Obvod střídače čisté sinusové vlny pomocí IC 4047

Pomocí IC 4047 a dvojice IC 555 spolu s několika dalšími pasivními součástmi lze vytvořit velmi efektivní invertorový obvod čisté sinusové vlny. Naučme se níže podrobnosti.

Koncept okruhu

V předchozím příspěvku jsme diskutovali hlavní specifikace a datový list IC 4047 kde jsme se dozvěděli, jak lze IC nakonfigurovat na jednoduchý obvod invertoru bez zapojení jakéhokoli externího obvodu oscilátoru.

V tomto článku pokračujeme v návrhu trochu dopředu a naučíme se, jak jej lze vylepšit do čistého sinusového invertorového obvodu pomocí několika dalších integrovaných obvodů 555 spolu se stávajícím integrovaným obvodem 4040.

Sekce IC 4047 zůstává v zásadě stejná a je konfigurována v normálním režimu volného běhu multivibrátoru s výstupem rozšířeným o Mosfet / transformátorový stupeň pro požadovanou konverzi 12V na AC.

Jak IC 4047 funguje

IC 4047 generuje obvyklé obdélníkové vlny do připojených mosfetů a vytváří síťový výstup na sekundárním transformátoru, který je také ve formě obdélníkového střídavého proudu.

Integrace dvou 555 IC do výše uvedeného stupně zcela transformuje výstup na čistý sinusový střídavý proud. Následující vysvětlení odhaluje tajemství funkce IC555 pro výše uvedené.

S odkazem na níže zobrazený obvod invertoru čisté sinusové vlny IC 4047 (navržený mnou) můžeme vidět dva identické stupně IC 555, kde levá část funguje jako proudově řízený generátor pilových zubů, zatímco pravá část jako proudově řízený generátor PWM .

Spouštění obou 555 integrovaných obvodů je odvozeno z výstupu oscilátoru, který je snadno k dispozici na pinu č. 13 IC 4047. Tato frekvence by byla 100 Hz, pokud je střídač určen pro provoz 50 Hz, a 120 Hz pro aplikace 60 Hz.

Použití IC 555 pro generování PWM

Levá sekce 555 generuje na svém kondenzátoru konstantní pilovou vlnu, která je přiváděna na modulační vstup IC2 555, kde je tento pilovitý signál porovnáván s vysokofrekvenčním signálem z kolíku 3 IC1 555 a vytváří požadovaný ekvivalent čisté sinusové vlny PWM na kolíku # 3 z 555 IC2.

Výše uvedený PWM se přímo aplikuje na brány mosfetů. takže čtvercové pulzy zde generované prostřednictvím pin10 / 11 IC4047 se rozsekají a „vyřezávají“ podle aplikovaných PWM.

Výsledný výstup do transformátoru také způsobí zvýšení čisté sinusové vlny na sekundárním výstupu střídavého proudu transformátoru.

Vzorec pro výpočet R1, C1 je uveden v tomto článku, který nám také říká o podrobnostech pinoutu IC 4047

Pro NE555 může být stupeň C zvolen poblíž 1uF a R jako 1K.

Předpokládaný výstupní průběh

Více informací o použití IC 555 pro generování PWM

K výše uvedenému návrhu by mohla být přidána úprava RMS zavedením sítě děliče napětí napětí přes pin5 a vstup zdroje trojúhelníku, jak je uvedeno níže, návrh také zahrnuje vyrovnávací tranzistory pro zlepšení chování mosfetů

Výše uvedený design čistého sinusového měniče byl úspěšně otestován panem Arun Devem, který je jedním z vášnivých čtenářů tohoto blogu a intenzivním elektronickým fandem. Následující obrázky, které poslal, dokazují jeho úsilí o totéž.

Více zpětné vazby

Inspirativní odpověď od pana Aruna týkající se výše uvedených výsledků střídače IC 4047:

Po dokončení tohoto okruhu byl výsledek úžasný. Plný příkon jsem získal 100 W žárovkou. Nemohl jsem uvěřit mým očím.

Jediným rozdílem, který jsem v této konstrukci udělal, bylo nahrazení 180 K ve druhém 555 hrncem 220 K pro přesné nastavení frekvencí.

Tentokrát byl výsledek plodný ve všech ohledech ... Při nastavování hrnce jsem mohl v žárovce získat nerušivé, neblikající zářič s plným příkonem, také 230/15 V transformátor připojený, protože zátěž poskytovala frekvenci mezi 50 a 60 (řekněme 52 Hz).

Pot byl jemně upraven tak, aby získal vysokofrekvenční (řekněme 2 Khz) výstup z pinu č. 3 druhého ic 555. Sekce CD4047 byla lépe kalibrována, aby získala 52 Hz na dvou výstupních svorkách ....

Také čelím jednoduchému problému. Ve výstupní fázi jsem použil mosfety IRF3205. Zapomněl jsem připojit bezpečnostní diody přes odtokové svorky každého mosfetu ...

Takže když jsem se pokusil připojit další zátěž (řekněme stolní ventilátor) souběžně s danou zátěží (100 W žárovka), záře žárovky i rychlost ventilátoru se trochu snížila a jeden z MOSFET byl vyhozen kvůli absence diody.

Výše uvedený obvod střídače sinusových vln 4047 úspěšně vyzkoušel také pan Daniel Adusie (biannz), který je pravidelným návštěvníkem tohoto blogu, a pracovitý elektronický nadšenec. Zde jsou obrázky, které poslal při ověřování výsledků:

Výstup osciloskopu Sawtooth Waveform

Osvětlení 100 Wattové žárovky

Následující obrázky ukazují upravené průběhy na výstupu transformátoru, jak je zachytil pan Daniel Adusie po připojení kondenzátoru 0,22uF / 400V a vhodné zátěže.

Tvary vln jsou poněkud lichoběžníkové a jsou mnohem lepší než čtvercová vlna, která jasně ukazuje působivé účinky zpracování PWM vytvořeného fázemi IC555.

Tvary vln lze pravděpodobně ještě dále vyhladit přidáním induktoru spolu s kondenzátorem.

Zobrazuje se stopa blízkého sinusového osciloskopu po filtraci PWM

Zajímavá zpětná vazba od pana Johnsona Isaaca, který je jedním z oddaných čtenářů tohoto blogu:

Dobrý den
Ve svém příspěvku, Pure Sine Wave Inverter s použitím 4047, ve druhém I.c stupni (ic.1) jste použili 100 ohmový rezistor mezi pinem 7 a 6.,
Je to správně? Myslím, že astabilní multivibrátor používající konfiguraci 555 pinů by měl mít 100 ohmů mezi pinem 7 a 6. Také proměnná 180k mezi pinem 8 (+) a pinem 7. Pls zkontrolujte připojení kolíku a opravte mě pls. Protože někdy osciluje a někdy také není. Dík,
Isaac Johnson

Řešení problému s okruhem:

Podle mého názoru můžete pro lepší odezvu zkusit připojit další 1k rezistor přes vnější konec 100 ohmů a pin6 / 2 IC1

Johnson:

Velice vám děkuji za odpověď. Vlastně jsem zkonstruoval invertor, který jste uvedli ve svém blogu, a fungoval.

I když nemám osciloskop, který by sledoval výstupní křivku, ale vsadím se, že čtenáři jsou dobří, protože provozoval zářivkovou lampu, ve které se žádný modifikovaný nebo pwm měnič nemůže zapnout.

Podívejte se na obrázek, pane. Ale moje výzva teď je, když přidám zatížení, výstup někdy bliká. Ale jsem šťastný, že je to sinusová vlna.

Jednodušší možnosti vyhledávání

Následující koncept popisuje poněkud jednodušší metodu modifikace běžného měniče obdélníkových vln pomocí IC 4047 na sinusový měnič pomocí technologie PWM. Nápad požadoval pan Philip

Technické specifikace

Doufám, že se nebudu obtěžovat, ale potřebuji nějakou radu s modifikovaným sinusovým měničem řízeným PWM, který navrhuji, takže chci požádat o váš odborný názor.

Tento jednoduchý design je předběžný, zatím jsem jej neimplementoval, ale byl bych rád, kdybyste se na něj podívali a řekli mi, co si myslíte.

Také chci, abyste mi pomohli odpovědět na některé otázky, na které jsem nebyl schopen najít odpovědi.

Dovolil jsem si pro vaši úvahu připojit obrázek kvazi-blokového diagramu mého předběžného návrhu.

Prosím pomoz mi ven. V diagramu je IC CD4047 ve střídači je zodpovědný za generování pulzů obdélníkové vlny na 50 Hz, které budou použity ke střídavému zapínání MOSFETY Q1 a Q2.

Obvod PWM bude založen na IC NE555 a jeho výstup bude aplikován na bránu Q3, takže Q3 bude poskytovat PWM. Kromě toho mám dvě otázky.

Nejprve mohu použít obdélníkové vlny pro PWM pulsy? Zadruhé, jaký je vztah mezi frekvencí PWM a frekvencí napájení? Jakou frekvenci PWM mám použít pro výstup střídače 50 Hz?

Doufám, že tento návrh je proveditelný, myslím, že je proveditelný, ale chci váš odborný názor, než k implementaci návrhu přidělám omezené zdroje.

Těšíme se na vás, pane!

S pozdravem, Philipe

Řešení požadavku na okruh

Konfigurace zobrazená na druhém obrázku by fungovala, ale pouze pokud je středový kohoutek PWM mosfet nahrazen a p-kanál MOSFET .

Sekce PWM by měla být vytvořena, jak je vysvětleno v tomto článku:

PWM transformuje ploché čtvercové vlny na upravenou čtvercovou vlnu tím, že je rozseká na menší vypočítané úseky tak, aby se celkový RMS průběhu co nejvíce přiblížil skutečnému sinusovému protějšku, a přitom zachoval špičkovou úroveň rovnou skutečnému vstupu čtvercové vlny . Koncept se může naučit podrobně tady:

Výše uvedená transformace však nepomůže eliminovat harmonické.

Frekvence PWM bude vždy ve formě sekaných čtvercových vln.

Frekvence PWM je nepodstatná a může mít jakoukoli vysokou hodnotu, nejlépe v kHz.