CD4047 ile 12-220 volt DC-AC Basit İnverter Devresi

İnverterler kısaca DC gerilimi AC gerilime dönüştüren devrelerdir. DC ve AC arasındaki bu dönüşüm sırasında frekans ve genlik istenen bir değere ayarlanabilir. Bu özelliği ile inverterler frekans dönüştürme işleminde sık kullanılan devrelerdir. Ac makinelerin sürülmesinde kesintisiz güç kaynaklarında yaygın olarak kullanılmaktadırlar. AC makinalar için PWM tekniği ile oluşturulan inverterler sıkça kullanılır.

İnveterlerin Çalışma Prensibi

Transistörlere base ucundan eğer titreşimli bir sinyal uygulanırsa verilen doğru gerilim titreşimli olarak çıkar. İnverterlerde genel olarak bir osilatör çıkışından elde edilen sinyal sürücü yada yükseltici katı ile güçlendirilerek DC gerilim AC ye dönüştürülür.

İnverter Blok Şeması

Bu devre yapısında eğer yükselteç katından elde edilen gerilim ve akım yük için yeterli ise transformatör katının kullanılmasına gerek yoktur. Yükselteç katında Mosfet yada güç transistörleri kullanılabilir.

CD4047 ile inverter Uygulama Devresi
Düşük güçlü bir multivibratör devresi olan CMOS 4047 entegresi devrenin kalbini teşkil etmektedir. Entegre simetrik bir kare dalga üreteci olarak kullanılmıştır. Entegre çıkışları akım ve gerilim olarak düşük seviyede olduğu için bu çıkışlar T1 ve T2 güç transistörleri ile kuvvetlendirilerek trafonun 2X12 volt girişine uygulanmıştır, böylece trafonun diğer tarafından 220 volt luk gerilim elde edilmiştir.

Malzeme Listesi

R1,R2 470Ω

R3 220kΩ

C1 100nf

T1,T2 2N3055

Trafo 2x 12 volt 120 watt

IC CD4047

CD4047 Multivibratör Entegre Devresinin Çıkışları

CMOS 4047 entegresi içerisinde 2 adet multivibratör barındırır. Her iki multivibratör de kare dalga çıkışı verirler ve bu çıkışlar birbiriyle simetriktir.Yani 10 nolu uç aktif olduğu anda 11 nolu uç pasif, 11 nolu uç aktif olduğu durumda da 10 nolu çıkış ucu pasiftir.

CD4047 pin açılımı

CD4047 Blok ve Lojik Diagramı

Devrenin Yapılması Çalıştırılması Ve Karşılaşılan Zorluklar.

Şekil 6 da verilen devre tablo 1 de ki eleman değerleriyle kuruldu, yük olarak 75 watt lık bir lamba bağlandı. Devre çıkışları osiloskopa bağlandı ve devreye enerji verildi. Trafo çıkışlarından elde edilen dalga şekli sinüzoidal yapıya yakındı fakat çıkış geriliminin tepe değeri 8 volt civarında görünüyordu. DC giriş akımı olarak da 2.5 amper civarında akım çekiyordu. Devreye yük olarak saf endüktans bağlanarak tekrar denendi ve sonucun yine aynı olduğu gözlendi. Fakat boşta 220 volt efektif çıkış veriyordu ve çıkışa düşük güçlü bir yük bağlandığında (15 watt lamba ,müzik seti) çalışıyor ve 216 volt efektif çıkış gerilimi veriyordu.Bunlardan sonra anlaşıldı ki 75 watt gibi bir yük bağlandığında trafo uçları kısa devre gibi davranıyor ve gerilim 8 volt civarında görünüyordu.

Trafo primer taraftan fazla akım çekmek istiyor , bunun içinde transistörler üzerinden geçen akımların artması gerekirken artamıyordu. Sorun transistörler üzerinden çekilen akımın artmamasıydı.Sonuç olarak 4047 entegre devresinin çıkış uçları 2N3055 Güç transistörlerini tam iletime sürecek kadar çıkış veremiyor ve durum böyle olunca da trafo girişine yeterli güç aktarımı olmuyordu.

Bu kararsızlığı önlemek için entegre çıkışları birer transistörle yükseltilerek 2N3055 transistörlerinin Base akımları yükseltildi. Entegre çıkışlarına bağlanan transistörler BDX 53C ve özdeştir ve kolektör uçlarına seri bağlanan dirençlerin değerleri 5 W 11 watt dır.

Bu devre yapısı hazırlanarak devre bir kutu içerisine yerleştirildi. Transistörler için soğutucu bağlanmadı kutu üzerindeki kenarlıklar soğutucu olarak kullanıldı. Devre deneme sırasında önce 75 watt lamba ile denendi. Bu bağlantıda devre 5,6 amper DC giriş akımı çekiyor ve 218 volt çıkış veriyordu. Devreye ikinci olarak 150 watt lık bir AC motor bağlandı. Frekans artırılarak motor hızı artırıldı. Çekilen DC akım 7 amperden yukarı doğru artarken 9.6 amper değerine gelindiğinde 2N3055 transistörlerden biri arızalandı.

2N3055 transistörleri katalog değerlerinde max 15 Amper değerine dayanabildiği belirtilirken 9.6 amper akımda arızalanmıştı. Bu durumda transistörlerin geçen akıma dayanamayacağı düşünülerek transistör katı paralel bağlantı ile 2 den 4 e çıkarıldı. Böylece transistörlerden geçirilecek akım miktarı 2 katına ulaşıyordu.

Fakat daha sonra anlaşıldı ki transistörlerden birinin arızalanması üzerinden geçen 9.6 amperlik akım değil bu akımda transistör üzerindeki ısınmaya karşı kutu kenarlarının kullanılması soğutucu olarak yeterli gelmiyor dolayısı ile transistörler çekilen fazla akımdan değil üzerindeki ısınmadan dolayı bozuluyordu. Bu yüzden T5 ve T6 transistörlerinin bu güçteki bir devre için kullanmak fazlalıktı. Fakat eğer yeterli derecede soğutucu bağlanırsa T5 veT6 transistörleri sayesinde devrenin maximum gücü 2 katına çıkabilecektir.

Devre İçin Yapılabilecek İyileştirme Ve Geliştirmeler

1-T5 ve T6 transistörleri kullanılmadan 120 wattlık bir trafo bağlı olan bu devredeki güç 120 watt tır. Fakat devrenin bu haliyle (T1,T2,T3 ve T4 kullanılarak) eğer daha güçlü bir trafo kullanılırsa devreden 300 watt’a kadar faydalanılabilir.

2-T5 ve T6 transistörleri ile birlikte trafo da daha güçlü bir trafo seçilirse bu devre ile 600 watt a kadar bir uygulama devresi yapılabilir.

3-Bu devre bir UPS’e dönüştürülebilir. Bunun için devreye şunların eklenmesi gerekir
a) elektrikler kesildiğinde yüke bağlantıyı sağlayacak statik bir anahtarlama devresi.
b) Elektrikler geldiğinde UPS’i yükten ayırarak şebeke bağlantısını sağlayacak bir statik anahtarlama devresi

c) Elektrikler geldiğinde aküyü şarj edecek bir şarj devresi
d) Akü(ler) dolduğunda şarjı kesecek bir şarj koruma devresi.

4-Devrede bulunan tüm transistörler kaldırılıp T1 ve T2 yerlerine uygun 2 adet MOSFET kullanılabilir. Bu sayede eleman sayısı azalır fakat MOSFET lerin daha pahalı olduğu da açıktır. Bu yüzden 300 watt gibi böyle bir düşük güçlü devre için 2N3055 transistörleri mali açıdan şu an için en iyi çözüm olarak görünüyor.

Ayrıca bu devre hobby elektronik sitesindede uygulanmış güç transistörleri 2 adet BDX54 Kullanılmış