Circuito inversor de onda senoidal pura usando IC 4047

Um circuito inversor de onda senoidal pura muito eficaz pode ser feito usando o IC 4047 e um par de IC 555 junto com alguns outros componentes passivos. Vamos aprender os detalhes abaixo.

O Conceito de Circuito

No post anterior, discutimos o principal especificações e folha de dados do IC 4047 onde aprendemos como o IC pode ser configurado em um circuito inversor simples sem envolver nenhum circuito oscilador externo.

Neste artigo, continuamos o projeto um pouco à frente e aprendemos como ele pode ser aprimorado em um circuito inversor de onda senoidal pura usando um par de ICs 555 adicionais junto com o IC 4047 existente.

A seção IC 4047 permanece basicamente a mesma e é configurada em seu modo multivibrador de funcionamento livre normal com sua saída estendida com o estágio mosfet / transformador para os 12 V necessários para a conversão de alimentação CA.

Como funciona o IC 4047

O IC 4047 gera as ondas quadradas usuais para os mosfets conectados, criando uma saída de rede no secundário do transformador, que também tem a forma de onda quadrada AC.

A integração dos dois 555 IC ao estágio acima transforma completamente a saída em uma onda senoidal pura AC. A explicação a seguir revela o segredo por trás do funcionamento do IC555 acima.

Referindo-se ao circuito inversor de onda senoidal pura IC 4047 mostrado abaixo (projetado por mim), podemos ver dois estágios IC 555 idênticos, em que a seção esquerda funciona como um gerador dente de serra controlado por corrente, enquanto a seção do lado direito como um gerador PWM controlado por corrente .

O disparo de ambos os 555 ICs é derivado da saída do oscilador prontamente disponível no pino # 13 do IC 4047. Esta frequência seria de 100 Hz se o inversor fosse destinado a operações de 50 Hz e 120 Hz para aplicações de 60 Hz.

Usando IC 555 para a geração PWM

A seção esquerda 555 gera uma onda dente de serra constante em seu capacitor, que é alimentada para a entrada modulante do IC2 555, onde este sinal dente de serra é comparado com o sinal de alta frequência do pino 3 do IC1 555, criando a onda sinusoidal pura necessária PWM equivalente no pino # 3 de 555 IC2.

O PWM acima é aplicado diretamente aos portões dos mosfets. de modo que os pulsos quadrados gerados aqui através do pino 10/11 do IC4047 são cortados e 'esculpidos' de acordo com os PWMs aplicados.

A saída resultante para o transformador também faz com que uma onda senoidal pura seja intensificada na saída secundária CA da rede elétrica do transformador.

A fórmula para calcular R1, C1 é dada neste artigo, que também nos fala sobre os detalhes da pinagem do IC 4047

Para o NE555, o estágio C pode ser selecionado próximo a 1uF e R como 1K.

Forma de onda de saída assumida

Mais informações sobre como usar IC 555 para gerar PWM

Um ajuste RMS pode ser adicionado ao projeto acima, introduzindo uma rede divisora ​​de tensão do potenciômetro no pino 5 e a entrada da fonte triangular, como mostrado abaixo, o projeto também inclui transistores de buffer para melhorar o comportamento do mosfet

O design do inversor de onda senoidal pura acima foi testado com sucesso pelo Sr. Arun Dev, que é um dos leitores ávidos deste blog e um entusiasta da eletrônica. As seguintes imagens enviadas por ele comprovam seus esforços para o mesmo.

Mais feedback

Resposta inspiradora recebida do Sr. Arun em relação aos resultados do inversor IC 4047 acima:

Depois de completar este circuito, o resultado foi incrível. Consegui potência total pela lâmpada de 100 W. Não conseguia acreditar nos meus olhos.

A única diferença que fiz neste projeto foi substituir o 180 K no segundo 555 por um potenciômetro de 220 K para ajustar as frequências com precisão.

Desta vez, o resultado foi frutífero em todos os aspectos ... Ao ajustar a panela, pude obter um brilho de potência total não perturbador e não cintilante na lâmpada, também o transformador de 230/15 V conectado enquanto a carga deu uma frequência entre 50 e 60 (digamos 52 Hz).

O potenciômetro foi ajustado suavemente para obter uma saída de alta frequência (digamos 2 Khz) do pino # 3 do segundo ic 555. A seção CD4047 melhor calibrada para obter 52 Hz nos dois terminais de saída ....

Também estou enfrentando um problema simples. Eu usei mosfets IRF3205 no estágio de saída. Eu esqueci de conectar os diodos de segurança nos terminais de drenagem de cada mosfets ...

Então, quando tentei conectar uma outra carga (digamos, ventilador de mesa) em paralelo com a carga fornecida (lâmpada de 100 W), o brilho da lâmpada e a velocidade do ventilador foram reduzidas um pouco e um dos MOSFET estourou devido a a ausência do diodo.

O circuito inversor de onda senoidal 4047 acima também foi testado com sucesso pelo Sr. Daniel Adusie (biannz), que é um visitante regular deste blog e um entusiasta da eletrônica trabalhador. Aqui estão as imagens enviadas por ele verificando os resultados:

Saída de osciloscópio de forma de onda dente de serra

Iluminando uma lâmpada de teste de 100 watts

As imagens a seguir mostram as formas de onda modificadas na saída do transformador conforme capturadas pelo Sr. Daniel Adusie após conectar um capacitor de 0,22uF / 400V e uma carga adequada.

As formas de onda são um pouco trapezoidais e são muito melhores do que uma onda quadrada, o que mostra claramente os efeitos impressionantes do processamento PWM criado pelos estágios IC555.

As formas de onda provavelmente poderiam ser ainda mais suavizadas adicionando um indutor junto com o capacitor.

Mostrando um traço próximo do osciloscópio de onda senoidal após a filtração PWM

Feedback interessante recebido do Sr. Johnson Isaac, um dos leitores dedicados deste blog:

Bom Dia
Em sua postagem, Pure Sine Wave Inverter usando 4047, no segundo estágio I.c (ic.1) você usou resistor de 100 ohms entre os pinos 7 e 6.,
Isso é correto? Eu costumava pensar que um multivibrador astável usando configuração de 555 pinos deveria ter 100 ohms entre os pinos 7 e 6. Além disso, a variável 180k entre os pinos 8 (+) e 7. Por favor, verifique a conexão dos pinos e me corrija. Porque às vezes oscila e às vezes também não. Obrigado,
Isaac Johnson

Resolvendo o problema do circuito:

Na minha opinião, para uma resposta melhor, você pode tentar conectar um resistor adicional de 1k na extremidade externa de 100 ohm e pino 6/2 do IC1

Johnson:

Muito obrigado pela sua resposta. Na verdade, eu construí o inversor que você deu no seu blog e funcionou.

Embora eu não tenha um osciloscópio para observar a forma de onda de saída, mas aposto que os leitores são bons porque ele operava uma lâmpada fluorescente na qual qualquer inversor modificado ou pwm não pode ligar.

Veja a foto senhor. Mas meu desafio agora é quando adiciono carga, a saída pisca às vezes. Mas estou feliz que é uma onda senoidal.

Opções de aparência mais simples

O conceito a seguir discute um método bastante mais simples de modificar um inversor de onda quadrada comum usando IC 4047 em um inversor de onda senoidal por meio da tecnologia PWM. A ideia foi solicitada pelo Sr. Philip

Especificações técnicas

Espero não ser um incômodo, mas preciso de alguns conselhos sobre um inversor de onda senoidal modificado controlado por PWM que estou projetando, então gostaria de pedir a sua opinião especializada.

Este design simples é provisório, ainda não o implementei, mas gostaria que você desse uma olhada nele e me diga o que acha.

Também quero que você ajude a responder a algumas perguntas para as quais não consegui encontrar respostas.

Tomei a liberdade de anexar uma imagem de um diagrama de quase-blocos de meu projeto provisório para sua consideração.

Por favor, me ajude. No diagrama, o IC CD4047 no inversor é responsável por gerar pulsos de onda quadrada em 50 Hz que serão usados ​​para alternar entre os MOSFETS Q1 e Q2.

O circuito PWM será baseado no IC NE555 e sua saída será aplicada à porta do Q3 para que o Q3 forneça o PWM. Além disso, tenho duas perguntas.

Primeiro, posso usar ondas quadradas para os pulsos PWM? Em segundo lugar, qual é a relação entre a frequência PWM e a frequência de alimentação? Qual frequência PWM devo usar para uma saída de inversor de 50 Hz?

Espero que este projeto seja viável, acho que é viável, mas quero sua opinião de especialista antes de comprometer recursos escassos para implementar o projeto.

Ansioso por ouvir de você, senhor!

Atenciosamente, Philip

Resolvendo a Solicitação de Circuito

A configuração mostrada na segunda figura funcionaria, mas apenas se o mosfet PWM da torneira central for substituído por um mosfet do canal p .

A seção PWM deve ser construída conforme explicado neste artigo:

O PWM transforma as ondas quadradas planas em uma onda quadrada modificada, dividindo-as em seções calculadas menores, de modo que o RMS geral da forma de onda se torne o mais próximo possível de uma contraparte senoidal real, ainda mantendo o nível de pico igual à entrada da onda quadrada real . O conceito pode ser aprendido em detalhes aqui:

No entanto, a transformação acima não ajuda a eliminar os harmônicos.

A frequência PWM estará sempre na forma de ondas quadradas cortadas.

A frequência PWM é imaterial e pode ter qualquer valor alto, de preferência em kHz.