6 Best IC IC5 Inverter Circuits Explored

Die folgenden 6 einzigartigen Designs erklären uns, wie ein gewöhnlicher einzelner stabiler IC 555-Multivibrator effektiv eingesetzt werden kann einen Wechselrichter bauen ohne komplexe Phasen.

Kein Zweifel, IC 555 ist ein vielseitiger IC, der viele Anwendungen in der elektronischen Welt hat. Bei Wechselrichtern ist der IC 555 jedoch ideal dafür geeignet.

In diesem Beitrag werden wir 5 herausragende IC 555-Wechselrichterschaltungen diskutieren, von einer einfachen Rechteckwellenvariante bis zu etwas fortgeschritteneren SPWM-Sinuswellendesigns und schließlich eine vollwertige DC / DC-PWM-Wechselrichterschaltung auf Ferritkernbasis. Lass uns anfangen.

Die Idee wurde von Herrn ningrat_edan angefordert.

Das grundlegende Design

Bezugnehmend auf das gezeigte Diagramm ein einzelnes Der IC 555 ist in seinem Standard-Astable-Modus konfiguriert wobei sein Pin # 3 als Oszillatorquelle zum Implementieren der Inverterfunktion verwendet wird.

HINWEIS: Bitte ersetzen Sie den 1 nF-Kondensator durch einen 0,47 uF-Kondensator, um 50 Hz am Ausgang zu optimieren . Es kann polar oder unpolar sein .

Wie es funktioniert

Die Funktionsweise dieser IC 555-Wechselrichterschaltung kann mit der folgenden schrittweisen Analyse verstanden werden:

Der IC 555 ist in einem stabilen Multivibrator-Modus konfiguriert, der es seinem Pin # 3 ermöglicht, kontinuierliche hohe / niedrige Impulse mit einer bestimmten Frequenzrate zu schalten. Diese Frequenzrate hängt von den Werten der Widerstände und des Kondensators an Pin 7, Pin 6, 2 usw. ab.

Pin 3 des IC 555 erzeugt die erforderliche Frequenz von 50 Hz oder 60 Hz für die MOSFETs.

Da wir wissen, dass die MOSFETs hier abwechselnd laufen müssen, um eine Gegentaktschwingung an der angeschlossenen Transformator-Mittelabgriffwicklung zu ermöglichen.

Daher können beide MOSFET-Gatter nicht mit Pin 3 des IC verbunden werden. Wenn wir dies tun, leiten beide MOSFETs gleichzeitig, wodurch beide Primärwicklungen zusammen schalten. Dies würde zwei gegenphasige Signale verursachen, die an der Sekundärseite induziert werden und einen Kurzschluss des Ausgangs-Wechselstroms verursachen, und es würde einen Netto-Null-Wechselstrom am Ausgang geben und den Transformator aufheizen.

Um diese Situation zu vermeiden, müssen die beiden MOSFETs abwechselnd zusammen betrieben werden.

Die Funktion von BC547

Um sicherzustellen, dass die MOSFETs abwechselnd mit einer Frequenz von 50 Hz von Pin 3 des IC 555 schalten, führen wir eine BC547-Stufe ein, um den Pin 3-Ausgang über seinen Kollektor zu invertieren.

Auf diese Weise ermöglichen wir dem Pin # 3-Impuls effektiv, entgegengesetzte +/- Frequenzen zu erzeugen, eine an Pin # 3 und die andere am Kollektor des BC547.

Bei dieser Anordnung arbeitet ein MOSFET-Gate von Pin 3, während der andere MOSFET vom Kollektor des BC547 aus arbeitet.

Dies bedeutet, wenn der MOSFET an Pin 3 eingeschaltet ist, der MOSFET am BC547-Kollektor ausgeschaltet ist und umgekehrt.

Dies ermöglicht es den MOSFETs effektiv, abwechselnd für das erforderliche Push-Pull-Schalten zu schalten.

Wie der Transformator funktioniert

Das Arbeitsweise des Transformators In dieser IC 555-Wechselrichterschaltung kann aus der folgenden Erklärung gelernt werden:

Wenn die MOSFETs abwechselnd leiten, wird die entsprechende Halbwicklung mit dem hohen Strom von der Batterie versorgt.

Die Reaktion ermöglicht es dem Transformator, eine Gegentaktschaltung über seine mittlere Abgriffwicklung zu erzeugen. Dies bewirkt, dass der erforderliche Wechselstrom von 50 Hz oder der Wechselstrom von 220 V über seine Sekundärwicklung induziert wird

Während der EIN-Perioden speichert die jeweilige Wicklung Energie in Form von elektromagnetischer Energie. Wenn die MOSFETs ausgeschaltet sind, setzt die entsprechende Wicklung ihre gespeicherte Energie in der Sekundärnetzwicklung zurück und induziert den 220-V- oder 120-V-Zyklus auf der Ausgangsseite des Transformators.

Dies geschieht abwechselnd für die beiden Primärwicklungen, wodurch sich auf der Sekundärseite eine alternierende Netzspannung von 220 V / 120 V entwickelt.

Die Bedeutung der Rückwärtsschutzdioden

Diese Art der Mittelabgriffstopologie hat einen Nachteil. Wenn die primäre Halbwicklung die Sperr-EMK auslöst, wird diese auch an den MOSFET-Drain / Source-Anschlüssen angelegt.

Dies kann verheerende Auswirkungen auf die MOSFETs haben, wenn die Rückwärtsschutzdioden sind nicht auf der Primärseite des Transformators enthalten. Aber auch diese Dioden Dies bedeutet auch, dass wertvolle Energie auf den Boden geleitet wird, wodurch der Wechselrichter mit einem geringeren Wirkungsgrad arbeitet.

Technische Spezifikationen:

• Leistung : Unbegrenzt, kann zwischen 100 Watt und 5000 Watt liegen
• Transformator : Die Leistung entspricht den Einstellungen für die Ausgangslast
• Batterie : 12 V und Ah sollten 10-mal höher sein als der für den Transformator ausgewählte Strom.
• Wellenform : Rechteckschwingung
• Frequenz : 50 Hz oder 60 Hz gemäß Ländercode.
• Ausgangsspannung : 220V oder 120V gemäß Ländercode

Berechnen der IC 555-Frequenz

Die Häufigkeit von IC 555 Astable Oszillatorschaltung wird im Wesentlichen durch ein RC-Netzwerk (Widerstand, Kondensator) bestimmt, das über Pin 7, Pin 2/6 und Masse konfiguriert ist.

Wenn der IC 555 als Inverterschaltung angelegt wird, werden die Werte dieser Widerstände und des Kondensators so berechnet, dass der Pin Nr. 3 des IC eine Frequenz von entweder etwa 50 Hz oder 60 Hz erzeugt. 50 Hz ist der Standardwert, der für 220-V-Wechselstromausgänge kompatibel ist, während 60 Hz für 120-V-Wechselstromausgänge empfohlen werden.

Die Formel für Berechnen der RC-Werte in einer IC 555-Schaltung wird unten gezeigt:

F = 1,44 / (R1 + 2 × R2) C.

Wenn F der beabsichtigte Frequenzausgang ist, ist R1 der Widerstand, der zwischen Pin Nr. 7 und Masse in der Schaltung angeschlossen ist, während R2 der Widerstand zwischen Pin Nr. 7 und Pin Nr. 6/2 des IC ist. C ist der Kondensator zwischen Pin 6/2 und Masse.

Denken Sie daran, dass F in Farad, F in Hertz, R in Ohm und C in microFarad (μF) sein wird.

Videoclip:

Wellenformbild:

Verwendung von BJT anstelle von MOSFETs

Im obigen Diagramm haben wir einen Wechselrichter auf MOSFET-Basis mit Mittelabgriffstransformator untersucht. Das Design verwendete insgesamt 4 Transistoren, was etwas langwierig und weniger kosteneffektiv zu sein scheint.

Für Hobbyisten, die daran interessiert sein könnten, einen IC 555-Wechselrichter nur mit ein paar Leistungs-BJTs zu bauen, ist die folgende Schaltung sehr nützlich:

HINWEIS: Die Transistoren werden fälschlicherweise als TIP147 angezeigt, bei denen es sich tatsächlich um TIP142 handelt

AKTUALISIEREN : Wussten Sie, dass Sie einen coolen modifizierten Sinus-Wechselrichter herstellen können, indem Sie einfach einen IC 555 mit einem IC 4017 kombinieren? zweites Diagramm aus diesem Artikel :: Empfohlen für alle engagierten Wechselrichter-Hobbyisten

2) IC 555 Vollbrücken-Wechselrichterschaltung

Die unten vorgestellte Idee kann als die einfachste Vollbrücken-Wechselrichterschaltung auf IC 555-Basis betrachtet werden, die es nicht nur gibt einfach und billig zu bauen ist aber auch deutlich leistungsfähig. Die Leistung des Wechselrichters kann bis zu angemessenen Grenzen erhöht werden, indem die Anzahl der Mosfets in der Ausgangsstufe geeignet geändert wird.

Wie es funktioniert

Die Schaltung eines einfachsten erläuterten Vollbrücken-Wechselrichters erfordert einen einzelnen IC 555, ein paar Mosfets und einen Leistungstransformator als Hauptbestandteile.

Wie in der Abbildung gezeigt, wurde der IC 555 wie gewohnt in einer stabilen Multivibratorform verdrahtet. Die Widerstände R1 und R2 bestimmen das Tastverhältnis des Wechselrichters.

R1 und R2 müssen genau eingestellt und berechnet werden, um ein Tastverhältnis von 50% zu erreichen. Andernfalls kann der Wechselrichterausgang eine ungleiche Wellenform erzeugen, was zu einem unausgeglichenen Wechselstromausgang führen kann, der für die Geräte gefährlich ist, und auch die Mosfets neigen dazu, sich ungleichmäßig aufzulösen, was zu einer ungleichmäßigen Auflösung führt mehrere Probleme in der Schaltung.

Der Wert des C1 muss so gewählt werden, dass die Ausgangsfrequenz für 220-V-Spezifikationen etwa 50 Hz und für 120-V-Spezifikationen 60 Hz beträgt.

Die Mosfets können beliebige Power-Mosfets sein, die große Ströme verarbeiten können und bis zu 10 Ampere oder mehr betragen können.

Hier seit dem Betrieb ist eine Vollbrücke Typ ohne Vollbrückentreiber-ICs sind zwei Batterien anstelle einer eingebaut, um das Erdpotential für den Transformator zu liefern und damit die Sekundärwicklung des Transformators sowohl auf positive als auch auf negative Zyklen aus dem Mosfet-Betrieb anspricht.

Die Idee wurde von mir entworfen, wurde jedoch noch nicht praktisch getestet. Berücksichtigen Sie dieses Problem bei der Erstellung.

Vermutlich sollte der Wechselrichter in der Lage sein, problemlos bis zu 200 Watt Leistung mit hoher Effizienz zu verarbeiten.

Der Ausgang ist ein Rechteckwellentyp.

Liste der Einzelteile

• R1 und R2 = Siehe Text,
• C1 = Siehe Text,
• C2 = 0,01 uF
• R3 = 470 Ohm, 1 Watt,
• R4, R5 = 100 Ohm,
• D1, D2 = 1N4148
• Mosfets = siehe Text.
• Z1 = 5,1 V 1 Watt Zenerdiode.
• Transformator = Asper Leistungsbedarf,
• B1, B2 = zwei 12 Volt Batterien, AH wird nach Belieben sein.
• IC1 = 555

3) Reine Sinuswelle SPWM IC 555 Wechselrichterschaltung

Die vorgeschlagene IC 555-basierte reine Sinuswelle Wechselrichterschaltung erzeugt genau beabstandete PWM-Impulse, die eine Sinuswelle sehr genau imitieren und somit als so gut wie ihr Sinuswellen-Gegenstückdesign angesehen werden können.

Hier verwenden wir zwei Stufen zum Erzeugen der erforderlichen PWM-Impulse, wobei die Stufe die ICs 741 und die andere den IC 555 umfasst. Lassen Sie uns das gesamte Konzept im Detail lernen.

Funktionsweise der Schaltung - Die PWM-Stufe

Der Schaltplan kann mit folgenden Punkten verstanden werden:

Die beiden Operationsverstärker sind grundsätzlich so angeordnet, dass sie die erforderlichen Abtastquellenspannungen für den IC 555 erzeugen.
Die paar Ausgänge dieser Stufe sind für die Erzeugung von Rechteck- und Dreieckswellen verantwortlich.

Die zweite Stufe, die eigentlich das Herzstück der Schaltung besteht aus dem IC 555 . Hier wird der IC in einem monostabilen Modus verdrahtet, wobei die Rechteckwellen von der Operationsverstärkerstufe an seinen Triggerstift Nr. 2 und die Dreieckswellen an seinen Steuerspannungsstift Nr. 5 angelegt werden.

Der Rechteckwelleneingang löst den Monostabilen aus, um eine Impulskette am Ausgang zu erzeugen, wobei das Dreiecksignal die Breite dieser Ausgangsrechteckimpulse moduliert.

Der Ausgang des IC 555 folgt nun den 'Anweisungen' der Operationsverstärkerstufe und optimiert seinen Ausgang als Reaktion auf die beiden Eingangssignale, wodurch der erzeugt wird Sinusäquivalente PWM-Impulse.

Jetzt müssen nur noch die PWM-Impulse den Ausgangsstufen eines Wechselrichters, der aus den Ausgangsgeräten, dem Transformator und der Batterie besteht, angemessen zugeführt werden.

Integration von PWM in die Ausgangsstufe

Der obige PWM-Ausgang wird wie in der Abbildung gezeigt an die Ausgangsstufe angelegt.

Die Transistoren T1 und T2 empfangen die PWM-Impulse an ihren Basen und schalten die Batteriespannung gemäß den Arbeitszyklen der PWM-optimierten Wellenform in die Transformatorwicklung.

Die anderen beiden Transistoren stellen sicher, dass die Leitung von T1 und T2 zusammen erfolgt, dh abwechselnd, so dass der Ausgang o des Transformators einen vollständigen Wechselstromzyklus mit den beiden Hälften der PWM-Impulse erzeugt.

Wellenformbilder:

(Mit freundlicher Genehmigung von Herrn Robin Peter)

Bitte sehen Sie dies auch 500 VA modifiziertes Sinuswellendesign , von mir entwickelt.

Teileliste für die obige IC 555-Wechselrichterschaltung mit reinem Sinus

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

Pinbelegung des IC TL072

Die SPWM-Wellenform steht für eine Sinuswellen-Pulsweitenmodulationswellenform und wird in der diskutierten SPWM-Inverterschaltung unter Verwendung einiger 555 ICs und eines einzelnen Operationsverstärkers angewendet.

4) Eine weitere Sinuswellenversion mit IC 555

In einem meiner früheren Beiträge haben wir ausführlich gelernt, wie man eine baut SPWM-Generatorschaltung mit einem Operationsverstärker und zwei Dreieckswelleneingänge. In diesem Beitrag verwenden wir dasselbe Konzept, um die SPWMs zu generieren und lernen auch, wie sie in einer IC 555-basierten Wechselrichterschaltung angewendet werden.

Verwendung des IC 555 für den Wechselrichter

Das obige Diagramm zeigt den gesamten Aufbau der vorgeschlagenen SPWM-Inverterschaltung unter Verwendung des IC 555, wobei der mittlere IC 555 und die zugehörigen BJT / Mosfet-Stufen eine grundlegende Rechteckwelleninverterschaltung bilden.

Unser Ziel ist es, diese 50-Hz-Rechteckwellen mithilfe einer opamp-basierten Schaltung in die erforderliche SPWM-Wellenform zu zerlegen.

Daher konfigurieren wir dementsprechend eine einfache Opamp-Komparatorstufe mit dem IC 741, wie im unteren Teil des Diagramms gezeigt.

Wie bereits in unserem letzten SPWM-Artikel erläutert, benötigt dieser Operationsverstärker einige Dreieckwellenquellen an seinen beiden Eingängen in Form einer schnellen Dreieckswelle an Pin 3 (nicht invertierender Eingang) und einer viel langsameren Dreieckswelle an Pin # 2 (invertierender Eingang).

Verwendung des IC 741 für das SPWM

Wir erreichen das Obige, indem wir eine andere stabile Schaltung des IC 555 verwenden, die ganz links im Diagramm zu sehen ist, und sie zum Erzeugen der erforderlichen schnellen Dreieckswellen verwenden, die dann an den Pin Nr. 3 des IC 741 angelegt werden.

Für die langsamen Dreieckswellen extrahieren wir einfach dasselbe aus dem mittleren IC 555, der auf 50% Einschaltdauer eingestellt ist, und sein Zeitsteuerungskondensator C wird entsprechend eingestellt, um eine 50-Hz-Frequenz an seinem Pin # 3 zu erhalten.

Das Ableiten der langsamen Dreieckswellen von der 50Hz / 50% -Quelle stellt sicher, dass das Zerhacken der SPWMs über die Puffer-BJTs perfekt mit den Mosfet-Leitionen synchronisiert ist, und dies stellt wiederum sicher, dass jede der Rechteckwellen perfekt 'geschnitzt' ist gemäß dem vom Opamp-Ausgang erzeugten SPWM.

In der obigen Beschreibung wird klar erläutert, wie eine einfache SPWM-Wechselrichterschaltung mit IC 555 und IC 741 hergestellt wird. Wenn Sie Fragen dazu haben, können Sie das unten stehende Kommentarfeld verwenden, um umgehend Antworten zu erhalten.

5) Transformatorloser Wechselrichter IC 555

Das unten gezeigte Design zeigt eine einfache, aber sehr effektive 4-MOSFET-n-Kanal-Vollbrücken-IC 555-Inverterschaltung.

Die 12 V DC aus der Batterie werden zuerst über ein fertiges DC / AC-Wandlermodul in 310 V DC umgewandelt.

Diese 310 VDC werden an den MOSFET-Vollbrückentreiber angelegt, um ihn in einen 220 V AC-Ausgang umzuwandeln.

Die 4-N-Kanal-MOSFETs werden unter Verwendung eines individuellen Dide-, Kondensator- und BC547-Netzwerks entsprechend gebootet.

Das Schalten des Vollbrückenabschnitts wird von der Oszillatorstufe IC 555 ausgeführt. Die Frequenz liegt bei etwa 50 Hz, die durch die 50-k-Voreinstellung an Pin 7 des IC 555 eingestellt wird.

6) Wechselrichter IC 555 mit automatischem Arduino-Ladegerät

In diesem 6. Wechselrichterkonzept verwenden wir einen 4017-Dekadenzähler und einen ne555-Timer Ic, um ein Sinuswellen-PWM-Signal für den Wechselrichter und eine Arduino-basierte automatische Hoch / Niedrig-Batterie-Abschaltung mit Alarm zu erzeugen.

Von: Ainsworth Lynch

Einführung

In dieser Schaltung gibt der 4017 tatsächlich ein PWM-Signal von 2 seiner 4 Ausgangspins aus, das dann zerhackt wird, und wenn die richtige Ausgangsfilterung auf der Sekundärseite des Transformators vorhanden ist, nimmt es die Form an oder kommt ihm nahe genug an die Form einer tatsächlichen Sinuswellenform.

Der erste NE555 speist ein Signal an Pin 14 des 4017, was dem 4-fachen der erforderlichen Ausgangsfrequenz entspricht, die Sie benötigen, da der 4017 über seine 4 Ausgänge schaltet. Mit anderen Worten, wenn Sie 60 Hz benötigen, müssten Sie Pin 14 mit 4 * 60 Hz versorgen des 4017 IC, der 240 Hz ist.

Diese Schaltung verfügt über eine Überspannungsabschaltfunktion, eine Unterspannungsabschaltfunktion und eine Alarmfunktion für niedrigen Batteriestand. Dies alles wird von einer Mikrocontrollerplattform namens Arduino ausgeführt, die programmiert werden muss.

Das Programm für das Arduino ist unkompliziert und wurde am Ende des Artikels bereitgestellt.

Wenn Sie der Meinung sind, dass Sie dieses Projekt mit dem hinzugefügten Mikrocontroller nicht abschließen können, kann es weggelassen werden und die Schaltung funktioniert genauso.

Wie die Schaltungen funktionieren

Dieser Wechselrichter IC 555 mit Arduino Hi / Low-Batterie-Abschaltschaltung kann von 12 V, 24 und 48 V bis 48 V betrieben werden. Es müsste ein Spannungsregler der entsprechenden Version ausgewählt und der Transformator entsprechend dimensioniert werden.

Der Arduino kann mit 7 bis 12 V oder sogar 5 V über einen USB-Anschluss mit Strom versorgt werden. Bei einer solchen Schaltung ist es jedoch sinnvoll, ihn mit 12 V zu versorgen, damit an den digitalen Ausgangspins, die zur Stromversorgung eines Relais verwendet werden, kein Spannungsabfall auftritt schaltet den Ic im Stromkreis und auch einen Summer für Niederspannungsalarm ein.

Der Arduino wird zum Lesen von Batteriespannungen verwendet und funktioniert nur ab 5 V DC, sodass eine Spannungsteilerschaltung verwendet wird. Ich habe in meinem Design 100k und 10k verwendet, und diese Werte sind in dem Code eingetragen, der auf dem Arduino-Chip programmiert ist, damit Sie Sie müssen dieselben Werte verwenden, es sei denn, Sie haben den Code geändert oder einen anderen Code geschrieben. Dies ist möglich, da das Arduino eine Open-Source-Plattform ist und billig ist.

Die Arduino-Karte in diesem Design ist auch mit einem LCD-Display 16 * 2 verbunden, um die Batteriespannung anzuzeigen.

Unten ist das Schema für die Schaltung.

Programm zum Abschalten der Batterie:

#include
LiquidCrystal lcd(7, 8, 9, 10, 11, 12)
int analogInput = 0
float vout = 0.0
float vin = 0.0
float R1 = 100000.0 // resistance of R1 (100K) -see text!
float R2 = 10000.0 // resistance of R2 (10K) - see text!
int value = 0
int battery = 8 // pin controlling relay
int buzzer =7
void setup(){
pinMode(analogInput, INPUT)
pinMode(battery, OUTPUT)
pinMode(buzzer, OUTPUT)
lcd.begin(16, 2)
lcd.print('Battery Voltage')
}
void loop(){
// read the value at analog input
value = analogRead(analogInput)
vout = (value * 5.0) / 1024.0 // see text
vin = vout / (R2/(R1+R2))
if (vin<0.09){
vin=0.0//statement to quash undesired reading !
}
if (vin<10.6) {
digitalWrite(battery, LOW)
}
else {
digitalWrite(battery, HIGH)
}
if (vin>14.4) {
digitalWrite(battery, LOW)
}
else {
digitalWrite(battery, HIGH)
}
if (vin<10.9)) {
digitalWrite(buzzer, HIGH)
else {
digitalWrite(buzzer, LOW
lcd.setCursor(0, 1)
lcd.print('INPUT V= ')
lcd.print(vin)
delay(500)
}

Für weitere Informationen können Sie Ihre Fragen gerne durch Kommentare äußern.