6 Beste IC 555-omvormercircuits onderzocht

De 6 unieke ontwerpen hieronder leggen ons uit hoe een gewone enkele IC 555 astabiele multivibrator effectief kan worden gebruikt maak een omvormer zonder ingewikkelde fasen.

IC 555 is ongetwijfeld een veelzijdige IC die veel toepassingen kent in de elektronische wereld. Als het echter om omvormers gaat, wordt IC 555 er bij uitstek geschikt voor.

In dit bericht bespreken we 5 uitstekende IC 555-invertercircuits, van een eenvoudige blokgolfvariant tot iets geavanceerdere SPWM-sinusgolfontwerpen, en tot slot een volwaardig op ferrietkern gebaseerd DC naar DC pwm-invertercircuit. Laten we beginnen.

Het idee werd aangevraagd door de heer ningrat_edan.

Het basisontwerp

Verwijzend naar het getoonde diagram, een enkele IC 555 is geconfigureerd in zijn standaard astabiele modus , waarbij zijn pin # 3 wordt gebruikt als de oscillatorbron voor het implementeren van de inverterfunctie.

OPMERKING: vervang de condensator van 1 nF door een condensator van 0,47 uF om de 50 Hz aan de uitgang te optimaliseren ​ Het kan polair of niet-polair zijn ​

Hoe het werkt

De werking van dit IC 555-invertercircuit kan worden begrepen met de volgende stapsgewijze analyse:

De IC 555 is geconfigureerd in een stabiele multivibratormodus, waardoor pin # 3 continu hoge / lage pulsen met een bepaalde frequentie kan schakelen. Deze frequentie hangt af van de waarden van de weerstanden en condensator op pin # 7, pin # 6, 2 etc.

Pin # 3 van de IC 555 genereert de vereiste frequentie van 50 Hz of 60 Hz voor de MOSFET's.

Zoals we weten, moeten de MOSFET's hier afwisselend werken om een ​​push-pull-oscillatie mogelijk te maken op de bijgevoegde centrale tapwikkeling van de transformator.

Daarom kunnen beide MOSFET-poorten niet worden aangesloten op pin # 3 van de IC. Als we dit doen, zouden beide MOSFET's gelijktijdig geleiden, waardoor beide primaire wikkelingen samen schakelen. Dit zou twee tegenfase-signalen veroorzaken die aan de secundaire zijde worden geïnduceerd, waardoor een kortsluiting van de AC-uitgang ontstaat en er zou een netto nul AC aan de uitgang zijn en de transformator wordt opgewarmd.

Om deze situatie te voorkomen, moeten de twee MOSFET's afwisselend achter elkaar worden gebruikt.

De functie van BC547

Om ervoor te zorgen dat de MOSFET's afwisselend op een frequentie van 50 Hz schakelen vanaf pin # 3 van de IC 555, introduceren we een BC547-trap voor het omkeren van de pin # 3-uitgang over zijn collector.

Door dit te doen, stellen we effectief de pin # 3-puls in staat om tegengestelde +/- frequenties te creëren, een op pin # 3 en de andere op de collector van de BC547.

Met deze opstelling werkt de ene MOSFET-poort vanaf pin # 3, terwijl de andere MOSFET werkt vanaf de collector van de BC547.

Dit betekent dat wanneer MOSFET op pin # 3 AAN is, MOSFET op de BC547-collector UIT is en vice versa.

Hierdoor kunnen de MOSFET's effectief afwisselend schakelen voor de vereiste push-pull-schakeling.

Hoe de transformator werkt

De werking van de transformator in dit IC 555 inverter circuit kan worden geleerd van de volgende uitleg:

Wanneer de MOSFET's afwisselend geleiden, wordt de betreffende halve wikkeling voorzien van de hoge stroom van de accu.

Door de reactie kan de transformator een push-pull-schakeling genereren over de middelste tapwikkeling. Het effect hiervan zorgt ervoor dat de vereiste wisselstroom van 50 Hz of de 220 V AC over de secundaire wikkeling wordt geïnduceerd

Tijdens de AAN-perioden slaat de respectievelijke wikkeling energie op in de vorm van elektromagnetische energie. Wanneer de MOSFET's worden uitgeschakeld, schopt de relevante wikkeling zijn opgeslagen energie terug op de secundaire netwikkeling, waardoor de 220 V of 120 V-cyclus aan de uitgangszijde van de transformator wordt opgewekt.

Dit blijft afwisselend gebeuren voor de twee primaire wikkelingen waardoor aan de secundaire zijde een wisselspanning van 220V / 120V ontstaat.

Het belang van de omgekeerde beveiligingsdiodes

Dit type middenkraantopologie heeft een keerzijde. Wanneer de primaire halve wikkeling de omgekeerde EMF werpt, wordt deze ook onderworpen aan de MOSFET-afvoer / source-aansluitingen.

Dit kan een verwoestend effect hebben op de MOSFET's als het omgekeerde beschermingsdioden zijn niet inbegrepen over de primaire zijde van de transformator. Maar inclusief deze diodes betekent ook dat kostbare energie naar aarde wordt geshunt, waardoor de omvormer met een lager rendement werkt.

Technische specificaties:

• Vermogen : Onbeperkt, kan tussen 100 watt en 5000 watt zijn
• Transformator : Bij voorkeur is het wattage in overeenstemming met de wattage-eis van de uitgangsbelasting
• Batterij : 12V, en Ah moet 10 keer meer zijn dan de stroom die is geselecteerd voor de transformator.
• Golfvorm : Vierkante golf
• Frequentie : 50 Hz of 60 Hz volgens landcode.
• Uitgangsspanning : 220V of 120V volgens landcode

Hoe de IC 555-frequentie te berekenen

De frequentie van IC 555 astabiel oscillatorcircuit wordt in feite bepaald door een RC (weerstand, condensator) netwerk geconfigureerd over pin # 7, pin # 2/6 en aarde.

Wanneer IC 555 wordt toegepast als een invertercircuit, worden de waarden van deze weerstanden en de condensator zodanig berekend dat pin # 3 van het IC een frequentie produceert van ongeveer 50 Hz of 60 Hz. 50 Hz is de standaardwaarde die compatibel is voor 220 V AC-uitgangen, terwijl 60 Hz wordt aanbevolen voor 120 V AC-uitgangen.

De formule voor het berekenen van de RC-waarden in een IC 555-schakeling wordt hieronder getoond:

F = 1,44 / (R1 + 2 x R2) C

Waar F de beoogde frequentie-uitgang is, is R1 de weerstand die is aangesloten tussen pin # 7 en aarde in het circuit, terwijl R2 de weerstand is tussen pin # 7 en pin # 6/2 van het IC. C is de condensator tussen pin # 6/2 en aarde.

Onthoud dat F in Farads staat, F in Hertz, R in Ohm en C in microFarads (μF)

Videoclip:

Golfvormbeeld:

BJT gebruiken in plaats van MOSFET's

In het bovenstaande diagram hebben we een op MOSFET gebaseerde omvormer met middenaftaktransformator bestudeerd. Het ontwerp maakte in totaal gebruik van 4 transistoren, wat een beetje lang en minder kosteneffectief lijkt.

Voor hobbyisten die mogelijk geïnteresseerd zijn in het bouwen van een IC 555-omvormer met slechts een paar power BJT's, zullen de volgende schakeling erg handig zijn:

OPMERKING: De transistors worden ten onrechte weergegeven als TIP147, wat eigenlijk TIP142 is

BIJWERKEN : Wist je dat je een coole gemodificeerde sinusomvormer kunt maken door simpelweg een IC 555 te combineren met IC 4017, zie de tweede diagram uit dit artikel ​ Aanbevolen voor alle toegewijde omvormer-hobbyisten

2) IC 555 Omvormercircuit met volledige brug

Het hieronder gepresenteerde idee kan worden beschouwd als het eenvoudigste IC 555-gebaseerde volledige brug-invertercircuit dat niet alleen is eenvoudig en goedkoop te bouwen maar is ook aanzienlijk krachtig. Het vermogen van de inverter kan worden verhoogd tot elke redelijke limiet door het aantal mosfets aan de eindtrap op geschikte wijze te wijzigen.

Hoe het werkt

Het circuit van een eenvoudigste omvormer met volledige brug die wordt uitgelegd, vereist een enkele IC 555, een paar mosfets en een voedingstransformator als de belangrijkste ingrediënten.

Zoals weergegeven in de figuur, is de IC 555 zoals gewoonlijk bedraad in de vorm van een stabiele multivibrator. De weerstanden R1 en R2 bepalen de duty-cycle van de omvormer.

R1 en R2 moeten nauwkeurig worden afgesteld en berekend om een ​​inschakelduur van 50% te krijgen, anders kan de uitgang van de omvormer een ongelijke golfvorm genereren, wat kan leiden tot een ongebalanceerde AC-uitgang, gevaarlijk voor de apparaten en ook de mosfets zullen de neiging hebben om ongelijkmatig te dissiperen, wat aanleiding kan geven tot meerdere problemen in het circuit.

De waarde van de C1 moet zo worden gekozen dat de uitgangsfrequentie ongeveer 50 Hz bedraagt ​​voor 220V specificaties en 60 Hz voor 120V specificaties.

De mosfets kunnen alle power mosfets zijn, die in staat zijn om grote stromen te verwerken, kunnen tot 10 ampère of meer zijn.

Hier sinds de operatie is een volledige brug type zonder enige full bridge driver IC's, zijn er twee batterijen ingebouwd in plaats van één voor het leveren van het aardpotentiaal voor de transformator en om de secundaire wikkeling van de transformator te laten reageren op zowel positieve als negatieve cycli van de mosfet-bewerkingen.

Het idee is door mij ontworpen, maar het is nog niet praktisch getest, dus houd hier bij het maken rekening mee.

Aangenomen wordt dat de omvormer in staat moet zijn om gemakkelijk tot 200 watt aan vermogen te verwerken met een hoog rendement.

De uitvoer zal een blokgolftype zijn.

Onderdelen lijst

• R1 en R2 = zie tekst,
• C1 = Zie tekst,
• C2 = 0,01 uF
• R3 = 470 ohm, 1 watt,
• R4, R5 = 100 ohm,
• D1, D2 = 1N4148
• Mosfets = zie tekst.
• Z1 = 5,1 V 1 watt zenerdiode.
• Transformator = Asper-stroomvereiste,
• B1, B2 = twee 12 volt batterijen, AH zal naar voorkeur zijn.
• IC1 = 555

3) Pure Sinewave SPWM IC 555 omvormercircuit

De voorgestelde IC 555-gebaseerde zuivere sinusgolf inverter circuit genereert nauwkeurig uit elkaar geplaatste PWM-pulsen die een sinusgolf zeer nauw nabootsen en dus even goed kunnen worden beschouwd als het ontwerp van het sinusgolf-tegendeel.

Hier gebruiken we twee fasen voor het creëren van de vereiste PWM-pulsen, de fase met de IC's 741 en de andere met de IC 555. Laten we het hele concept in detail bekijken.

Hoe het circuit functioneert - De PWM-fase

Het schakelschema kan worden begrepen met de volgende punten:

De twee opamps zijn in principe ingericht om de vereiste sample source spanningen voor de IC 555 te genereren.
De paar outputs van deze fase zijn verantwoordelijk voor het genereren van vierkante golven en driehoekige golven.

De tweede fase die eigenlijk het hart van de circuit bestaat uit de IC 555 ​Hier is de IC bedraad in een monostabiele modus waarbij de vierkante golven van de opamp-trap worden toegepast op de triggerpen # 2 en de driehoekige golven worden toegepast op de stuurspanningspen # 5.

De blokgolfingang triggert de monostabiel om een ​​reeks pulsen aan de uitgang te genereren, terwijl het driehoekige signaal de breedte van deze uitgangsimpulsen moduleert.

De uitvoer van de IC 555 volgt nu de 'instructies' van de opamp-trap en optimaliseert de uitvoer in reactie op de twee ingangssignalen, waardoor de sinus equivalente PWM-pulsen.

Nu is het gewoon een kwestie van de juiste voeding van de PWM-pulsen naar de eindtrappen van een omvormer die bestaat uit de uitvoerapparaten, de transformator en de batterij.

PWM integreren met de eindtrap

De bovenstaande PWM-uitvoer wordt toegepast op de eindtrap zoals weergegeven in de afbeelding.

Transistors T1 en T2 ontvangen de PWM-pulsen aan hun bases en schakelen de batterijspanning naar de transformatorwikkeling volgens de werkcycli van de voor PWM geoptimaliseerde golfvorm.

De andere twee transistoren zorgen ervoor dat de geleiding van T1 en T2 in tandem plaatsvindt, dat wil zeggen dat de output o van de transformator een volledige wisselstroomcyclus genereert met de twee helften van de PWM-pulsen.

Golfvormafbeeldingen:

(Met dank aan de heer Robin Peter)

Zie ook dit 500 VA gemodificeerd sinusgolfontwerp , ontwikkeld door mij.

Onderdelenlijst voor het bovenstaande IC 555 zuivere sinusomvormercircuit

• R1, R2, R3, R8, R9, R10 = 10K,
• R7 = 8K2,
• R11, R14, R15, R16 = 1K,
• R12, R13 = 33 Ohm 5 Watt,
• R4 = 1M vooraf ingesteld,
• R5 = 150 K vooraf ingesteld,
• R6 = 1K5
• C1 = 0,1 uF,
• C2 = 100 pF,
• IC1 = TL 072,
• IC2 = 555,
• T1, T2 = BDY29,
• T5, T6 = TYPE 127,
• T3, T4 = TIP122
• Transformator = 12 - 0 - 12 V, 200 watt,
• Batterij = 12 volt, 100 AH.
• IC 555 Pinout

IC TL072 Pinout-gegevens

SPWM-golfvorm staat voor sinusgolfpulsbreedtemodulatiegolfvorm en dit wordt toegepast in het besproken SPWM-invertercircuit met behulp van een paar 555 IC's en een enkele opamp.

4) Een andere sinusgolfversie met IC 555

In een van mijn eerdere berichten hebben we uitgebreid geleerd hoe we een SPWM-generatorcircuit met behulp van een opamp en twee driehoekige golfingangen, in deze post gebruiken we hetzelfde concept om de SPWM's te genereren en leren we ook de methode om deze toe te passen binnen een IC 555-gebaseerd invertercircuit.

IC 555 gebruiken voor de omvormer

Het bovenstaande diagram toont het volledige ontwerp van het voorgestelde SPWM-invertercircuit met behulp van IC 555, waarbij de middelste IC 555 en de bijbehorende BJT / mosfet-trappen een basisblokgolfinvertercircuit vormen.

Ons doel is om deze 50Hz blokgolven in de vereiste SPWM-golfvorm te hakken met behulp van een opamp-gebaseerd circuit.

Daarom configureren we dienovereenkomstig een eenvoudige opamp-comparatortrap met behulp van de IC 741, zoals weergegeven in het onderste gedeelte van het diagram.

Zoals al besproken in ons vorige SPWM-artikel, heeft deze opamp een aantal driehoekige golfbronnen nodig over zijn twee ingangen in de vorm van een snelle driehoeksgolf op pin # 3 (niet-inverterende input) en een veel langzamere driehoeksgolf op zijn pin # 2 (inverterende ingang).

IC 741 gebruiken voor de SPWM

We bereiken het bovenstaande door een ander IC 555-astabiel circuit te gebruiken dat uiterst links in het diagram kan worden gezien, en het te gebruiken voor het creëren van de vereiste snelle driehoeksgolven, die vervolgens worden toegepast op pin # 3 van de IC 741.

Voor de langzame driehoeksgolven halen we eenvoudig hetzelfde uit de centrale IC 555 die is ingesteld op een werkcyclus van 50% en de timingcondensator C wordt op de juiste manier aangepast om een ​​frequentie van 50 Hz op pin # 3 te krijgen.

Het afleiden van de langzame driehoeksgolven van de 50Hz / 50% bron zorgt ervoor dat het hakken van de SPWM's over de buffer-BJT's perfect gesynchroniseerd is met de mosfet-geleidingsionen, en dit zorgt er op zijn beurt voor dat elk van de blokgolven perfect wordt 'gesneden' zoals per de gegenereerde SPWM van de opamp-uitvoer.

De bovenstaande beschrijving legt duidelijk uit hoe u een eenvoudig SPWM-invertercircuit kunt maken met behulp van IC 555 en IC 741.Als u gerelateerde vragen heeft, kunt u het onderstaande opmerkingenvenster gebruiken voor snelle antwoorden.

5) Transformatorloze IC 555-omvormer

Het onderstaande ontwerp toont een eenvoudig maar zeer effectief 4 MOSFET n-kanaals IC 555-invertercircuit met volledige brug.

De 12 V DC van de accu wordt eerst omgezet in 310 V DC door middel van een kant-en-klare DC naar AC converter module.

Deze 310 VDC wordt toegepast op de MOSFET full bridge-driver om deze om te zetten in een 220 V AC-uitgang.

De 4 N-kanaals MOSFET's worden op de juiste manier opgestart met behulp van individuele dide, condensator en BC547-netwerk.

Het schakelen van het volledige bruggedeelte wordt uitgevoerd door de IC 555 oscillatortrap. De frequentie is ongeveer 50 Hz ingesteld door de 50 k preset op pin # 7 van de IC 555.

6) IC 555-omvormer met automatische Arduino-batterijlader

In dit 6e omvormerontwerp gebruiken we een 4017 decadenteller en een ne555 timer Ic worden gebruikt om een ​​sinusgolf pwm-signaal voor de omvormer te genereren en een op Arduino gebaseerde automatische uitschakeling van de hoge / lage batterij met alarm.

Door: Ainsworth Lynch

Invoering

Wat in dit circuit feitelijk gebeurt, is dat de 4017 een pwm-signaal afgeeft van 2 van de 4 uitgangspennen, dat vervolgens wordt gehakt en als de juiste uitgangsfiltering aanwezig is aan de secundaire zijde van de transformator, neemt het de vorm aan van of dichtbij genoeg om de vorm van een werkelijke sinusgolfvorm.

De eerste NE555 stuurt een signaal naar pin 14 van de 4017 wat 4 keer de vereiste uitgangsfrequentie is die je nodig hebt, aangezien de 4017 over zijn 4 uitgangen schakelt, met andere woorden als je 60 Hz nodig hebt, moet je 4 * 60 Hz aan pin 14 leveren. van de 4017 IC die 240hz is.

Dit circuit heeft een overspanningsuitschakelfunctie, een uitschakelfunctie onder spanning en een alarmfunctie voor lage batterijspanning, alles wat wordt gedaan door een microcontrollerplatform genaamd de Arduino dat moet worden geprogrammeerd.

Het programma voor de Arduino is rechttoe rechtaan en staat aan het einde van het artikel.

Als u denkt dat u dit project niet kunt voltooien met de toegevoegde microcontroller, kunt u deze weglaten en werkt de schakeling precies hetzelfde.

Hoe de circuits werken

Deze IC 555-omvormer met Arduino Hi / Low Battery Shutdown Circuit kan werken van 12v, 24 en 48v naar 48v, er moet een geschikte spanningsregelaar worden geselecteerd en de transformator dienovereenkomstig ook worden gedimensioneerd.

De Arduino kan worden gevoed met 7 tot 12v of zelfs 5v via een usb, maar voor een circuit als dit zou het goed zijn om hem van 12v te voorzien om geen spanningsval te krijgen op de digitale uitgangspennen die worden gebruikt om een ​​relais van stroom te voorzien. schakelt de Ic in het circuit in en ook een zoemer voor laagspanningsalarm.

De Arduino zal worden gebruikt om batterijspanningen uit te lezen en het werkt alleen vanaf 5V DC dus er wordt een spanningsdeler circuit gebruikt.Ik heb een 100k en een 10k gebruikt in mijn ontwerp en die waarden zijn uitgezet in de code die in de Arduino-chip is geprogrammeerd, zodat je dezelfde waarden moeten gebruiken, tenzij je de code hebt gewijzigd of een andere code hebt geschreven, wat kan worden gedaan omdat de Arduino een open source-platform is en goedkoop is.

Het Arduino-bord in dit ontwerp is ook verbonden met een LCD-scherm 16 * 2 om de batterijspanning weer te geven.

Hieronder is het schema voor het circuit.

Programma voor het uitschakelen van de batterij:

​

Voor meer informatie kunt u uw vragen gerust kenbaar maken door middel van opmerkingen.