Mạch biến tần Pure Sine Wave sử dụng IC 4047

Một mạch nghịch lưu sóng sin thuần rất hiệu quả có thể được tạo ra bằng cách sử dụng IC 4047 và một vài IC 555 cùng với một vài linh kiện thụ động khác. Hãy cùng tìm hiểu chi tiết bên dưới.

Khái niệm vi mạch

Trong bài trước, chúng ta đã thảo luận về chính thông số kỹ thuật và biểu dữ liệu của IC 4047 nơi chúng tôi đã học cách cấu hình IC thành một mạch biến tần đơn giản mà không cần đến bất kỳ mạch dao động bên ngoài nào.

Trong bài viết này, chúng tôi tiếp tục thiết kế trước một chút và tìm hiểu cách nó có thể được cải tiến thành mạch biến tần sóng sin thuần túy bằng cách sử dụng một vài IC bổ sung 555 cùng với IC 4047 hiện có.

Phần IC 4047 về cơ bản vẫn giữ nguyên và được cấu hình ở chế độ multivibrator chạy tự do bình thường với đầu ra của nó được mở rộng với giai đoạn mosfet / biến áp cho chuyển đổi nguồn điện xoay chiều 12V cần thiết.

Cách thức hoạt động của IC 4047

IC 4047 tạo ra các sóng vuông thông thường đến các mosfet được kết nối tạo ra một đầu ra chính ở thứ cấp của máy biến áp cũng ở dạng sóng vuông AC.

Việc tích hợp hai IC 555 đến giai đoạn trên hoàn toàn biến đầu ra thành sóng sin thuần AC. Giải thích sau đây tiết lộ bí mật đằng sau IC555 hoạt động cho những điều trên.

Đề cập đến mạch inverer sóng sin thuần túy của IC 4047 được hiển thị bên dưới (do tôi thiết kế), chúng ta có thể thấy hai giai đoạn IC 555 giống nhau, trong đó phần bên trái hoạt động như một máy phát răng cưa điều khiển hiện tại trong khi phần bên phải làm máy phát PWM điều khiển dòng điện .

Việc kích hoạt cả hai IC 555 bắt nguồn từ đầu ra dao động có sẵn trên chân số 13 của IC 4047. Tần số này sẽ là 100Hz nếu biến tần được sử dụng cho các hoạt động 50Hz và 120Hz cho các ứng dụng 60Hz.

Sử dụng IC 555 cho Thế hệ PWM

Phần bên trái 555 tạo ra một sóng răng cưa không đổi trên tụ điện của nó được đưa đến đầu vào điều chế của IC2 555, nơi tín hiệu răng cưa này được so sánh với tín hiệu tần số cao từ chân 3 của IC1 555 tạo ra PWM tương đương sóng sin thuần túy tại chân # 3 của 555 IC2.

PWM trên được áp dụng trực tiếp cho các cổng của mosfet. để các xung vuông ở đây được tạo ra thông qua chân10 / 11 của IC4047 được cắt nhỏ và 'khắc' theo PWM được áp dụng.

Kết quả đầu ra đến máy biến áp cũng gây ra sóng sin thuần túy được tăng cường ở đầu ra thứ cấp AC nguồn của máy biến áp.

Công thức tính R1, C1 được đưa ra trong bài viết này cũng cho chúng ta biết về chi tiết sơ đồ chân của IC 4047

Đối với NE555, giai đoạn C có thể được chọn gần 1uF và R là 1K.

Dạng sóng đầu ra giả định

Thông tin thêm về cách sử dụng IC 555 để tạo PWM

Một điều chỉnh RMS có thể được thêm vào thiết kế trên bằng cách giới thiệu một mạng phân chia điện áp nồi qua chân 5 và đầu vào nguồn tam giác, như hình dưới đây, thiết kế cũng bao gồm các bóng bán dẫn đệm để cải thiện hành vi của mosfet

Thiết kế biến tần sóng sin thuần túy trên đã được thử nghiệm thành công bởi ông Arun Dev, một trong những độc giả cuồng nhiệt của blog này và là một người có sở thích điện tử mãnh liệt. Những hình ảnh sau đây do anh gửi về chứng minh cho sự cố gắng của anh vì cùng.

Thêm phản hồi

Phản hồi đầy cảm hứng từ ông Arun về kết quả biến tần IC 4047 ở trên:

Sau khi hoàn thành mạch này, kết quả thật tuyệt vời. Tôi nhận được công suất đầy đủ của bóng đèn 100 W. Không thể tin vào mắt mình.

Sự khác biệt duy nhất tôi đã thực hiện trong thiết kế này là thay thế 180 K trong chiếc 555 thứ hai bằng một nồi 220 K để điều chỉnh tần số chính xác.

Lần này, kết quả là có kết quả về mọi mặt ... Khi điều chỉnh nồi, tôi có thể nhận được ánh sáng đầy đủ không gây nhiễu, không nhấp nháy trong bóng đèn, cũng có biến áp 230/15 V được kết nối khi tải cho tần số trong khoảng từ 50 đến 60 (giả sử 52 Hz).

Nồi đã được điều chỉnh nhẹ nhàng để có được đầu ra tần số cao (giả sử 2 Khz) từ chân số 3 của ic thứ hai 555. Phần CD4047 được hiệu chỉnh tốt hơn để có được 52 Hz ở hai đầu ra ....

Ngoài ra tôi đang đối mặt với một vấn đề đơn giản. Tôi đã sử dụng IRF3205 mosfet ở giai đoạn đầu ra. Tôi đã quên kết nối các điốt an toàn qua các đầu nối cống của mỗi mosfet ...

Vì vậy, khi tôi đã thử kết nối một tải khác (giả sử quạt bàn) song song với tải đã cho (bóng đèn 100 W), sự phát sáng của bóng đèn cũng như tốc độ của quạt giảm một chút và một trong những MOSFET đã bị thổi do sự vắng mặt của diode.

Mạch biến tần sin 4047 trên đây cũng đã được anh Daniel Adusie (biannz), một người thường xuyên ghé thăm blog này, và là một người đam mê điện tử chăm chỉ thử thành công. Dưới đây là những hình ảnh do anh ấy gửi để kiểm chứng kết quả:

Đầu ra máy hiện sóng dạng sóng răng cưa

Chiếu sáng bóng đèn thử nghiệm 100 Watt

Những hình ảnh sau đây cho thấy các dạng sóng được sửa đổi ở đầu ra của máy biến áp do ông Daniel Adusie chụp lại sau khi kết nối tụ điện 0,22uF / 400V và một tải phù hợp.

Các dạng sóng có phần hình thang và tốt hơn nhiều so với dạng sóng vuông, điều này cho thấy rõ những hiệu ứng ấn tượng của quá trình xử lý PWM được tạo ra bởi các giai đoạn IC555.

Các dạng sóng có thể được làm mịn hơn nữa bằng cách thêm một cuộn cảm cùng với tụ điện.

Hiển thị Dấu vết Máy hiện sóng gần Sinewave sau khi Lọc PWM

Phản hồi xen kẽ nhận được từ ông Johnson Isaac, một trong những độc giả tận tâm của blog này:

ngày tốt
Trong bài đăng của bạn, Pure Sine Wave Inverter sử dụng 4047, trong giai đoạn I.c thứ hai (ic.1), bạn đã sử dụng điện trở 100 ohms ở giữa chân 7 và 6,
Đúng không? Tôi thường nghĩ rằng một multivibrator đáng kinh ngạc sử dụng cấu hình chân 555 nên có 100 ohms giữa chân 7 và 6. Ngoài ra, biến 180k giữa chân 8 (+) và chân 7. Xin hãy kiểm tra kết nối chân và sửa cho tôi. Bởi vì đôi khi nó dao động và đôi khi không. Cảm ơn,
Isaac Johnson

Giải quyết vấn đề mạch:

Theo ý kiến ​​của tôi, để có phản hồi tốt hơn, bạn có thể thử kết nối thêm một điện trở 1k qua đầu ngoài 100 ohm và chân 6/2 của IC1

Johnson:

Cảm ơn bạn rất nhiều vì đã trả lời của bạn. Tôi thực sự đã chế tạo biến tần mà bạn đã đưa trong blog của mình và nó đã hoạt động.

Mặc dù tôi không có máy hiện sóng để quan sát dạng sóng đầu ra NHƯNG tôi cá rằng độc giả của nó là một điểm tốt vì nó vận hành một bóng đèn huỳnh quang trong đó bất kỳ biến tần pwm đã sửa đổi hoặc không thể bật nguồn.

Xem hình ảnh ạ. Nhưng thách thức của tôi bây giờ là khi tôi thêm tải, đầu ra đôi khi nhấp nháy. Nhưng tôi hạnh phúc vì nó là một làn sóng sin.

Tùy chọn đơn giản hơn

Khái niệm sau đây thảo luận về một phương pháp đơn giản hơn để sửa đổi một biến tần sóng vuông thông thường sử dụng IC 4047 thành một biến tần sóng sin thông qua công nghệ PWM. Ý tưởng do ông Philip yêu cầu

Thông số kỹ thuật

Tôi hy vọng rằng tôi sẽ không phải bận tâm, nhưng tôi cần một số lời khuyên với một biến tần sóng sin sửa đổi điều khiển PWM mà tôi đang thiết kế vì vậy tôi muốn xin ý kiến ​​chuyên gia của bạn.

Thiết kế đơn giản này là dự kiến, tôi chưa thực hiện nó nhưng tôi muốn bạn xem qua và cho tôi biết suy nghĩ của bạn.

Ngoài ra, tôi muốn bạn giúp trả lời một số câu hỏi mà tôi không thể tìm thấy câu trả lời.

Tôi đã tự do đính kèm hình ảnh của một sơ đồ gần như khối của thiết kế dự kiến ​​của tôi để bạn xem xét.

Hãy giúp tôi ra. Trong sơ đồ, IC CD4047 trong biến tần có nhiệm vụ tạo ra các xung sóng vuông ở tần số 50Hz sẽ được sử dụng để chuyển đổi luân phiên trên MOSFETS Q1 và Q2.

Mạch PWM sẽ dựa trên IC NE555 và đầu ra của nó sẽ được đưa vào cổng của Q3 để Q3 sẽ cung cấp PWM. Ngoài điều này, tôi có hai câu hỏi.

Đầu tiên, tôi có thể sử dụng sóng vuông cho các xung PWM không? Thứ hai, mối quan hệ giữa tần số PWM và tần số cung cấp là gì? Tôi nên sử dụng tần số PWM nào cho đầu ra biến tần 50Hz?

Tôi hy vọng rằng thiết kế này là khả thi, tôi nghĩ là khả thi, nhưng tôi muốn ý kiến ​​chuyên gia của bạn trước khi tôi cam kết nguồn lực khan hiếm để thực hiện thiết kế.

Mong nhận được phản hồi từ bạn ạ!

Trân trọng, Philip

Giải quyết yêu cầu mạch

Cấu hình hiển thị trong hình thứ hai sẽ hoạt động nhưng chỉ khi MOSFET PWM ở vòi ở giữa được thay thế bằng MOSFET kênh p .

Phần PWM nên được xây dựng như được giải thích trong bài viết này:

PWM biến các sóng vuông phẳng thành sóng vuông được sửa đổi bằng cách cắt chúng thành các phần nhỏ hơn được tính toán sao cho RMS tổng thể của dạng sóng trở nên gần nhất có thể với bản sao hình sin thực tế, nhưng vẫn duy trì mức đỉnh bằng với đầu vào sóng vuông thực tế . Khái niệm này có thể được tìm hiểu chi tiết đây:

Tuy nhiên sự biến đổi trên không giúp loại bỏ các sóng hài.

Tần số PWM sẽ luôn ở dạng sóng vuông cắt nhỏ.

Tần số PWM là phi vật chất và có thể có giá trị cao bất kỳ, tốt nhất là tính bằng kHz.