Κύκλωμα μετατροπέα Pure Sine Wave με χρήση IC 4047

Ένα πολύ αποτελεσματικό κύκλωμα μετατροπέα καθαρού ημιτονοειδούς κυκλώματος μπορεί να κατασκευαστεί χρησιμοποιώντας το IC 4047 και ένα ζεύγος IC 555 μαζί με μερικά άλλα παθητικά εξαρτήματα. Ας μάθουμε τις λεπτομέρειες παρακάτω.

Η έννοια του κυκλώματος

Στην προηγούμενη ανάρτηση συζητήσαμε το κύριο προδιαγραφές και δελτίο δεδομένων του IC 4047 όπου μάθαμε πώς το IC θα μπορούσε να διαμορφωθεί σε ένα απλό κύκλωμα μετατροπέα χωρίς να περιλαμβάνει κανένα εξωτερικό κύκλωμα ταλαντωτή.

Σε αυτό το άρθρο συνεχίζουμε το σχεδιασμό λίγο μπροστά και μαθαίνουμε πώς μπορεί να βελτιωθεί σε ένα κύκλωμα μετατροπέα καθαρού ημιτονοειδούς κύματος χρησιμοποιώντας μερικά επιπλέον ICs 555 μαζί με το υπάρχον IC 4047.

Το τμήμα IC 4047 παραμένει βασικά το ίδιο και διαμορφώνεται στην κανονική λειτουργία πολλαπλών δονητών ελεύθερης λειτουργίας με την έξοδο του να επεκτείνεται με το στάδιο mosfet / μετασχηματιστή για την απαιτούμενη μετατροπή 12V στο δίκτυο AC.

Πώς λειτουργεί το IC 4047

Το IC 4047 παράγει τα συνήθη τετραγωνικά κύματα στα συνδεδεμένα mosfets δημιουργώντας μια έξοδο δικτύου στο δευτερεύον του μετασχηματιστή που είναι επίσης με τη μορφή τετραγωνικού κύματος AC.

Η ενσωμάτωση των δύο IC 555 στο παραπάνω στάδιο μετατρέπει πλήρως την έξοδο σε AC καθαρού ημιτονοειδούς κύματος. Η ακόλουθη εξήγηση αποκαλύπτει το μυστικό πίσω από τη λειτουργία του IC555 για τα παραπάνω.

Αναφερόμενοι στο παρακάτω κύκλωμα αντιστροφέα καθαρού ημιτονοειδούς κυκλώματος IC 4047 (σχεδιάστηκε από εμένα), μπορούμε να δούμε δύο πανομοιότυπα στάδια IC 555, όπου το αριστερό τμήμα λειτουργεί ως τρέχουσα ελεγχόμενη γεννήτρια πριονιού ενώ η δεξιά πλευρά ως ελεγχόμενη γεννήτρια PWM .

Η ενεργοποίηση και των δύο 555 IC προέρχεται από την έξοδο ταλαντωτή που είναι άμεσα διαθέσιμη στον πείρο # 13 του IC 4047. Αυτή η συχνότητα θα είναι 100Hz εάν ο μετατροπέας προορίζεται για λειτουργίες 50Hz και 120Hz για εφαρμογές 60Hz.

Χρησιμοποιώντας το IC 555 για τη δημιουργία PWM

Το αριστερό τμήμα 555 δημιουργεί ένα σταθερό κύμα πριονιδιού απέναντι στον πυκνωτή του, το οποίο τροφοδοτείται στην είσοδο διαμόρφωσης του IC2 555 όπου αυτό το σήμα πριονίσματος συγκρίνεται με το σήμα υψηλής συχνότητας από το pin3 του IC1 555 δημιουργώντας το απαιτούμενο καθαρό ημιτονοειδές ισοδύναμο PWM στον πείρο # 3 από 555 IC2.

Το παραπάνω PWM εφαρμόζεται απευθείας στις πύλες των mosfets. έτσι ώστε οι τετραγωνικοί παλμοί που δημιουργούνται εδώ μέσω του pin10 / 11 του IC4047 να τεμαχίζονται και να «χαράζονται» σύμφωνα με τα ισχύοντα PWMs.

Η προκύπτουσα έξοδος στον μετασχηματιστή προκαλεί επίσης την αύξηση ενός καθαρού ημιτονοειδούς κύματος στη δευτερεύουσα έξοδο εναλλασσόμενου ρεύματος του μετασχηματιστή.

Ο τύπος για τον υπολογισμό των R1, C1 δίνεται σε αυτό το άρθρο το οποίο μας λέει επίσης για τις λεπτομέρειες pinout του IC 4047

Για το NE555 στάδιο C μπορεί να επιλεγεί κοντά στο 1uF και το R ως 1K.

Υποτιθέμενη κυματομορφή εξόδου

Περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τον τρόπο χρήσης IC 555 για παραγωγή PWM

Μια προσαρμογή RMS θα μπορούσε να προστεθεί στον παραπάνω σχεδιασμό εισάγοντας ένα δίκτυο διαχωριστή τάσης δοχείου στο pin5 και την είσοδο πηγής τριγώνου, όπως φαίνεται παρακάτω, ο σχεδιασμός περιλαμβάνει επίσης τρανζίστορ buffer για τη βελτίωση της συμπεριφοράς mosfet

Ο παραπάνω σχεδιασμός καθαρού ημιτονοειδούς μετατροπέα δοκιμάστηκε με επιτυχία από τον κ. Arun Dev, ο οποίος είναι ένας από τους άπληστους αναγνώστες αυτού του ιστολογίου και έναν έντονο ηλεκτρονικό χόμπι. Οι ακόλουθες εικόνες που του έστειλε αποδεικνύουν τις προσπάθειές του για το ίδιο.

Περισσότερα σχόλια

Εμπνευσμένη απάντηση από τον κ. Arun σχετικά με τα παραπάνω αποτελέσματα μετατροπέα IC 4047:

Μετά την ολοκλήρωση αυτού του κυκλώματος, το αποτέλεσμα ήταν καταπληκτικό. Πήρα πλήρη ισχύ από τον λαμπτήρα 100 W. Δεν μπορούσα να πιστέψω τα μάτια μου.

Η μόνη διαφορά που είχα κάνει σε αυτό το σχέδιο ήταν η αντικατάσταση των 180 K στο δεύτερο 555 με ένα δοχείο 220 K για την ακριβή ρύθμιση των συχνοτήτων.

Αυτή τη φορά το αποτέλεσμα ήταν αποδοτική από κάθε άποψη ... Κατά την προσαρμογή του ποτ, θα μπορούσα να πάρω μια μη ενοχλητική λάμψη χωρίς πλήρη τρεμόπαιγμα στον λαμπτήρα, επίσης συνδεδεμένο ο μετασχηματιστής 230/15 V καθώς το φορτίο έδωσε συχνότητα μεταξύ 50 και 60 (ας πούμε 52 Hz).

Το δοχείο ρυθμίστηκε απαλά για να πάρει έξοδο υψηλής συχνότητας (ας πούμε 2 Khz) από τον πείρο # 3 του δεύτερου ic 555. Η ενότητα CD4047 βαθμονομήθηκε καλύτερα για να πάρει 52 Hz στους δύο ακροδέκτες εξόδου ....

Επίσης αντιμετωπίζω ένα απλό πρόβλημα. Έχω χρησιμοποιήσει mosfets IRF3205 στο στάδιο εξόδου. Ξέχασα να συνδέσω τις διόδους ασφαλείας στους ακροδέκτες αποστράγγισης κάθε mosfets ...

Έτσι, όταν είχα προσπαθήσει να συνδέσω ένα άλλο φορτίο (ας πούμε τον ανεμιστήρα πίνακα) παράλληλα με το δεδομένο φορτίο (100 W λαμπτήρα), η λάμψη του λαμπτήρα επίσης η ταχύτητα του ανεμιστήρα μειώθηκε λίγο και ένα από τα MOSFET ανατινάχτηκε λόγω η απουσία της διόδου

Το παραπάνω κύκλωμα μετατροπέα ημιτονικών κυμάτων 4047 δοκιμάστηκε επίσης επιτυχώς από τον κ. Daniel Adusie (biannz), ο οποίος είναι τακτικός επισκέπτης αυτού του ιστολογίου, και ένας εργατικός ηλεκτρονικός ενθουσιώδης. Ακολουθούν οι εικόνες που του έστειλε επαληθεύοντας τα αποτελέσματα:

Έξοδος παλμογράφου κυματομορφής Sawtooth

Φωτισμός λαμπτήρα δοκιμής 100 Watt

Οι ακόλουθες εικόνες δείχνουν τις τροποποιημένες κυματομορφές στην έξοδο του μετασχηματιστή όπως καταγράφηκε από τον κ. Daniel Adusie μετά τη σύνδεση ενός πυκνωτή 0.22uF / 400V και ενός κατάλληλου φορτίου.

Οι κυματομορφές είναι κάπως τραπεζοειδείς και είναι πολύ καλύτερες από ένα τετραγωνικό κύμα που δείχνει καθαρά τα εντυπωσιακά αποτελέσματα της επεξεργασίας PWM που δημιουργήθηκε από τα στάδια IC555.

Οι κυματομορφές θα μπορούσαν πιθανώς να εξομαλυνθούν ακόμη περισσότερο με την προσθήκη ενός επαγωγέα μαζί με τον πυκνωτή.

Εμφάνιση ενός κοντινού ίχνους παλμογράφων Sinewave μετά το φιλτράρισμα PWM

Εντυπωσιακά σχόλια που ελήφθησαν από τον κ. Johnson Isaac που είναι ένας από τους αφοσιωμένους αναγνώστες αυτού του ιστολογίου:

Καλή μέρα
Στην ανάρτησή σας, Pure Sine Wave Inverter χρησιμοποιώντας 4047, στο δεύτερο στάδιο I.c (ic.1) χρησιμοποιήσατε αντίσταση 100 ohms μεταξύ των ακίδων 7 και 6.,
Αυτό είναι σωστό? Νομίζω ότι ένας ασυμβίβαστος multivibrator που χρησιμοποιεί διαμόρφωση 555 pin θα πρέπει να έχει τα 100 ohms μεταξύ του pin 7 και 6. Επίσης, η μεταβλητή 180k μεταξύ του pin 8 (+) και του pin 7. Παρακαλώ ελέγξτε τη σύνδεση του pin και διορθώστε την. Επειδή μερικές φορές ταλαντεύεται και μερικές φορές επίσης. Ευχαριστώ,
Ισαάκ Τζόνσον

Επίλυση του ζητήματος κυκλώματος:

Κατά τη γνώμη μου, για καλύτερη απόκριση μπορείτε να δοκιμάσετε να συνδέσετε μια επιπλέον αντίσταση 1k στο εξωτερικό άκρο των 100 ohm και τον πείρο 6/2 του IC1

Τζόνσον:

Σας ευχαριστώ πολύ για την απάντησή σας. Δημιούργησα πραγματικά τον μετατροπέα που δώσατε στο ιστολόγιό σας και λειτούργησε.

Παρόλο που δεν έχω παλμογράφο για να παρατηρήσω την κυματομορφή εξόδου, αλλά στοιχηματίζω ότι οι αναγνώστες είναι καλοί γιατί χρησιμοποιούσαν λαμπτήρα φθορίζοντος σωλήνα στον οποίο δεν μπορεί να ανάψει οποιοσδήποτε τροποποιημένος ή μετατροπέας pwm.

Δείτε την εικόνα κύριε. Αλλά η πρόκλησή μου τώρα είναι όταν προσθέτω φορτίο, η έξοδος τρεμοπαίζει μερικές φορές. Αλλά είμαι χαρούμενος που είναι ημιτονοειδές κύμα.

Απλούστερες επιλογές αναζήτησης

Η ακόλουθη ιδέα απορρίπτει μια μάλλον απλούστερη μέθοδο τροποποίησης ενός συνηθισμένου μετατροπέα τετραγωνικών κυμάτων χρησιμοποιώντας το IC 4047 σε έναν μετατροπέα ημιτονοειδών κυμάτων μέσω της τεχνολογίας PWM. Η ιδέα ζητήθηκε από τον κ. Philip

Τεχνικές προδιαγραφές

Ελπίζω ότι δεν πρόκειται να ενοχλήσω, αλλά χρειάζομαι κάποιες συμβουλές με έναν ελεγχόμενο PWM τροποποιημένο μετατροπέα ημιτονοειδών κυμάτων που σχεδιάζω, γι 'αυτό θέλω να ζητήσω τη γνώμη του ειδικού σας

Αυτός ο απλός σχεδιασμός είναι προσωρινός, δεν το έχω εφαρμόσει ακόμη, αλλά θα ήθελα να το ρίξετε μια ματιά και να μου πείτε τη γνώμη σας.

Επίσης, θέλω να βοηθήσετε να απαντήσετε σε ορισμένες ερωτήσεις στις οποίες δεν κατάφερα να βρω απαντήσεις.

Έχω την ελευθερία να επισυνάψω μια εικόνα ενός διαγράμματος οιονεί μπλοκ του δοκιμαστικού σχεδιασμού μου για να το σκεφτώ.

Σε παρακαλώ βοήθησέ με. Στο διάγραμμα, το IC CD4047 στο μετατροπέα είναι υπεύθυνη για την παραγωγή παλμών τετραγωνικών κυμάτων στα 50Hz που θα χρησιμοποιηθούν εναλλακτικά για την ενεργοποίηση των MOSFETS Q1 και Q2.

Το κύκλωμα PWM θα βασίζεται στο IC NE555 και η έξοδος του θα εφαρμοστεί στην πύλη του Q3 έτσι ώστε το Q3 να παρέχει το PWM. Εκτός από αυτό, έχω δύο ερωτήσεις.

Πρώτον, μπορώ να χρησιμοποιήσω τετραγωνικά κύματα για τους παλμούς PWM; Δεύτερον, ποια είναι η σχέση μεταξύ συχνότητας PWM και συχνότητας τροφοδοσίας; Ποια συχνότητα PWM πρέπει να χρησιμοποιώ για έξοδο μετατροπέα 50Hz;

Ελπίζω ότι αυτός ο σχεδιασμός είναι εφικτός, νομίζω ότι είναι εφικτός, αλλά θέλω τη γνώμη των εμπειρογνωμόνων σας προτού δεσμεύσω λιγοστούς πόρους για την εφαρμογή του σχεδίου.

Ανυπομονώ να ακούσω από εσάς κύριε!

Με εκτίμηση, Philip

Επίλυση του αιτήματος κυκλώματος

Η διαμόρφωση που φαίνεται στο δεύτερο σχήμα θα λειτουργούσε, αλλά μόνο εάν το κεντρικό πάτημα PWM mosfet αντικαταστάθηκε με ένα p-channel mosfet .

Η ενότητα PWM πρέπει να δημιουργηθεί όπως εξηγείται σε αυτό το άρθρο:

Το PWM μετατρέπει τα επίπεδα τετράγωνα κύματα σε ένα τροποποιημένο τετραγωνικό κύμα τεμαχίζοντας τα σε μικρότερα υπολογιζόμενα τμήματα έτσι ώστε το συνολικό RMS της κυματομορφής να πλησιάζει όσο το δυνατόν πιο κοντά σε ένα πραγματικό αντίστοιχο ημιτονοειδές, διατηρώντας ωστόσο το επίπεδο αιχμής ίσο με την πραγματική είσοδο τετραγωνικού κύματος . Η ιδέα μπορεί να μάθει λεπτομερώς εδώ:

Ωστόσο, ο παραπάνω μετασχηματισμός δεν βοηθά στην εξάλειψη των αρμονικών.

Η συχνότητα PWM θα είναι πάντα με τη μορφή τεμαχισμένων τετραγωνικών κυμάτων.

Η συχνότητα PWM είναι άυλη και μπορεί να έχει οποιαδήποτε υψηλή τιμή, κατά προτίμηση σε kHz.