Reine Sinus-Wechselrichterschaltung mit IC 4047

Mit dem IC 4047 und einem paar IC 555 kann zusammen mit einigen anderen passiven Komponenten eine sehr effektive Wechselrichterschaltung mit reinem Sinus hergestellt werden. Lassen Sie uns die Details unten lernen.

Das Schaltungskonzept

Im vorherigen Beitrag haben wir die wichtigsten besprochen Spezifikationen und Datenblatt des IC 4047 Hier haben wir gelernt, wie der IC in eine einfache Inverterschaltung ohne externe Oszillatorschaltung konfiguriert werden kann.

In diesem Artikel setzen wir das Design ein wenig fort und lernen, wie es mit ein paar zusätzlichen ICs 555 zusammen mit dem vorhandenen IC 4047 zu einer reinen Sinus-Wechselrichterschaltung ausgebaut werden kann.

Der IC 4047-Abschnitt bleibt im Wesentlichen derselbe und wird in seinem normalen freilaufenden Multivibrator-Modus konfiguriert, wobei sein Ausgang mit der Mosfet / Transformator-Stufe für die erforderliche Umwandlung von 12 V in das Wechselstromnetz erweitert wird.

Funktionsweise des IC 4047

Der IC 4047 erzeugt die üblichen Rechteckwellen zu den angeschlossenen Mosfets und erzeugt einen Netzausgang an der Sekundärseite des Transformators, der ebenfalls in Form einer Rechteckwelle Wechselstrom vorliegt.

Die Integration der beiden 555 IC in die obige Stufe wandelt den Ausgang vollständig in eine reine Sinuswelle AC um. Die folgende Erklärung enthüllt das Geheimnis hinter dem IC555, das für die oben genannten Funktionen funktioniert.

Unter Bezugnahme auf die unten gezeigte IC 4047-Rein-Sinus-Wechselrichterschaltung (von mir entworfen) können wir zwei identische IC 555-Stufen sehen, wobei der linke Abschnitt als stromgesteuerter Sägezahngenerator fungiert, während der rechte Abschnitt als stromgesteuerter PWM-Generator fungiert .

Die Auslösung beider 555-ICs wird von dem Oszillatorausgang abgeleitet, der über Pin Nr. 13 des IC 4047 leicht verfügbar ist. Diese Frequenz wäre 100 Hz, wenn der Wechselrichter für 50-Hz-Operationen vorgesehen ist, und 120 Hz für 60-Hz-Anwendungen.

Verwendung von IC 555 für die PWM-Generierung

Der linke Abschnitt 555 erzeugt eine konstante Sägezahnwelle über seinen Kondensator, die dem Modulationseingang des IC2 555 zugeführt wird, wo dieses Sägezahnsignal mit dem Hochfrequenzsignal von Pin3 von IC1 555 verglichen wird, wodurch die erforderliche reine Sinuswellenäquivalent-PWM an Pin # erzeugt wird 3 von 555 IC2.

Die obige PWM wird direkt auf die Tore der Mosfets angewendet. so dass die hier durch Pin 10/11 von IC4047 erzeugten Rechteckimpulse gemäß den angelegten PWMs zerhackt und 'geschnitzt' werden.

Der resultierende Ausgang zum Transformator bewirkt auch, dass eine reine Sinuswelle am sekundären Netzwechselstromausgang des Transformators verstärkt wird.

Die Formel zur Berechnung von R1, C1 ist in diesem Artikel angegeben, in dem auch die Pinbelegungsdetails des IC 4047 aufgeführt sind

Für die NE555-Stufe kann C nahe 1 uF und R als 1 K gewählt werden.

Angenommene Ausgangswellenform

Weitere Informationen zur Verwendung IC 555 zur Erzeugung von PWM

Eine RMS-Anpassung könnte zu dem obigen Entwurf hinzugefügt werden, indem ein Pot-Spannungsteilernetzwerk über Pin 5 und den Dreieckquelleneingang eingeführt wird, wie unten gezeigt, enthält der Entwurf auch Puffertransistoren zur Verbesserung des Mosfet-Verhaltens

Das obige reine Sinus-Wechselrichter-Design wurde erfolgreich von Herrn Arun Dev getestet, der einer der begeisterten Leser dieses Blogs und ein intensiver elektronischer Hobbyist ist. Die folgenden von ihm gesendeten Bilder beweisen seine Bemühungen dafür.

Mehr Feedback

Inspirierende Antwort von Herrn Arun bezüglich der obigen Wechselrichterergebnisse des IC 4047:

Nach Abschluss dieser Strecke war das Ergebnis erstaunlich. Ich habe volle Leistung durch die 100 W Glühbirne. Konnte meinen Augen nicht trauen.

Der einzige Unterschied, den ich bei diesem Design gemacht hatte, war das Ersetzen der 180 K im zweiten 555 durch einen 220 K Pot, um die Frequenzen genau einzustellen.

Dieses Mal war das Ergebnis in jeder Hinsicht fruchtbar ... Beim Einstellen des Topfes konnte ich ein störungsfreies, nicht flackerndes Glühen der vollen Leistung in der Glühbirne bekommen, auch der 230/15 V Transformator, der angeschlossen war, als die Last eine Frequenz zwischen 50 und 50 ergab 60 (sagen wir 52 Hz).

Der Topf wurde vorsichtig eingestellt, um einen Hochfrequenzausgang (z. B. 2 kHz) von Pin 3 des zweiten IC 555 zu erhalten. Der CD4047-Abschnitt ist besser kalibriert, um 52 Hz an den beiden Ausgangsanschlüssen zu erhalten.

Auch ich stehe vor einem einfachen Problem. Ich habe IRF3205-Mosfets in der Ausgangsstufe verwendet. Ich habe vergessen, die Sicherheitsdioden an den Drain-Anschlüssen der einzelnen Mosfets anzuschließen ...

Als ich also versucht hatte, eine andere Last (z. B. einen Tischlüfter) parallel zur angegebenen Last (100-W-Glühlampe) anzuschließen, wurde das Leuchten der Glühlampe und die Drehzahl des Lüfters ein wenig verringert und einer der MOSFETs wurde durchgebrannt das Fehlen der Diode.

Die oben genannte 4047-Sinus-Wechselrichterschaltung wurde auch von Herrn Daniel Adusie (Biannz), der regelmäßig diesen Blog besucht und ein fleißiger elektronischer Enthusiast ist, erfolgreich getestet. Hier sind die Bilder, die er gesendet hat, um die Ergebnisse zu überprüfen:

Sägezahnwellenform-Oszilloskopausgang

Beleuchtung einer 100 Watt Testlampe

Die folgenden Bilder zeigen die modifizierten Wellenformen am Ausgang des Transformators, die von Herrn Daniel Adusie nach dem Anschließen eines 0,22 uF / 400 V-Kondensators und einer geeigneten Last erfasst wurden.

Die Wellenformen sind etwas trapezförmig und weitaus besser als eine Rechteckwelle, was die beeindruckenden Auswirkungen der von den IC555-Stufen erzeugten PWM-Verarbeitung deutlich zeigt.

Die Wellenformen könnten wahrscheinlich durch Hinzufügen eines Induktors zusammen mit dem Kondensator noch weiter geglättet werden.

Anzeigen einer nahen Sinuswellen-Oszilloskopspur nach PWM-Filtration

Interessantes Feedback von Herrn Johnson Isaac, einem der engagierten Leser dieses Blogs:

Guten Tag
In Ihrem Beitrag, Pure Sine Wave Inverter mit 4047, haben Sie in der zweiten I.c-Stufe (ic.1) einen 100-Ohm-Widerstand zwischen Pin 7 und 6 verwendet.
Ist das korrekt? Ich denke, ein astabiler Multivibrator mit 555-Pin-Konfiguration sollte 100 Ohm zwischen Pin 7 und 6 haben. Außerdem sollte die 180k-Variable zwischen Pin 8 (+) und Pin 7 liegen. Bitte überprüfen Sie die Pin-Verbindung und korrigieren Sie mich. Weil es manchmal schwingt und manchmal auch nicht. Vielen Dank,
Isaac Johnson

Lösen des Schaltungsproblems:

Meiner Meinung nach können Sie für eine bessere Reaktion versuchen, einen zusätzlichen 1k-Widerstand über das 100-Ohm-Außenende und Pin6 / 2 von IC1 anzuschließen

Johnson:

Vielen Dank für ihre Antwort. Ich habe tatsächlich den Wechselrichter konstruiert, den Sie in Ihrem Blog angegeben haben, und es hat funktioniert.

Obwohl ich kein Oszilloskop habe, um die Ausgangswellenform zu beobachten, aber ich wette, die Leser sind gut, da sie eine Leuchtstoffröhrenlampe betrieben, in der kein modifizierter Wechselrichter oder PWM-Wechselrichter eingeschaltet werden kann.

Siehe das Bild, Sir. Aber meine Herausforderung ist jetzt, wenn ich Last hinzufüge, flackert die Ausgabe manchmal. Aber ich bin froh, dass es eine Sinuswelle ist.

Einfachere Optionen

Das folgende Konzept beschreibt ein ziemlich einfacheres Verfahren zum Modifizieren eines gewöhnlichen Rechteckwechselrichters unter Verwendung des IC 4047 in einen Sinuswechselrichter durch PWM-Technologie. Die Idee wurde von Herrn Philip angefordert

Technische Spezifikationen

Ich hoffe, dass ich mich nicht darum kümmern werde, aber ich brauche einen Rat mit einem PWM-gesteuerten modifizierten Sinus-Wechselrichter, den ich entwerfe, also möchte ich Ihre Expertenmeinung einholen.

Dieses einfache Design ist vorläufig, ich habe es noch nicht implementiert, aber ich möchte, dass Sie es sich ansehen und mir sagen, was Sie denken.

Ich möchte auch, dass Sie bei der Beantwortung einiger Fragen helfen, auf die ich keine Antworten finden konnte.

Ich habe mir erlaubt, ein Bild eines Quasi-Block-Diagramms meines vorläufigen Entwurfs für Ihre Überlegung beizufügen.

Bitte hilf mir. Im Diagramm ist die IC CD4047 im Wechselrichter ist verantwortlich für die Erzeugung von Rechteckimpulsen bei 50 Hz, die zum abwechselnden Einschalten der MOSFETs Q1 und Q2 verwendet werden.

Die PWM-Schaltung basiert auf dem IC NE555 und ihr Ausgang wird an das Gate von Q3 angelegt, so dass Q3 die PWM bereitstellt. Außerdem habe ich zwei Fragen.

Kann ich zuerst Rechteckwellen für die PWM-Impulse verwenden? Zweitens, wie ist die Beziehung zwischen PWM-Frequenz und Versorgungsfrequenz? Welche PWM-Frequenz sollte ich für einen 50-Hz-Wechselrichterausgang verwenden?

Ich hoffe, dass dieses Design machbar ist, ich denke, es ist machbar, aber ich möchte Ihre Expertenmeinung, bevor ich knappe Ressourcen für die Implementierung des Designs einsetze.

Ich freue mich darauf, von Ihnen zu hören, Sir!

Mit freundlichen Grüßen Philip

Lösen der Schaltungsanforderung

Die in der zweiten Abbildung gezeigte Konfiguration würde funktionieren, jedoch nur, wenn der PWM-Mosfet mit Mittelabgriff durch a ersetzt wird p-Kanal Mosfet .

Der PWM-Abschnitt sollte wie in diesem Artikel erläutert erstellt werden:

Das PWM wandelt die flachen Rechteckwellen in eine modifizierte Rechteckwelle um, indem es sie in kleinere berechnete Abschnitte zerlegt, so dass der Gesamt-Effektivwert der Wellenform einem tatsächlichen Sinus-Gegenstück so nahe wie möglich kommt, wobei der Spitzenpegel jedoch gleich dem tatsächlichen Rechteckwelleneingang bleibt . Das Konzept kann im Detail gelernt werden Hier:

Die obige Transformation hilft jedoch nicht, die Harmonischen zu beseitigen.

Die PWM-Frequenz wird immer in Form von gehackten Rechteckwellen vorliegen.

Die PWM-Frequenz ist unerheblich und kann einen beliebigen hohen Wert haben, vorzugsweise in kHz.