Схема инвертора с чистой синусоидой с использованием IC 4047

Очень эффективная схема инвертора с синусоидальной волной может быть создана с использованием IC 4047 и пары IC 555 вместе с несколькими другими пассивными компонентами. Подробности узнаем ниже.

Концепция схемы

В предыдущем посте мы обсудили основные спецификации и лист данных на IC 4047 где мы узнали, как можно сконфигурировать ИС в простую схему инвертора без использования какой-либо схемы внешнего генератора.

В этой статье мы продолжим проектирование немного вперед и узнаем, как его можно усовершенствовать в схему синусоидального инвертора, используя пару дополнительных ИС 555 наряду с существующей ИС 4047.

Секция IC 4047 остается в основном той же и сконфигурирована в обычном режиме мультивибратора, работающего в автономном режиме, с выходом, расширенным с помощью ступени MOSFET / трансформатора для требуемого преобразования 12 В в сеть переменного тока.

Как работает IC 4047

IC 4047 генерирует обычные прямоугольные волны на подключенные МОП-транзисторы, создавая сетевой выход на вторичной обмотке трансформатора, который также имеет форму прямоугольной волны переменного тока.

Интеграция двух микросхем 555 IC в вышеуказанный каскад полностью преобразует выходной сигнал в чисто синусоидальный переменный ток. Следующее объяснение раскрывает секрет функционирования IC555 для вышеуказанного.

Ссылаясь на показанную ниже схему инвертора чистой синусоидальной волны IC 4047 (разработанную мной), мы можем увидеть два идентичных каскада IC 555, в которых левая часть функционирует как пилообразный генератор, управляемый током, а правая часть - как генератор ШИМ, управляемый током. .

Запуск обеих микросхем 555 происходит от выхода генератора, легко доступного на выводе № 13 микросхемы IC 4047. Эта частота будет 100 Гц, если инвертор предназначен для работы с частотой 50 Гц, и 120 Гц для приложений с частотой 60 Гц.

Использование IC 555 для генерации ШИМ

Левая секция 555 генерирует постоянную пилообразную волну на своем конденсаторе, которая подается на модулирующий вход IC2 555, где этот пилообразный сигнал сравнивается с высокочастотным сигналом с вывода 3 IC1 555, создавая требуемый эквивалент чистой синусоидальной волны ШИМ на выводе # 3 из 555 IC2.

Вышеупомянутый PWM напрямую применяется к воротам МОП-транзисторов. так что прямоугольные импульсы, генерируемые здесь через вывод 10/11 IC4047, прерываются и «вырезаются» в соответствии с применяемыми ШИМ.

Результирующий выход на трансформатор также вызывает усиление чистой синусоидальной волны на вторичном выходе сетевого переменного тока трансформатора.

Формула для расчета R1, C1 приведена в этой статье, в которой также рассказывается о деталях распиновки IC 4047.

Для NE555 ступень C может быть выбран около 1 мкФ, а R - 1 кОм.

Предполагаемая форма выходного сигнала

Больше информации о том, как использовать IC 555 для генерации ШИМ

Регулировка среднеквадратичного значения может быть добавлена ​​к вышеупомянутой конструкции, введя сеть делителя напряжения потенциометра через вывод 5 и вход источника треугольника, как показано ниже, конструкция также включает буферные транзисторы для улучшения поведения МОП-транзистора.

Вышеупомянутая конструкция синусоидального инвертора была успешно протестирована г-ном Аруном Девом, который является одним из заядлых читателей этого блога и страстным любителем электроники. Следующие изображения, присланные им, подтверждают его усилия в этом направлении.

Больше отзывов

Вдохновляющий ответ, полученный от г-на Аруна относительно вышеуказанных результатов инвертора IC 4047:

После прохождения этой схемы результат был потрясающим. Я получил полную мощность от лампочки на 100 Вт. Не мог поверить своим глазам.

Единственное отличие, которое я сделал в этой конструкции, заключалось в замене 180 K во втором 555 горшке на 220 K для точной настройки частот.

На этот раз результат был во всех отношениях плодотворным ... При регулировке кастрюли я мог получить не мешающее немигающее свечение на полной мощности в лампочке, а также подключенный трансформатор 230/15 В, поскольку нагрузка давала частоту от 50 до 60 (скажем, 52 Гц).

Потенциал был осторожно отрегулирован для получения высокочастотного сигнала (скажем, 2 кГц) на выходе № 3 второй микросхемы IC 555. Секция CD4047 лучше откалибрована для получения 52 Гц на двух выходных клеммах ....

Также я столкнулся с простой проблемой. На выходном каскаде я использовал МОП IRF3205. Я забыл подключить диоды безопасности к клеммам стока каждого МОП-транзистора ...

Поэтому, когда я попытался подключить другую нагрузку (например, настольный вентилятор) параллельно данной нагрузке (лампа мощностью 100 Вт), свечение лампы и скорость вентилятора немного уменьшились, и один из полевых МОП-транзисторов сгорел из-за отсутствие диода.

Вышеупомянутая схема синусоидального инвертора 4047 была также успешно опробована г-ном Дэниелом Адуси (biannz), который является постоянным посетителем этого блога и трудолюбивым энтузиастом электроники. Вот изображения, отправленные им для проверки результатов:

Выход осциллографа с пилообразной формой волны

Освещение тестовой лампы на 100 Вт

На следующих изображениях показаны измененные формы сигналов на выходе трансформатора, снятые г-ном Дэниелом Адуси после подключения конденсатора 0,22 мкФ / 400 В и подходящей нагрузки.

Форма волны несколько трапециевидная и намного лучше прямоугольной, что ясно показывает впечатляющие эффекты обработки ШИМ, создаваемые каскадами IC555.

Формы сигналов, вероятно, можно было бы еще больше сгладить, добавив индуктивность вместе с конденсатором.

Отображение кривой осциллографа, близкой к синусоиде, после фильтрации с ШИМ

Интересные отзывы, полученные от г-на Джонсона Айзека, который является одним из преданных читателей этого блога:

Добрый день
В вашем сообщении, Pure Sine Wave Inverter с использованием 4047, на втором этапе I.c (ic.1) вы использовали резистор 100 Ом между контактами 7 и 6.,
Это верно? Я привык думать, что нестабильный мультивибратор, использующий 555-контактную конфигурацию, должен иметь 100 Ом между контактами 7 и 6. Кроме того, переменная 180k между контактами 8 (+) и 7. Пожалуйста, проверьте соединение контактов и исправьте меня, пожалуйста. Потому что он иногда колеблется, а иногда и нет. Спасибо,
Исаак Джонсон

Решение проблемы с цепью:

На мой взгляд, для лучшего отклика вы можете попробовать подключить дополнительный резистор 1 кОм через внешний конец 100 Ом и контакт 6/2 IC1.

Джонсон:

Большое спасибо за Ваш ответ. Я действительно сконструировал инвертор, который вы указали в своем блоге, и он сработал.

Хотя у меня нет осциллографа для наблюдения за формой выходного сигнала, НО, держу пари, он хороший, потому что он работал с люминесцентной лампой, в которой не может включаться любой модифицированный или ШИМ-инвертор.

Смотрите картинку, сэр. Но сейчас моя проблема заключается в том, что когда я добавляю нагрузку, результат иногда мерцает. Но рада своей синусоиде.

Более простые варианты

Следующая концепция описывает довольно простой метод модификации обычного прямоугольного инвертора с использованием IC 4047 в синусоидальный инвертор с помощью технологии ШИМ. Идею запросил мистер Филип

Технические характеристики

Надеюсь, я не собираюсь беспокоить меня, но мне нужен совет по поводу модифицированного синусоидального инвертора с ШИМ-управлением, который я проектирую, поэтому я хочу узнать ваше мнение эксперта.

Этот простой дизайн является предварительным, я еще не реализовал его, но я хотел бы, чтобы вы взглянули на него и сказали мне, что вы думаете.

Также я хочу, чтобы вы помогли ответить на некоторые вопросы, на которые я не смог найти ответов.

Я взял на себя смелость приложить изображение квазиблок-схемы моего предварительного проекта для вашего рассмотрения.

Пожалуйста, помогите мне. На диаграмме Микросхема CD4047 в инверторе отвечает за генерацию прямоугольных импульсов с частотой 50 Гц, которые будут использоваться для попеременного включения полевых МОП-транзисторов Q1 и Q2.

Схема ШИМ будет основана на IC NE555, и ее выход будет подаваться на затвор Q3, так что Q3 будет обеспечивать ШИМ. Кроме этого, у меня есть два вопроса.

Во-первых, могу ли я использовать прямоугольные волны для импульсов ШИМ? Во-вторых, какова взаимосвязь между частотой ШИМ и частотой питания? Какую частоту ШИМ я должен использовать для выхода инвертора 50 Гц?

Я надеюсь, что этот дизайн осуществим, я думаю, что он осуществим, но мне нужно ваше экспертное мнение, прежде чем я выделю ограниченные ресурсы для его реализации.

С нетерпением жду вашего ответа, сэр!

С уважением, Филипп

Решение запроса схемы

Конфигурация, показанная на втором рисунке, будет работать, но только если центральный ответвитель PWM mosfet заменить на P-канал MOSFET .

Раздел PWM должен быть построен, как описано в этой статье:

ШИМ преобразует плоские прямоугольные волны в модифицированную прямоугольную волну, разрезая их на более мелкие расчетные части, так что общее среднеквадратичное значение формы волны становится как можно ближе к фактическому синусоидальному аналогу, но при этом поддерживает пиковый уровень, равный фактическому входному прямоугольному импульсу. . С концепцией можно подробно ознакомиться здесь:

Однако вышеуказанное преобразование не помогает устранить гармоники.

Частота ШИМ всегда будет в виде прерванных прямоугольных волн.

Частота ШИМ несущественна и может иметь любое высокое значение, предпочтительно в кГц.