方形波AC出力を備えたインバーターを変更して粗正弦波AC出力を生成する場合、それは変更された正弦波インバーターと呼ばれます。

次の記事では、7つの興味深い修正正弦波インバーターの設計と、その構築手順、回路図、波形出力、および詳細な部品リストについて詳しく説明します。設計は、エンジニアと学生による実験プロジェクトの学習と構築を目的としています。

ここでは、適度な100ワットから大規模な3 Kvaの出力モデルまで、さまざまな変更された設計について説明します。

変更されたインバーターのしくみ

エレクトロニクスに不慣れな人は、方形波インバーターと修正された方形波インバーターの違いについて少し混乱するかもしれません。次の簡単な説明で理解できます。

ご存知のように、インバーターは常に国内のAC線間電圧と同様の交流（AC）を生成するため、停電時にインバーターを置き換えることができます。簡単に言うと、ACは基本的に特定の大きさの電圧の上昇と下降です。

ただし、理想的には、このACは、以下に示すように、正弦波にできるだけ近いと想定されています。

正弦波形と方形波の基本的な違い

この電圧の上昇と下降は、特定の速度で、つまり周波数として知られる1秒あたりの特定の回数で発生します。したがって、たとえば50 Hz ACは、1秒間に特定の電圧が50サイクルまたは50回上下することを意味します。

通常の家庭用主電源コンセントに見られる正弦波ACでは、上記の電圧の上昇と下降は正弦曲線の形をしています。つまり、そのパターンは時間とともに徐々に変化するため、突然または突然ではありません。 AC波形のこのようなスムーズな遷移は非常に適切になり、テレビ、音楽システム、冷蔵庫、モーターなどの多くの一般的な電子機器に推奨されるタイプの電源になります。

ただし、方形波パターンでは、電圧の上昇と下降は瞬時に突然発生します。このような電位の即時の上昇と下降は、各波のエッジに鋭いスパイクを作成するため、非常に望ましくなく、高度な電子機器には不適切になります。したがって、角織りインバーター電源を介してそれらを操作することは常に危険です。

変更された波形

上記のように変更された方形波の設計では、方形波の形状は基本的に同じですが、波形の各セクションのサイズは、その平均値がAC波形の平均値とほぼ一致するように適切に寸法設定されています。

各方形ブロック間に比例した量のギャップまたはヌル領域があることがわかるように、これらのギャップは最終的に、これらの方形波を出力のような正弦波に形作るのに役立ちます（大雑把ではありますが）。

そして、これらの寸法の方形波を正弦波のような特徴に調整する責任は何ですか？以下に示すように、方形波ブロック間の「デッドタイム」遷移を正弦波に見える波に効果的に刻むのは、変圧器の磁気誘導の固有の特性です。

以下で説明する7つの設計すべてで、この理論を実装し、330Vのピークを220Vの修正RMSに切り刻むことにより、方形波のRMS値が適切に制御されるようにします。 160個のピークを切り落とすことにより、120VACにも同じことが当てはまります。

簡単な数式で計算する方法

正弦波のほぼ理想的な複製が得られるように上記の変更された波形を計算する方法を知りたい場合は、完全なチュートリアルについて次の投稿を参照してください。

修正された方形波RMS正弦等価値を計算します

設計＃1：IC4017の使用

かなり単純で、を使用する最初の変更されたインバーター設計を調査しましょうシングルIC4017 必要な変更された波形を処理するため。

簡単に構築できる修正正弦波パワーインバータ回路を探しているなら、おそらく次の概念があなたの興味を引くでしょう。驚くほどに見えますシンプルで低コスト非常に高い出力で、他のより洗練された正弦波の対応物に匹敵します。

クロック入力がピン＃14に適用されると、ICは10個の出力ピンを介してシフトサイクルロジックハイパルスを生成することがわかっています。

回路図を見ると、ICからの交互の出力パルスごとに導通するように、ICのピン配列が終端されて出力トランジスタのベースに供給されていることがわかります。

これは、トランジスタのベースがICピン配列に交互に接続され、中間のピン配列接続が削除されるか、開いたままになっているために発生します。

トランジスタのコレクタに接続されているトランス巻線は、代替トランジスタスイッチングに応答し、図に示されているとおりの波形を持つ出力でステップアップされたACを生成します。

この修正正弦波パワーインバーターの出力は、純粋な正弦波インバーターの出力に完全には匹敵しませんが、通常の方形波インバーターの出力よりもはるかに優れています。さらに、アイデアは非常に簡単で安価に構築できます。理想的な修正正弦波インバータ回路

警告：TIP35トランジスタのコレクターエミッター（カソードからコレクター、アノードからエミッター）の両端に保護ダイオードを接続してください。

更新：に提示された計算によるとこの記事、IC 4017出力ピンは、印象的な外観の変更された正弦波インバーターを実現するために理想的に構成できます。

変更された画像は以下で確認できます。

ビデオデモ：

最小仕様

入力：鉛蓄電池からの12V、たとえば12V7Ahバッテリー
出力：変圧器の定格に応じて220Vまたは120V
波形：変更された正弦波

このブログの熱心な視聴者の1人であるサラさんからのフィードバック

こんにちはスワガタム、

これは、IC2ポスト抵抗R4とR5の出力から得たものです。先ほど言ったように、私は双極波があると思っていました。 1つは正で、もう1つは負です。 AC波サイクルをシミュレートします。この写真がお役に立てば幸いです。前進する方法が必要です。

ありがとう

私の返信：

こんにちはサラ、

これらの出力からの信号は同一のN型トランジスタと単一電源からのものであるため、IC出力はバイポーラ波を表示しません...プッシュで構成されているため、出力でバイポーラ波を生成するのはトランスです。 -センタータップを使用してトポロジをプルします....したがって、R4とR5で見られるものは正しい波形です。波形のバイポーラ性を確認するには、トランスの出力で波形を確認してください。

“ネットワークでのブリッジの使用は何ですか ”

デザイン＃2：NOTゲートの使用

リストのこの2番目は、私も設計した独自の修正正弦波インバーターの概念です。ユニット全体とオシレーターステージおよび出力ステージは、自宅の電子愛好家なら誰でも簡単に構築できます。現在設計されているものは、500VAの出力負荷を簡単にサポートできます。

回路が機能していることを詳しく理解してみましょう。

オシレーターステージ：

上の回路図を見ると、発振器とPWM最適化機能の両方を含む巧妙な回路設計が含まれていることがわかります。

ここで、ゲートN1とN2は発振器として配線されており、主にその出力で完全に均一な方形波パルスを生成します。周波数は、関連する100Kと0.01uFのコンデンサの値を調整することによって設定されます。この設計では、約50Hzのレートで固定されています。値は、60Hzの出力を得るために適切に変更できます。

発振器からの出力は、4つの並列で交互に配置されたNOTゲートで構成されるバッファステージに供給されます。バッファは、完全なパルスを維持し、劣化を回避するために使用されます。

バッファからの出力はドライバステージに適用され、2つの高出力ダーリントントランジスタが受信パルスの増幅を担当するため、最終的にこの500VAインバータ設計の出力ステージに供給することができます。

この時点まで、周波数は通常の方形波です。ただし、IC 555ステージの導入により、シナリオは完全に変わります。

IC 555とそれに関連するコンポーネントは、単純なPWMジェネレータとして構成されています。 PWMのマークスペース比は、ポット100Kを使用して個別に調整できます。

PWM出力は、ダイオードを介して発振器段の出力に統合されます。この配置により、生成された方形波パルスは、PWMパルスの設定に従って細かく分割または細断されます。

これは、方形波パルスの合計RMS値を減らし、正弦波RMS値にできるだけ近づけるのに役立ちます。

したがって、ドライバトランジスタのベースで生成されるパルスは、技術的に正弦波形に似るように完全に変更されます。

出力ステージ：

出力段は、その設計が非常に単純です。トランスの2つの巻線は、パワートランジスタのバンクで構成される2つの個別のチャネルに構成されます。

両方のリムのパワートランジスタは並列に配置され、巻線を流れる全体の電流を増やして、目的の500ワットの電力を生成します。

ただし、並列接続での熱暴走状況を制限するために、トランジスタはエミッタで値が低く、ワット数が高い巻線抵抗で接続されています。これにより、単一のトランジスタが過負荷になり、上記の状況に陥るのを防ぎます。

アセンブリのベースは、前のセクションで説明したドライバーステージに統合されています。

バッテリーは、センタータップと変圧器のアースを横切って、また回路内の関連するポイントに接続されています。

電源をオンにすると、すぐにインバーターが始動し、出力に豊富な修正正弦波ACが供給され、最大500VAの負荷で使用できるようになります。

コンポーネントの詳細は、図自体に記載されています。

上記の設計は、ドライバトランジスタを数個のMOSFETに置き換えるだけで、500ワットのPWM制御MOSFET正弦波インバータに変更することもできます。以下に示す設計では、約150ワットの電力が供給され、500ワットを得るには、既存の2つのMOSFETと並列に接続するためにより多くのMOSFETを接続する必要があります。

設計＃3：変更された結果に4093ICを使用

以下に示すPWM制御の修正正弦波インバータ回路は3番目の候補であり、指定された機能に単一の4093を使用します。

ICは4つのNANDゲートで構成され、そのうち2つは発振器として、残りの2つはバッファとして配線されています。

発振器は、一方の発振器からの高周波がもう一方の出力と相互作用するように統合されており、RMS値を通常の正弦波形に一致するように最適化できるチョップド方形波を生成します。インバーターの設計は必ずしも容易ではありません。特に、変更された正弦波タイプのように複雑な場合は、理解または構築します。ただし、ここで説明する概念では、必要なすべての合併症を処理するために1つのIC4093のみを使用します。構築がいかに簡単かを学びましょう。

この200ワットのインバータ回路を構築するために必要な部品

特に指定がない限り、すべての抵抗器は1/4ワット、5％です。

R1 = 50Hzの場合は1M、60Hzの場合は830K
R2 = 1 K、
R3 = 1 M、
R4 = 1 K、
R5、R8、R9 = 470オーム、
R6、R7 = 100オーム、5ワット、
VR 1 = 100 K、
C1、C2 = 0.022 uF、セラミックディスク、
C3 = 0.1、ディスクセラミック
T1、T4 = TIP 122
T3、T2 = BDY 29、
N1、N2、N3、N4 = IC 4093、
D1、D1、D4、D5 = 1N4007、
D3、D2 = 1N5408、
変圧器= 12 -0 – 12ボルト、必要に応じて2〜20アンペアの電流、出力電圧は国の仕様に従って120または230ボルトにすることができます。
バッテリー= 12ボルト、通常は32 AHタイプで、自動車で使用することをお勧めします。

回路動作

200ワットの修正正弦波インバーターの提案された設計は、基本的な方形波パルスを長方形パルスのより小さなセクションに離散的に「カット」することによって、修正された出力を取得します。この機能は、一般的にIC555に関連付けられているPWM制御に似ています。

ただし、ここでは、デューティサイクルを個別に変更することはできず、使用可能な変更範囲全体で等しく保たれます。ここでは、出力のRMS値を正弦波カウンターに近づけることだけに関心があるため、この制限はPWM機能にあまり影響しません。これは、既存の構成で十分に実行されます。

回路図を参照すると、電子機器全体が単一のアクティブな部品であるIC4093の周りに浮かんでいることがわかります。

これは4つの個別のNANDシュミットゲートで構成されており、それらはすべて必要な機能に使用されています。

N1はR1、R2、およびC1とともに、古典的なCMOSシュミットトリガータイプの発振器を形成し、ゲートは通常、インバーターまたはNOTゲートとして構成されます。

この発振器ステージから生成されるパルスは、回路の基本的な駆動パルスを形成する方形波です。 N3とN4はバッファとして配線され、出力デバイスをタンデムで駆動するために使用されます。

ただし、これらは通常の方形波パルスであり、システムの修正バージョンを構成するものではありません。

上記のパルスはインバーターの駆動にのみ簡単に使用できますが、結果として通常の方形波インバーターになり、高度な電子機器の操作には適していません。

この背後にある理由は、特にRMS値に関する限り、方形波が正弦波形と大きく異なる可能性があるためです。

したがって、そのRMS値が正弦波形と厳密に一致するように、生成された方形波形を変更するという考え方です。これを行うには、外部からの介入によって個々の正方形の波形の寸法を決める必要があります。

N2を含むセクションは、他の関連部品C2、R4、VR1とともに、N1のような別の同様の発振器を形成します。ただし、この発振器は、背の高い長方形の高い周波数を生成します。

N2からの長方形の出力は、N3の基本的な入力ソースに供給されます。パルスの正の列は、N2からの正の出力をブロックするD1が存在するため、ソース入力パルスに影響を与えません。

ただし、負のパルスはD1によって許可され、これらは基本ソース周波数の関連セクションを効果的にシンクし、VR1によって設定された発振器の周波数に応じて一定の間隔でそれらに一種の長方形のノッチを作成します。

これらのノッチ、またはN2からの矩形パルスは、VR1を調整することで必要に応じて最適化できます。

上記の操作は、N1からの基本的な方形波を離散的な狭いセクションにカットし、波形の平均RMSを下げます。設定はRMSメーターを使用して行うことをお勧めします。

出力デバイスは、これらの寸法のパルスに応答して関連するトランス巻線を切り替え、出力巻線で対応する高電圧切り替え波形を生成します。

その結果、正弦波の品質とまったく同等の電圧が得られ、あらゆるタイプの家庭用電気機器を安全に操作できます。

インバーター電力は、200ワットから500ワットに、または必要に応じて、関連するポイントに並列にT1、T2、R5、R6およびT3、T4、R7、R8の数を追加するだけで増やすことができます。

インバーターの顕著な特徴

回路は本当に効率的であり、さらにそれはそれ自体の点でそれを際立たせる修正された正弦波バージョンです。

この回路は、ごく普通の、調達しやすいタイプのコンポーネントを使用しており、構築も非常に安価です。

方形波から正弦波への変更プロセスは、単一のポテンショメータまたはむしろプリセットを変更することで実行できます。これにより、操作が非常に簡単になります。

コンセプトは非常に基本的ですが、並列にいくつかの出力デバイスを追加し、バッテリーとトランスを適切なサイズに交換するだけで、自分のニーズに応じて最適化できる高出力を提供します。

設計＃4：完全にトランジスタベースの修正正弦波

この記事では、提案された実装用に通常のトランジスタだけを組み込んだ、変更された正弦波インバータの非常に興味深い回路について説明します。

トランジスタを使用すると、通常、回路が理解しやすくなり、新しい電子愛好家にとってより親しみやすくなります。回路にPWM制御を含めることにより、インバータ出力での高度な機器の動作に関する限り、設計は非常に効率的で望ましいものになります。回路図は、回路全体がどのように配置されているかを示しています。トランジスタのみが関与していることがはっきりとわかりますが、回路は、必要な修正された正弦波形またはより正確には修正された方形波を生成するために、適切な寸法のPWM制御波形を生成するように作成できます。

全体の概念は、次の点の助けを借りて回路を研究することによって理解することができます。

発振器として安定

基本的に、標準の非安定マルチバイブレータ構成で配線された2つの同一のステージを確認できます。

本質的に不安定であるため、構成は、それぞれの出力で自走パルスまたは方形波を生成することを特に目的としています。

ただし、上部のAMVステージは、出力で目的のAC主電源を得るために、変圧器の操作と必要なインバーター動作に使用される通常の50 Hz（または60 Hz）の方形波を生成するように配置されています。

したがって、上段についてはそれほど深刻で興味深いものはありません。通常、T2、T3で構成される中央のAMVステージで構成され、次にトランジスタT4、T5で構成されるドライバステージ、最後にT1とT6で構成される受信出力ステージが続きます。

出力ステージのしくみ

出力段は、必要なインバーター動作のためにバッテリー電源を介してトランスを駆動します。

上記の段階は、意図された通常の反転動作に不可欠な方形波パルスの生成を実行することのみを担当します。

PWMチョッパーAMVステージ

下半分の回路は、PWM設定に応じて上AMVを切り替えることで実際に正弦波を変更する部分です。

正確には、上部AMVステージのパルス形状は下部AMV回路によって制御され、基本的な方形インバータの方形波を上部AMVから個別のセクションに分割することによって方形波修正を実装します。

上記のチョッピングまたは寸法記入は、プリセットR12の設定によって実行および定義されます。

R12は、低いAMVによって生成されるパルスのマークスペース比を調整するために使用されます。

これらのPWMパルスに従って、上部AMVからの基本的な方形波がセクションに分割され、生成された波形の平均RMS値が標準の正弦波形に可能な限り近く最適化されます。

回路に関する残りの説明はごく普通のことであり、反転を構築するときに通常使用される標準的な方法に従って行うことができます。さらに言えば、関連情報を取得するために他の関連記事を参照することもできます。

パーツリスト

R1、R8 = 15オーム、10ワット、
R2、R7 = 330オーム、1ワット、
R3、R6、R9、R13、R14 = 470オーム½ワット、
R4、R5 = 39K
R10、R11 = 10K、
R12 = 10Kプリセット、
C1 ----- C4 = 0.33Uf、
D1、D2 = 1N5402、
D3、D4 = 1N40007
T2、T3、T7、T8 = 8050、
T9 = 8550
T5、T4 = TIP 127
T1、T6 = BDY29
トランス= 12-0-12V、20アンペア。
T1、T6、T5、T4は、適切なヒートシンクに取り付ける必要があります。
バッテリー= 12V、30AH

設計＃5：デジタル修正インバータ回路

古典的な修正インバーターのこの5番目の設計は、私が開発したさらに別の設計です。これは修正正弦波ですが、デジタル正弦波インバーター回路とも呼ばれます。

このコンセプトは、MOSFETベースの強力なオーディオアンプ設計から着想を得ています。

主なパワーアンプの設計を見ると、基本的には250ワットの強力なオーディオアンプであり、インバーターアプリケーション用に変更されていることがわかります。

関係するすべてのステージは、実際には20〜100kHzの周波数応答を可能にするためのものですが、ここではそれほど高度な周波数応答は必要ありませんが、回路に害を及ぼさないため、どのステージも削除しませんでした。。

BC556トランジスタで構成される最初のステージは差動アンプステージであり、次はBD140 / BD139トランジスタで構成されるバランスの取れたドライバステージであり、最後に強力なMOSFETで構成される出力ステージです。

MOSFETからの出力は、必要なインバーター操作のために電源トランスに接続されます。

これでパワーアンプステージが完成しますが、このステージには、提案されたデジタル正弦波インバータ回路設計の作成に最終的に役立つPWM入力ではなく、適切な寸法の入力が必要です。

オシレーターステージ

次の回路図は、調整可能なPWM制御出力を提供するために最適化された単純な発振器ステージを示しています。

IC 4017は回路の主要部分になり、標準AC信号のRMS値に非常に近い方形波を生成します。

ただし、正確な調整のために、IC 4017からの出力には、いくつかの1N4148ダイオードを使用したディスクリート電圧調整レベル機能が備わっています。

出力のダイオードの1つは、出力信号の振幅を低減するために選択できます。これは、最終的にはトランス出力のRMSレベルの調整に役立ちます。

要件に従って50Hzまたは60Hzに調整する必要のあるクロック周波数は、IC4093からの単一ゲートによって生成されます。

P1は、上記の必要な周波数を生成するように設定できます。

48-0-48ボルトを取得するには、4つの番号を使用します。最後の図に示すように、24V / 2AHバッテリーが直列に接続されています。

パワーインバータ回路

正弦波等価発振器回路

次の図は、発振器ステージの出力でのダイオード数の選択に応じたさまざまな波形出力を示しています。波形には異なる関連RMS値が含まれる場合があり、パワーインバータ回路に給電するために慎重に選択する必要があります。

上記の回路についてご不明な点がございましたら、お気軽にコメント・お問い合わせください。

デザイン＃6：3つのIC555のみを使用

次のセクションでは、波形画像を使用して6番目に変更された正弦波インバータ回路について説明し、設計の信頼性を確認します。コンセプトは私がデザインし、波形はロビン・ピーター氏が確認して提出しました。

議論された概念は、以前に公開されたいくつかの投稿（300ワットの正弦波インバーター回路と556インバーター回路）で設計および提示されましたが、波形が私によって確認されなかったため、関連する回路は完全に確実ではありませんでした。ロビン・ピーター氏によって検証された波形と、手順は、うまくいけばここで整理されたデザインの1つの隠れた欠陥を明らかにしました。

私とロビン・ピーター氏との間の次の電子メールの会話を見てみましょう。

トランジスタを使用せずに、より単純な修正正弦波代替バージョンIC555を作成しました。抵抗とキャップの値の一部を変更し、使用しませんでした[D1 2v7、BC557、R3470ohm]

IC 4017のピン2と7を結合して、必要な波形を取得しました。 IC1は200Hzの90％デューティサイクルパルス（1画像）を生成し、IC2（2画像）、したがってIC3（2画像、最小デューティサイクルおよび最大D / C）をクロックしますこれらは期待される結果ですか、私の懸念はそれがあなたが変えることができる修正されたサイン

RMS、純粋な正弦ではありません

よろしく

ロビン

こんにちはロビン、

変更した正弦波回路図は正しいように見えますが、波形は正しくありません。周波数を200Hzに固定して4017をクロックするために別の発振器ステージを使用し、最上部の555ICの周波数を数kHzに上げる必要があると思います。その後、波形を確認してください。よろしくお願いします。

こんにちはスワガタム

提案した変更と結果の波形を含む新しい回路図を添付しました。PWM波形についてどう思いますか。パルスは完全に接地されていないようです。

レベル。

よろしく

こんにちはロビン、

それは素晴らしいです、まさに私が期待していたことです、それは意図した結果のために真ん中のIC555のために別のアスタブルを採用しなければならないことを意味します....ところで、RMSプリセットを変更して波形をチェックしましたか？そう。

これで、見た目がはるかに良くなり、MOSFETを接続してインバーターの設計を進めることができます。

....ダイオードの0.6V降下のため、グランドに到達していないと思います....どうもありがとうございました

実際には、この投稿で説明されているように、上記と同様の結果を持つはるかに簡単な回路を構築できます：https：//homemade-circuits.com/2013/04/how-to-modify-square-wave-inverter-into.html

ロビン氏からのより多くの更新

こんにちはスワガタム

RMSプリセットを変更しました。添付の波形を次に示します。ピン5に適用できる三角波の振幅と、ピン2または7が進むときにピークが+になるように、どのように同期させるかをお聞きします。中間

ロビンに関して

ここにいくつかのより良い修正された正弦波形があります、多分男はそれらをより簡単に理解するでしょう。それらを公開するかどうかはあなた次第です。

ちなみに私はピン2から10kの抵抗器に10ufのキャップを取り、グランドに.47ufのキャップを取りました。そして三角波はこのように見えました（添付）。三角すぎない、7vp-p。

4047オプションを調査します

ロビンを応援します

変圧器の主電源出力（220V）の両端の出力波形次の画像は、変圧器の出力主巻線の両端から取得したさまざまな波形画像を示しています。

礼儀-ロビンピーター

PWMなし、負荷なし

PWMなし、負荷あり

PWMあり、無負荷

PWMあり、負荷あり

上の画像は拡大されています

上記の波形画像はやや歪んで見え、正弦波とはまったく異なります。次の画像からわかるように、出力に0.45uF / 400Vのコンデンサを追加すると、結果が大幅に改善されました。

無負荷、PWMオン、コンデンサ0.45uF / 400v追加

PWM、負荷、および出力コンデンサを使用すると、これは本物の正弦波に非常によく似ています。

上記のすべての検証とテストは、RobinPeters氏によって実施されました。

ロビン氏からのより多くの報告

さて、昨夜さらにテストと実験を行ったところ、バット電圧を24vに上げても、デューティ/サイクルを増やしても正弦波は歪まないことがわかりました（わかりました、自信を取り戻しました）2200ufのキャップを追加しましたc / tapとグラウンドの間ですが、出力波形に違いはありませんでした。

D / Cを上げると、トラフォがノイズの多いハミング音を発し（リレーが非常に速く前後に振動しているように）、IRFZ44Nが無負荷でも非常に速く熱くなるなど、いくつかのことが起こっていることに気付きました。キャップはシステムへのストレスが少ないようです。ハミングノイズはそれほど悪くなく、Z44nはそれほど熱くなりません。[もちろん正弦波はありません}

キャップは、片方の脚と直列ではなく、変圧器の出力全体にあります。スイッチモード電源から（3つの異なる巻線）丸型インダクター{それらはトリオダルだと思います}を取り出しました。その結果、出力波は改善されませんでした（変化なし）。

変圧器の出力電圧も低下しました。

上記の変更された正弦波インバータ回路のアイデアに自動負荷補正機能を追加します。