Circuit voor zuivere sinusomvormers met IC 4047

Een zeer effectief zuivere sinusomvormerschakeling kan worden gemaakt met behulp van de IC 4047 en een paar IC 555 samen met een paar andere passieve componenten. Laten we de onderstaande details leren.

Het circuitconcept

In de vorige post bespraken we de belangrijkste specificaties en datasheet van de IC 4047 waar we leerden hoe de IC kan worden geconfigureerd tot een eenvoudig invertercircuit zonder een extern oscillatorcircuit te gebruiken.

In dit artikel gaan we een beetje verder met het ontwerp en leren we hoe het kan worden uitgebreid tot een zuivere sinusomvormercircuit met behulp van een paar extra IC's 555 samen met het bestaande IC 4047.

De IC 4047-sectie blijft in principe hetzelfde en is geconfigureerd in zijn normale vrijlopende multivibratormodus met zijn output uitgebreid met de mosfet / transformatortrap voor de vereiste 12V naar de AC-netomzetting.

Hoe de IC 4047 werkt

De IC 4047 genereert de gebruikelijke blokgolven naar de aangesloten mosfets en creëert een netuitgang aan de secundaire zijde van de transformator die ook in de vorm van blokgolf AC is.

De integratie van de twee 555 IC's in de bovenstaande trap transformeert de output volledig in een zuivere sinusgolf AC. De volgende uitleg onthult het geheim achter de werking van de IC555 voor het bovenstaande.

Verwijzend naar het hieronder getoonde IC 4047 zuivere sinusomvormercircuit (ontworpen door mij), kunnen we twee identieke IC 555-trappen zien, waarbij het linkerdeel functioneert als een stroomgestuurde zaagtandgenerator terwijl het rechterdeel als een stroomgestuurde PWM-generator .

De activering van beide 555 IC's is afgeleid van de oscillatoruitgang die direct beschikbaar is via pin # 13 van IC 4047. Deze frequentie zou 100 Hz zijn als de omvormer bedoeld is voor 50 Hz-bewerkingen en 120 Hz voor 60 Hz-toepassingen.

IC 555 gebruiken voor de PWM-generatie

De linker 555-sectie genereert een constante zaagtandgolf over zijn condensator die wordt toegevoerd aan de modulerende ingang van de IC2 555, waar dit zaagtandsignaal wordt vergeleken met het hoogfrequente signaal van pin3 van IC1 555, waardoor de vereiste zuivere sinusgolfequivalent PWM op pin # ontstaat 3 van 555 IC2.

De bovenstaande PWM wordt rechtstreeks toegepast op de poorten van de mosfets. zodat de vierkante pulsen die hier worden gegenereerd door pin10 / 11 van IC4047 worden gehakt en 'gesneden' volgens de toegepaste PWM's.

De resulterende uitvoer naar de transformator zorgt er ook voor dat een zuivere sinusgolf wordt opgevoerd bij de secundaire AC-uitgang van de transformator.

De formule voor het berekenen van R1, C1 wordt in dit artikel gegeven, dat ons ook vertelt over de pinout-details van de IC 4047

Voor de NE555 kan fase C worden geselecteerd in de buurt van 1uF en R als 1K.

Veronderstelde outputgolfvorm

Meer informatie over het gebruik IC 555 voor het genereren van PWM

Een RMS-aanpassing zou aan het bovenstaande ontwerp kunnen worden toegevoegd door een pot-spanningsdeler-netwerk te introduceren over pin5 en de driehoeksbroningang, zoals hieronder getoond, het ontwerp bevat ook buffertransistors voor het verbeteren van mosfet-gedrag

Het bovenstaande ontwerp van de zuivere sinusomvormer is met succes getest door de heer Arun Dev, een van de fervente lezers van deze blog en een intense elektronische hobbyist. De volgende afbeeldingen die door hem zijn verzonden, bewijzen zijn inspanningen voor hetzelfde.

Meer feedback

Inspirerende reactie van de heer Arun op de bovenstaande resultaten van de IC 4047-omvormer:

Na het voltooien van dit circuit was het resultaat verbluffend. Ik kreeg het volledige wattage door de 100 W-lamp. Kon mijn ogen niet geloven.

Het enige verschil dat ik in dit ontwerp had gemaakt, was het vervangen van de 180 K in de tweede 555 door een 220 K pot om de frequenties nauwkeurig aan te passen.

Dit keer was het resultaat in alle opzichten vruchtbaar ... Bij het aanpassen van de pot, kon ik een niet-storende, niet-flikkerende gloed van het volledige wattage in de lamp krijgen, ook de 230/15 V-transformator aangesloten omdat de belasting een frequentie gaf tussen 50 en 60 (zeg 52 Hz).

De pot werd voorzichtig aangepast om een ​​hoge frequentie (zeg 2 Khz) output te krijgen van pin # 3 van tweede ic 555. De CD4047 sectie is beter gekalibreerd om 52 Hz te krijgen bij de twee output terminals ...

Ik sta ook voor een eenvoudig probleem. Ik heb IRF3205 mosfets gebruikt in de eindtrap. Ik ben vergeten de veiligheidsdiodes aan te sluiten op de afvoeraansluitingen van elke mosfets ...

Dus toen ik had geprobeerd een andere belasting (zeg maar tafelventilator) parallel aan de gegeven belasting (100 W lamp) aan te sluiten, werd de gloed van de lamp ook de snelheid van de ventilator een beetje verminderd en werd een van de MOSFET geblazen vanwege de afwezigheid van de diode.

Het bovenstaande 4047 sinusomvormercircuit werd ook met succes uitgeprobeerd door de heer Daniel Adusie (biannz), die een regelmatige bezoeker van deze blog is, en een hardwerkende elektronische liefhebber. Hier zijn de afbeeldingen die door hem zijn verzonden om de resultaten te verifiëren:

Zaagtandgolfvorm oscilloscoopuitgang

Verlicht een testlamp van 100 watt

De volgende afbeeldingen tonen de gemodificeerde golfvormen aan de uitgang van de transformator zoals vastgelegd door de heer Daniel Adusie na het aansluiten van een condensator van 0.22uF / 400V en een geschikte belasting.

De golfvormen zijn enigszins trapeziumvormig en zijn veel beter dan een blokgolf, wat duidelijk de indrukwekkende effecten laat zien van de PWM-verwerking gecreëerd door de IC555-fasen.

De golfvormen kunnen waarschijnlijk nog verder worden afgevlakt door samen met de condensator een inductor toe te voegen.

Tonen van een nabij-sinusgolf-oscilloscoopspoor na PWM-filtratie

Interessante feedback van de heer Johnson Isaac, een van de toegewijde lezers van deze blog:

Goedendag
In je post, Pure Sine Wave Inverter met behulp van 4047, in de tweede I.c-trap (ic.1) heb je een weerstand van 100 ohm gebruikt tussen pin 7 en 6.,
Is dat correct? Ik denk altijd dat een stabiele multivibrator met een 555-pinconfiguratie de 100 ohm tussen pin 7 en 6 zou moeten hebben. Ook de 180k-variabele tussen pin 8 (+) en pin 7. Controleer de pin-verbinding en corrigeer me. Omdat het soms oscilleert en soms ook niet. Bedankt,
Isaac Johnson

Het circuitprobleem oplossen:

Naar mijn mening kun je voor een betere respons proberen een extra 1k-weerstand aan te sluiten over het 100 ohm uiteinde en pin6 / 2 van IC1

Johnson:

Hartelijk dank voor uw antwoord. Ik heb de omvormer gemaakt die je in je blog hebt gegeven en het werkte.

Hoewel ik geen oscilloscoop heb om de uitgangsgolfvorm te observeren, MAAR ik wed dat de lezers een goede zijn omdat hij een TL-buislamp bediende waarin elke gemodificeerde of pwm-omvormer niet kan inschakelen.

Zie de foto meneer. Maar mijn uitdaging is nu dat wanneer ik belasting toevoeg, de uitvoer soms flikkert. Maar ik ben blij dat het een sinusgolf is.

Een eenvoudiger ogende opties

Het volgende concept beschrijft een vrij eenvoudigere methode om een ​​gewone blokgolfomvormer met behulp van IC 4047 te modificeren in een sinusomvormer door middel van PWM-technologie. Het idee was aangevraagd door de heer Philip

Technische specificaties

Ik hoop dat ik geen last ga worden, maar ik heb wat advies nodig met een PWM-gestuurde gemodificeerde sinusomvormer die ik aan het ontwerpen ben, dus ik wil je deskundige mening inwinnen.

Dit eenvoudige ontwerp is voorlopig, ik heb het nog niet geïmplementeerd, maar ik zou graag willen dat je het bekijkt en me vertelt wat je ervan vindt.

Ik wil ook dat u helpt bij het beantwoorden van enkele vragen waarop ik geen antwoorden heb kunnen vinden.

Ik heb de vrijheid genomen om een ​​afbeelding van een quasi-blokschema van mijn voorlopige ontwerp ter overweging bij te voegen.

Help me alsjeblieft. In het diagram is het IC CD4047 in de omvormer is verantwoordelijk voor het genereren van blokgolfpulsen op 50Hz die worden gebruikt om afwisselend MOSFETS Q1 en Q2 in te schakelen.

Het PWM-circuit zal gebaseerd zijn op IC NE555 en de output zal worden toegepast op de poort van Q3 zodat Q3 de PWM zal leveren. Daarnaast heb ik twee vragen.

Ten eerste: kan ik blokgolven gebruiken voor de PWM-pulsen? Ten tweede, wat is de relatie tussen PWM-frequentie en voedingsfrequentie? Welke PWM-frequentie moet ik gebruiken voor een omvormeruitgang van 50 Hz?

Ik hoop dat dit ontwerp haalbaar is, ik denk dat het haalbaar is, maar ik wil uw deskundige mening voordat ik schaarse middelen inzet om het ontwerp te implementeren.

Ik kijk ernaar uit van u te horen, meneer!

Met vriendelijke groet, Philip

Het circuitverzoek oplossen

De configuratie die in de tweede afbeelding wordt getoond, zou werken, maar alleen als de middelste kraan PWM mosfet wordt vervangen door een p-kanaal mosfet ​

De PWM-sectie moet worden gebouwd zoals uitgelegd in dit artikel:

De PWM transformeert de platte blokgolven in een gemodificeerde blokgolf door ze in kleinere berekende secties te hakken, zodat de totale RMS van de golfvorm zo dicht mogelijk bij een werkelijke sinus-tegenhanger komt, maar het piekniveau gelijk houdt aan de werkelijke blokgolfinvoer. . Het concept kan in details worden geleerd hier:

De bovenstaande transformatie helpt echter niet om de harmonischen te elimineren.

De PWM-frequentie is altijd in de vorm van gehakte blokgolven.

De PWM-frequentie is niet van belang en kan elke hoge waarde hebben, bij voorkeur in kHz.