej fali sinusoidalnej IC 4047 (zaprojektowanego przeze mnie), możemy zobaczyć dwa identyczne stopnie IC 555, w których lewa sekcja działa jako sterowany prądem generator piłokształtny, a prawa sekcja jako sterowany prądem generator PWM .

Wyzwalanie obu układów scalonych 555 pochodzi z wyjścia oscylatora łatwo dostępnego na pinie # 13 układu IC 4047. Częstotliwość ta wynosiłaby 100 Hz, jeśli falownik jest przeznaczony do pracy z częstotliwością 50 Hz, i 120 Hz dla aplikacji 60 Hz.

Używanie IC 555 do generacji PWM

Lewa sekcja 555 generuje stałą falę piłokształtną na swoim kondensatorze, która jest podawana na wejście modulujące IC2 555, gdzie ten sygnał piłokształtny jest porównywany z sygnałem wysokiej częstotliwości z pinu 3 IC1 555, tworząc wymagany równoważnik PWM czystej fali sinusoidalnej na pinie # 3 z 555 IC2.

Powyższy PWM jest bezpośrednio stosowany do bramek mosfetów. tak, że kwadratowe impulsy generowane tutaj przez pin10 / 11 IC4047 są przerywane i „rzeźbione” zgodnie z zastosowanymi PWM.

Wynikowa moc wyjściowa do transformatora powoduje również zwiększenie czystej fali sinusoidalnej na drugorzędnym wyjściu sieciowym transformatora.

Wzór na obliczenie R1, C1 jest podany w tym artykule, który mówi nam również o szczegółach pinów IC 4047

W przypadku NE555 stopień C można wybrać w pobliżu 1uF, a R jako 1K.

Zakładany przebieg wyjściowy

Więcej informacji o tym, jak używać IC 555 do generowania PWM

Do powyższego projektu można dodać regulację RMS, wprowadzając sieć dzielnika napięcia potencjometru na pinie 5 i trójkątne wejście źródłowe, jak pokazano poniżej, projekt obejmuje również tranzystory buforowe w celu poprawy zachowania mosfet

Powyższa konstrukcja falownika sinusoidalnego została pomyślnie przetestowana przez pana Arun Dev, który jest jednym z zapalonych czytelników tego bloga i zapalonym elektronikiem. Poniższe przesłane przez niego zdjęcia potwierdzają jego wysiłki w tym samym kierunku.

Więcej opinii

Inspirująca odpowiedź otrzymana od pana Arun w sprawie powyższych wyników falownika IC 4047:

Po ukończeniu tego obwodu wynik był niesamowity. Pełną moc uzyskałem dzięki żarówce 100 W. Nie mogłem uwierzyć własnym oczom.

Jedyną różnicą, jaką poczyniłem w tym projekcie, było zastąpienie 180 K w drugim 555 potencjometrem 220 K w celu dokładnego dostosowania częstotliwości.

Tym razem wynik był owocny pod każdym względem ... Po wyregulowaniu potencjometru mogłem uzyskać niezakłócającą, niemigoczącą poświatę pełnej mocy w żarówce, a także podłączono transformator 230/15 V, ponieważ obciążenie dawało częstotliwość między 50 a 60 (powiedzmy 52 Hz).

Potencjometr został delikatnie wyregulowany, aby uzyskać wyjście wysokiej częstotliwości (powiedzmy 2 Khz) z pinu nr 3 drugiego układu scalonego 555. Sekcja CD4047 lepiej skalibrowana, aby uzyskać 52 Hz na dwóch zaciskach wyjściowych ....

Mam też prosty problem. Na stopniu wyjściowym zastosowałem mosfety IRF3205. Zapomniałem podłączyć diody bezpieczeństwa do zacisków spustowych każdego mosfetu ...

Kiedy więc próbowałem podłączyć inne obciążenie (powiedzmy wentylator stołowy) równolegle do danego obciążenia (żarówka 100 W), blask żarówki również trochę spadła prędkość wentylatora i jeden z MOSFET został przepalony z powodu brak diody.

Powyższy obwód falownika sinusoidalnego 4047 został również z powodzeniem wypróbowany przez pana Daniela Adusiego (biannz), który jest stałym gościem tego bloga i zapracowanym entuzjastą elektroniki. Oto zdjęcia przesłane przez niego weryfikujące wyniki:

Wyjście oscyloskopu fali piłokształtnej

Oświetlenie 100-watowej żarówki testowej

Poniższe obrazy pokazują zmodyfikowane przebiegi na wyjściu transformatora, uchwycone przez pana Daniela Adusie po podłączeniu kondensatora 0,22uF / 400V i odpowiednim obciążeniu.

Przebiegi są nieco trapezoidalne i są znacznie lepsze niż fala prostokątna, co wyraźnie pokazuje imponujące efekty przetwarzania PWM stworzonego przez stopnie IC555.

Przebiegi można by prawdopodobnie jeszcze bardziej wygładzić, dodając cewkę indukcyjną wraz z kondensatorem.

Pokazuje ślad oscyloskopu w pobliżu fali sinusoidalnej po filtracji PWM

Ciekawe opinie otrzymane od pana Johnsona Isaaca, który jest jednym z oddanych czytelników tego bloga:

Dobry dzień
W Twoim poście Pure Sine Wave Inverter przy użyciu 4047, w drugim stopniu I.c (ic.1) użyłeś rezystora 100 omów pomiędzy pinami 7 i 6,
Czy to jest poprawne? Zwykłem myśleć, że stabilny multiwibrator z konfiguracją pinów 555 powinien mieć 100 omów między pinem 7 i 6. Również zmienna 180k między pinem 8 (+) a pinem 7. Pls sprawdź połączenie pinów i popraw mnie. Ponieważ czasami oscyluje, a czasami też nie. Dzięki,
Isaac Johnson

Rozwiązywanie problemu z obwodem:

Moim zdaniem dla lepszej odpowiedzi można spróbować podłączyć dodatkowy rezystor 1k na zewnętrznym końcu 100 omów i pin6 / 2 układu IC1

Johnson:

Dziękuję bardzo za odpowiedź. Skonstruowałem falownik, który podałeś na swoim blogu i zadziałał.

Chociaż nie mam oscyloskopu do obserwowania przebiegu wyjściowego, ALE założę się, że czytelnicy, że jest dobry, ponieważ działała lampa fluorescencyjna, w której żaden przetwornik zmodyfikowany lub pwm nie może się włączyć.

Zobacz zdjęcie proszę pana. Ale moim wyzwaniem jest teraz, gdy dodaję obciążenie, wyjście czasami migocze. Ale cieszę się, że to fala sinusoidalna.

Prostsze opcje wyglądu

Następująca koncepcja omawia raczej prostszą metodę modyfikacji zwykłego falownika prostokątnego za pomocą układu IC 4047 w falownik sinusoidalny za pomocą technologii PWM. Pomysł został zgłoszony przez pana Philipa

Specyfikacja techniczna

Mam nadzieję, że nie będę przeszkadzał, ale potrzebuję porady dotyczącej modyfikowanego falownika sinusoidalnego sterowanego PWM, który projektuję, więc chcę zasięgnąć opinii eksperta.

Ten prosty projekt jest wstępny, jeszcze go nie wdrożyłem, ale chciałbym, żebyś się z nim przyjrzał i powiedział mi, co myślisz.

Chcę również, abyś pomógł odpowiedzieć na kilka pytań, na które nie byłem w stanie znaleźć odpowiedzi.

Pozwoliłem sobie załączyć obraz quasi-blokowego schematu mojego wstępnego projektu do rozważenia.

Proszę pomóż mi. Na diagramie plik IC CD4047 w falowniku jest odpowiedzialny za generowanie impulsów fali prostokątnej o częstotliwości 50 Hz, które będą używane do naprzemiennego włączania tranzystorów MOSFET Q1 i Q2.

Obwód PWM będzie oparty na układzie scalonym NE555, a jego wyjście zostanie zastosowane do bramki Q3, tak aby Q3 zapewniło PWM. Poza tym mam dwa pytania.

Po pierwsze, czy mogę używać fal prostokątnych do impulsów PWM? Po drugie, jaka jest zależność między częstotliwością PWM a częstotliwością zasilania? Jakiej częstotliwości PWM należy używać na wyjściu falownika 50 Hz?

Mam nadzieję, że ten projekt jest wykonalny, myślę, że jest wykonalny, ale chcę uzyskać opinię eksperta, zanim poświęcę skromne zasoby na jego realizację.

Czekamy na wiadomość od pana!

Z poważaniem, Philip

Rozwiązywanie żądania obwodu

Konfiguracja pokazana na drugim rysunku działałaby, ale tylko wtedy, gdyby mosfet PWM środkowego zaczepu został wymieniony na mosfet kanału p .

Sekcja PWM powinna być zbudowana tak, jak wyjaśniono w tym artykule:

PWM przekształca płaskie fale prostokątne w zmodyfikowaną falę prostokątną, dzieląc je na mniejsze obliczone sekcje, tak aby ogólna wartość skuteczna fali była jak najbardziej zbliżona do rzeczywistego odpowiednika sinusoidalnego, ale utrzymując poziom szczytowy równy rzeczywistemu wejściu fali prostokątnej . Koncepcji można poznać szczegółowo tutaj:

Jednak powyższa transformacja nie pomaga w eliminacji harmonicznych.

Częstotliwość PWM będzie zawsze miała postać przerywanych fal prostokątnych.

Częstotliwość PWM jest nieistotna i może mieć dowolną wysoką wartość, korzystnie w kHz.