Сварочный инвертор на 160 Ампер, косой мост по следам Barmaley

Ребята, всем привет! Давайте сегодня, с одобрения Игоря, замахнемся на силовую электронику в рамках нашего е-журнала DATAGOR.RU 😉
Кто только не пробовал делать сварочник? Изучая информацию в Сети нашел первые более-менее вразумительные упоминания о самостоятельном изготовлении сварочного инвертора, датированные примерно 2003 годом, то есть около двадцати лет назад. Казалось бы, за это время всё, что можно было обсудить, должно быть обсуждено, должны были быть перепробованы все возможные схемы, все копья должны быть сломаны… Но, как показывает практика, всё только начинается! Причина тому — сложность вопроса. При проектировании сварочного инвертора постоянно приходится взвешивать, в чём мы выиграем и в чём проиграем, если реализуем то или иное решение. Сварочный инвертор — это клубок взаимоисключающих требований и компромиссных решений! Давайте последовательно будем разбираться, что к чему.

↑ Начало

Я шёл тернистым практическим путём в постижении «сварочного вопроса».
А вот трупы свидетелей, погибших в процессе… Куда же без них. 😁


Рабочий беспорядок на рабочем столе.


2018 год. Первый мой сварочник, доведённый до рабочей версии и даже в корпусе.

↑ Какой сварочник мы хотим?

Для повседневных работ, а кому-то (мне, например) и просто «посверкать» дугой, 250 Ампер сварочного тока — это излишество. Кроме того, если быть честным, в подавляющем большинстве случаев просто нереально из однофазной сети вытащить 250 Ампер сварочного тока
Поэтому для читателей е-журнала Датагор решил разработать простой и доступный для повторения инвертор без всяких наворотов и излишеств, но при этом реально работоспособный и выдающий честных 160 Ампер сварочного тока.

Анализ схем сварочных инверторов, серийно выпускаемых промышленностью, показал, что подавляющее их большинство не имеют на входе корректор коэффициента мощности. Так же анализ материалов по инверторам и их ремонтам окончательно укрепил меня во мнении, что не надо городить ничего лишнего.

Итак, мы будем строить косой мост. Вот вам и первый компромисс: между полным мостом и косым мостом мы выбираем косой мост, так как он проще, понятнее, в нём меньше подводных камней и заставить его работать можно даже не имея осциллографа. Эта схема известна в Сети под названием «Сварочный инвертор Бармалей» по имени её создателя камрада Barmaley. Именно её с некоторыми изменениями мы и возьмём за основу.

Я разбил всю схему на три части: силовая часть, модуль управления и блок питания. Давайте разбираться, что к чему.

↑ Силовая часть

Сетевое напряжение выпрямляется диодным мостом Br1 и заряжает электролитические конденсаторы С1, С2, С3. В момент включения сварочника в сеть, для исключения броска тока, заряд конденсаторов осуществляется через резистор R1. В моем случае это два резистора на 47 Ом 5 Ватт, включенные последовательно. Можно применить термистор, или резисторы других номиналов.
Кто-то использует пленочные конденсаторы, реактивное сопротивление которых сопоставимо с сопротивлением резистора R1. Но конденсаторы я бы ставить не стал, так как при включении реле усиливается искрение и портятся контакты.
Кто-то использует лампы накаливания. Вариантов масса.

Далее диодный мост. Я использовал KBPC 3510 на 35 Ампер 1000 Вольт. Существуют мосты KBPC 5010 на 50 Ампер 1000 Вольт. У меня одинаково хорошо работал и тот и другой мост. Главное установить его на радиатор, потому что при работе он греется.

Далее электролитические конденсаторы С1, С2, С3. Слишком задирать их ёмкость не следует. Диодный мост работает только тогда, когда напряжение в сети выше, чем напряжение на банках, отсюда ухудшение Cos φ при увеличении нагрузки, или проще говоря, увеличение пиков потребляемого тока в моменты работы диодного моста, и уменьшение их длительности, что крайне негативно влияет на сеть.

На основании анализа схем промышленных инверторов, а также на основании собственного опыта, принимаем ёмкость входных банок около 1500 мкФ, то есть три конденсатора по 470 мкФ. Рабочее напряжение этих конденсаторов должно быть не менее 400 Вольт, у меня 450 Вольт.

Далее идет конденсатор С4. Это пленочный конденсатор, он должен быть расположен как можно ближе к силовым транзисторам, кроме того, он должен быть как можно более высокого качества. CBB21 тут не работают. У меня этот конденсатор — EPCOS N118615434 5uF 800v. Материал его диэлектрика Metallized Polypropylene (MKP). Можно использовать WIMA. Другие я не пробовал, ну кроме CBB21, которые при работе грелись, плавились и отваливались.

Далее резистор R3, этот резистор нужен для того, чтоб банки разряжались после работы. Современные электролиты могут несколько лет держать заряд, поэтому принять меры для их разряда следует обязательно. Одного резистора 330 кОм 2 Ватта достаточно.

Далее по схеме идет инвертор, а именно два транзистора Т1-Т2, и два диода D2-D4. Управляющий сигнал подается на транзисторы одновременно, они открываются, и ток начинает течь через первичную обмотку трансформатора Тr1. Магнитное поле в сердечнике трансформатора при этом увеличивается. Когда с транзисторов пропадает управляющий сигнал, они закрываются, и в этот момент поле трансформатора начинает уменьшаться. Соответственно напряжение на выводах трансформатора меняет свой знак, и через диоды D2-D4 «сливается» обратно в сеть. Этот процесс называется «размагничивание», а диоды D2-D4 соответственно «размагничивающие». Всё это повторяется с частотой преобразования, в моем случает 55 кГц. Скажу сразу, 55 кГц — это довольно много. Лучше если частота будет около 35 кГц, но для этого нужен другой трансформатор, с большей площадью сечения.

Почему 35 кГц лучше? Потому что у ключей помимо статических потерь (падение напряжения в открытом состоянии), есть еще и динамические потери. Ключ включается на паразитную ёмкость трансформатора, поэтому многие стараются несколько замедлить включение, чтоб снизить бросок тока при включении. Без снабберов тут точно никак. Соответственно понимаем, что чем ниже частота тем меньше случаев включения выключения ключа в одну и ту же единицу времени. Снабберные цепочки R7 C6 D5 и R6 D3 C5 помогают ключам при закрытии, и устраняют выбросы напряжения, обусловленные наличием паразитных индуктивностей.

Силовые транзисторы я применил 50JR22, так как они не дорогие и вполне отличные.

Можно использовать 40N60SMD, 60N60SMD, в настоящее время нету сложностей с качественными силовыми ключами на 600 Вольт.
Я не рекомендую использовать ключи IRG4PC50U (как в оригинальной схеме). Размагничивающие диоды HFA15TB60, можно поставить HFA25TB60 и т. д. Главное не менее 15 Ампер, 600 Вольт и чтоб были быстродействующие.

↑ Трансформатор тока

В Сети ходит слух о том, что трансформатор тока должен быть расположен ДО размагничивающего диода. Я пробовал и так и сяк, абсолютно нет никакой разницы, теоретическая правильность такого решения так же нигде и никак не обосновывается. Важна фазировка трансформатора. Я думаю, данная картинка все исчерпывающе объяснит:


Ну или вот такая, чтоб было понятнее, что, как, и в какую сторону мотается.


На этой картинке красный провод — это силовой провод. Точки — это соответственно начала. По поводу расчета трансформатора тока будет сказано в разделе описания модуля управления.
Отмечу лишь, что трансформатор тока я намотал на кольце R20/10/5. У меня он содержит 80 витков провода 0,2 мм.

↑ Расчёт силового трансформатора

Далее у нас идет силовой трансформатор. Это, можно сказать, сердце нашего инвертора. От того, как он изготовлен, во многом зависит эксплуатационные характеристики нашего инвертора.
Наиболее приемлемый коэффициент трансформации для сварочника — 3:1. Я пробовал другие коэффициенты, подтверждаю, что 3:1 это оптимально.

При выборе сердечника тоже придется пойти на компромисс: чем больше сердечник, тем лучше, однако большой сердечник потом сложно разместить в корпусе и протащить к нему провода от платы. А в маленький сердечник просто не уложить требуемое количество витков.

Я применил ферритовое кольцо R63/38/25, эти цифры означают, что у него наружный диаметр 63 мм, внутренний диаметр 38 мм и высота кольца 25 мм. Проницаемость — 2000.

Расчет трансформатора сводится к определению необходимого количества витков первичной обмотки для требуемой частоты преобразования. Трансформатор не должен уходить в насыщение при максимальной ширине импульса, и при этом должен работать на максимально большом участке кривой намагничивания.

Я использовал программу камрада Старичка, у меня получилось, что при питании 310 Вольт, максимальной индукции 0,3 Тл и при частоте 50 кГц, первичка должна содержать 33 витка.


Можно использовать для этих целей «калькулятор Лысого» — абсолютно рабочая методика, это когда силовой трансформатор подключаешь через резистор 1 Ом к собранному косому мосту, осциллографом на этом резисторе смотришь форму тока намагничивания. Должна быть ровная пила без всяких загибов, если появляется загиб — это насыщение сердечника.
Подход тут должен быть на усмотрение каждого, ЛАТР-ом поднимать напряжение, и смотреть этот загиб, ну либо начать с высокой частоты и постепенно понижая частоту смотреть появление загиба вверх. Соответственно надо определить при данном количестве витков и напряжении 310 Вольт при какой частоте появляется загиб.
Потом увеличить количество первички на 30%, это обязательно, так как напряжение питания в другой сети может быть выше, или феррит при работе разогреется и немного потеряет свои свойства, или еще что-то.

Осциллограф ОБЯЗАТЕЛЬНО должен быть гальванически развязан от сети, и вообще все манипуляции с сетевым напряжением проводить максимально осторожно! В конце каждого действия выкручивать ЛАТР в «0».

↑ Зазор в сердечнике

Как я сделал зазор в сердечнике? Я разломал пополам сердечник.

Надпилил его немного болгаркой:

И после удара оно разломилось более-менее нормально.


В качестве зазора я использовал бумажные салфетки. Потому что если использовать офисную бумагу, то зазор получается слишком большой из-за того, что место разлома кольца имеет сильное отклонения от плоскостности.
Если использовать Ш-образный феррит, то вполне можно использовать офисную бумагу.

Я намазал края кольца суперклеем, и через куски салфеток стянул в тисках.


Изолировал кольцо тряпичной изолентой. У меня есть возможность пропитывать обмотки в вакуумной камере, это надо делать обязательно, пусть не в вакууме, но пропитать, например эпоксидкой обмотки надо обязательно.
Когда я делал трехфазный косой мост, я заметил, что непропитанная обмотка, когда даешь нагрузку, начинает светиться синим цветом. Не ярко, конечно, но коронный разряд по всей обмотке имеет место. Этот разряд прожигает изоляцию, доходит до феррита и в итоге — фейерверк.

После пропитки такого эффекта не наблюдалось. Я это связал с тем, что коммутационные выбросы имеют большое напряжение и диэлектрической прочности изоляции обмоточного провода не хватает.

↑ Намотка силового трансформатора

Начал мотать первичку. Для этого взял 8 проводков диаметром 0,8 мм, и скрутил их в жгут. Для моего кольца потребовалось около 4 метров жгута. И вот тут меня ждал мой косяк: в один слой влезло только 30 витков! Что ж, придется немного поднять частоту, помните я выше написал, что у меня 55 кГц, а на картинке расчета фигурирует частота 51 кГц?

Первичку специально мотал по три витка, чтоб потом в промежутки положить вторичку. Мне кажется так лучше.

↑ Какая должна быть плотность тока?

На этот вопрос нельзя однозначно ответить. Если ничего не греется, и обмотки при этом поместились в трансформатор — значит плотность тока выбрана правильно, если трансформатор чернеет и дымит при работе — плотность тока выбрана неправильно. В моем трансформаторе у первичной обмотки условия охлаждения хуже, чем у вторичку, можно плотность тока вторички чуть поднять, чтоб немного сэкономить медь.

Я выбрал 9 Ампер на 1 мм сечения провода. Опытным путем было установлено что для сварочника при условии хорошего охлаждения такая плотность, или даже 10 Ампер на мм, вполне достаточно. Наверное, если б выбрал 10 Ампер, то влезло бы 33 витка.

Вот так выглядит трансформатор после намотки вторичной обмотки:

↑ Удобная зачистка и залуживание концов обмоток

Как зачистить и залудить такое количество проводников? Я нагреваю горелкой каждый кончик провода докрасна, потом металлической губкой для посуды счищаю окалину, потом осветляю медь в лимонной кислоте.


В итоге получается вот так:


Остается только впаять трансформатор в наше устройство и наслаждаться! У меня получилась индуктивность первички 1400 мкГн, это меньше чем должно было быть по расчету для 30 витков. Говорит сей факт о том, что зазор получился великоват. Надо было сильнее стягивать сердечник тисками.
Индуктивность рассеяния 6,3 мкГн. Это довольно неплохо. Вообще индуктивность рассеяния должна быть минимально возможной! Индуктивность рассеяния — это зло!

↑ Диоды, дроссель, снабберы

Далее по схеме у нас идут выпрямительные диоды, дроссель, снабберы диодов. Выпрямительные диоды: это прямой диод D6 и замыкающий диод D7. На схеме не показаны снабберные цепи замыкающего диода, однако их обязательно надо установить.

При прямом ходе ток идет через прямой диод и дроссель в нагрузку. При этом часть энергии накапливается в дросселе, а при обратном ходе, так как на дросселе поменялась полярность, ток идет через дроссель и замыкающий диод D7 в нагрузку. Так как у нас коэффициент заполнения импульса не может быть более 50%, а у меня он задан 45% максимум, то не трудно догадаться что больше всего «достается» именно замыкающему диоду, так как он работает большую часть времени. Именно он будет сильнее всего греться.
Я использовал по три диода STTH6003 прямых и столько же обратных. Прямых можно было бы использовать два, и все нормально работало бы.

Далее дроссель. Дело в том, что дроссель в данной схеме можно использовать практически любой. Чем выше индуктивность, тем при более малом токе можно работать. Однако, нигде в Сети не нашел более-менее вразумительного описания влияния сварочных проводов на общую индуктивность выходной цепи. Поэтому, если эту статью будут читать матерые «сваркостроители», проведите эксперимент! Возьмите «косого», работающего на частоте 50-60 кГц, а лучше вообще мост кГц на 45, так как там на выходе удвоенная частота пульсаций. Возьмите сварочные провода метра по 2-3 длинной, возьмите два изолированных осциллографа, один подключите на выход инвертора, а второй на выход сварочных проводов, то есть практически на держак и массу. И вопросы насчет необходимости дросселя в сварочнике отпадут сами собой. Потому что на выходе сварочника будет пульсирующее напряжение с частотой преобразования, а на держаке и массе, будет практически прямая линия.
То есть сварочные провода вполне нормально работают как дроссель, свою функцию поддержания тока прекрасно выполняют. Вопрос только в том, какой минимальный ток вы хотите получить.

В общем я нашел у себя какие-то два сендастовых кольца, нашел обрезок какого-то жгута, намотал, и получилась индуктивность примерно 45 мкГенри. Нормально.
По силовой части вроде бы все.

↑ Блок управления сварочного аппарата

Схема нашего Блока управления сварочного аппарата:


Основу схемы составляет ШИМ контроллер UC3845. Чип вырабатывает импульсы с частотой, заданной частотозадающими элементами R26+C25, напомню — в нашем случае это 55 кГц, и на каждом такте сравнивает напряжение на входе датчика тока (3 нога) с напряжением на выходе усилителя ошибки (2 нога), если напряжение на датчике тока превышает напряжение на выходе усилителя ошибки, то микросхема «обрубает» управляющий импульс до следующего такта.

Цепочка VD12-VD13 обеспечивает размагничивание трансформатора тока на обратном ходе. В некоторых схемах видел резистор 470 Ом — 1 кОм параллельно этому трансформатору. Этот резистор призван гасить паразитные выбросы и колебания, можно вполне его устанавливать.
Цепочка R28-C26 призвана фильтровать помехи и выбросы, идущие на вход UC3845, от нее также зависит ток КЗ инвертора, чем больше ёмкость, тем выше ток КЗ.

↑ Расчёт трансформатора тока

Давайте немного коснемся расчета трансформатора тока, как обещал выше. На выходе мы хотим получить 150 Ампер. Мы знаем, что коэффициент трансформации силового трансформатора Ктр = 3, тогда на первичной обмотке будет 50 Ампер. Соответственно если мы намотаем 50 витков трансформатора тока, то есть его Ктр будет 1:50, то на шунте трансформатора тока (резистор R29) мы получим 1 Ампер.
Максимальное напряжение на 3-й ноге, при котором сработает отсечка импульса, 1 Вольт. Соответственно, чтоб при токе 1 Ампер нам получить 1 Вольт падения напряжения на резисторе R29, его сопротивление должно быть 1 Ом. У меня трансформатор тока состоит из 80 витков, соответственно я поставил резистор R29 = 1,5 Ом. Кроме того, пределы регулирования тока настраиваются резисторами R21-R22. Я установил 30…160 Ампер.

↑ Раскачка силовых ключей

В моем случае я использовал ТГР — трансформатор гальванической развязки.
Какие еще варианты возможны? Бутстепный драйвер в однотактной схеме не рассматриваем вообще.
Оптика HCPL3120? Но, мы знаем, что, во-первых, нам придется к каждому драйверу тянуть отдельное питание, а у нас их два, и они должны быть хорошо изолированы от питания схемы управления, и друг от друга. А плату мы хотим сделать самостоятельно, то есть по-хорошему нам доступна только односторонняя печатная плата. Куча заморочек с разводкой.

↑ ТРГ — трансформатор гальванической развязки

Короче, поставим ТГР, и все будет работать отлично! Проверено. Раскачка ТГР у нас осуществляется транзистором Т4. В моем случае это IRF540, но можно поставить любой аналогичный.

Размагничивание ТГР-а у нас происходит цепочкой VD9-VD10-VD11. Тут есть некоторые подводные камни. Если поставить один стабилитрон на 24 Вольта, то он будет довольно сильно греться. Это подтверждают многочисленные видео ремонта сварочников, где ремонтники пеняют на перегрев стабилитрона.
Я поставил два 24V0 стабилитрона последовательно, получил напряжение стабилизации 48 Вольт и отличное размагничивание ТГР. И, главное, ничего не греется.

Кстати заметим, что узел раскачки у меня питается напрямую от блока питания 19 Вольт, а UC3845 я запитал от стабилизатора 7812. Почему 19 Вольт? Потому что в сами драйверы силовых ключей я ввел своего рода узел формирования отрицательного напряжения для более четкого закрытия ключей — ввел цепочки VD18-C28 и VD19-C29.
Выбрал напряжение открытия на затворе ключа минимум 14 Вольт, с учетом падения на стабилитронах VD18-C28 и VD19-C29 и диодах VD15-VD17, VD14-VD16, питание нам нужно не менее 19 Вольт.
Смотрел осциллографом, импульсы получаются нормальные.

↑ Конструкция ТГР

Я использовал ферритовое кольцо R25/15/10. Зазор не вводил. Кольцо предварительно изолировал малярным скотчем, потом намотал на него скрученный их трех проводов жгут, 22 витка.
Не вздумайте мотать ТГР обычным эмальпроводом! Рискуете получить заряд бодрости при сварке. ТГР должен обладать хорошей диэлектрической прочностью! Я использовал для намотки провод в тройной изоляции (Triple Insulated Wire), можно применить наш МГТФ.
Провод для ТГР я использовал 0,35 мм диаметр по меди — исходя из удобства намотки. Вот так выглядит мой ТГР:


Чем ближе компоненты драйвера к силовым ключам, тем лучше. Это тоже одно из противоречивых требований: схему управления нужно расположить как можно дальше от силовой части чтоб минимизировать наводки и прочие нежелательные явления, а управление ключами расположить как можно ближе к ключам.

↑ Блок питания

Возможны два вида питания нашего сварочного инвертора. Это самопитание, когда на силовой трансформатор мотается дополнительная обмотка 1…2 витка, потом выпрямляется и питает схему управления, вентиляторы и т. д. И второй вариант — это отдельный блок питания.

Я остановился на отдельном блоке питания, потому что считаю, что запроектировать самопитание в такой схеме, это надо чтоб «руки были золотые по самые локти». Например, при КЗ длительность импульса минимальна. Значит, питание просядет. И возможно просядет так, что напряжение управляющих импульсов упадёт до восьми или менее Вольт, ключи перейдут в линейный режим работы со всеми вытекающими свето-шумовыми последствиями.
Поэтому мы будем использовать отдельный полноценный блок питания.

↑ Схема блока питания

Это классический обратноходовой преобразователь. Обычно для таких блоков питания используют чипы UC3842 или UC3843, потому что у них коэффициент заполнения импульса может достигать100%. В отличие от UC3844 или UC3845, у которых коэффициент заполнения импульса до 50%. Однако по расчетам у нас коэффициент заполнения не превышает 30%, поэтому смело ставим UC3845.

Часто задают вопрос, почему R10-R11 именно так включены, что нельзя поставить один резистор? Ставим два опять же для увеличения диэлектрической прочности при сохранении приемлемых габаритов.

Очень рекомендую по поводу обратноходового преобразователя изучить исчерпывающую статью Дмитрия Макашова «Обратноходовый преобразователь».

↑ Изготовление импульсного трансформатора

Трансформатор я выпаял из неисправного балласта для электронных ламп. Если рассчитать его по программе камрада Старичка, то всё будет работать.
Я замерил найденный трансформатор, ввёл данные в программу и получил результат:


Сам трансформатор до разборки выглядит вот так:


Разбираем классическим способом: нагреваем и аккуратно разъединяем половинки феррита, предварительно убрав желтый скотч.

Мотаем вначале половину первичной обмотки, потом вторичную обмотку, потом вторую половину первички, потом обмотку самопитания для UC3845. Следим за фазировкой!
Вторичку я мотал проводом в тройной изоляции, чтоб получить хорошую диэлектрическую прочность трансформатора.

↑ Особенности выбора выпрямительного диода VD4

Я бы ещё добавил пару слов насчет выпрямительного диода VD4. Частота преобразования у нас 150 кГц, и сюда обязательно надо ставить диод Шоттки. Я пробовал UF4007, казалось бы ультрафаст! Он сразу после запуска источника разогрелся так, что из него вышел волшебный дым, и он перестал работать.
Диод типа SB1H100 работает отлично, не греется.

↑ Реле мягкого старта

Наш блок питания с зенером DV5 на 18 Вольт выдает 19 Вольт, это как раз то, что нужно. Однако у нас есть реле Rel1, катушка которого рассчитана на 12 Вольт. Замерим сопротивление катушки и подоберём гасящий резистор R2 так, чтоб получить на катушке 12 Вольт, ну и мощность резистора так чтоб не грелся. У меня получилось 150 Ом на 1 Ватт.

Я подключил реле без схемы задержки, так как блок питания запускается уже с задержкой, обусловленной зарядом входных банок, а так же зарядом конденсатора C15 через резисторы R10-R11.

Тут могут быть некоторые сомнения, что инвертор начинает работать вместе с реле, и при нагрузке во вторичной цепи некоторое время (пока срабатывает реле) инвертор работает через зарядный резистор и тот может сгореть. Не сгорит, работает отлично. Банки не успевают значительно разрядиться за время срабатывания реле, чтоб спалить зарядный резистор.
Я это специально проверял: оставлял инвертор в КЗ и тыкал в сеть — все работает отлично на любом установленном токе.

↑ Конструкция сварочного инвертора

Я решил расположить всё на одной плате. Большинство самодельщиков изготавливают инвертор блоками, и потом в корпусе все это дело соединяют. Я тоже так делал, но, по-моему, легче изготовить одну плату, на ней все расположить, и потом поставить плату в корпус. Главное тут определиться с профилем радиаторов охлаждения. Я нашел подходящий профиль, и плату делал как раз под него.
Вот на фото радиатор, установленный с транзистором на плату:

↑ Особенности разводки платы сварочника

Плату разводил в Sprint Layout. Схема не сложная, главное при разводке учесть нюансы такого рода импульсных устройств. Прикинул, что и как будет расположено. Заодно прорисовал профиль используемых радиаторов.


Потом начал потихоньку располагать все элементы и соединять проводниками с учетом нюансов силовой электроники. Минимальный зазор между первичной и вторичной цепью не плате у меня не менее 3 мм, на самом деле по стандарту безопасности его надо делать больше. Однако 3 мм зазора на плате, покрытой лаком, выдерживает 2,5 киловольта переменного напряжения в течении 1 минуты, так что боятся нечего.
Я изучал на этот счет промышленные конструкции сварочников, там, такаяя «жесть» иногда бывает! Особенно этим страдают самые дешевые сварочники, даже не буду комментировать.

В процессе разводки платы дорисовывал некоторые макросы, так же нарисовал трансформатор питания. Пришлось несколько раз распечатывать плату, сверять размеры и проверять, чтоб все нормально подходило.


Я хотел запихнуть свою плату в старый корпус сварочника, который у меня откуда-то взялся.
Прикинул, вроде все должно подойти:


Размагничивающие диоды мы будем располагать внизу платы и припаяем их непосредственно на контактные площадки. Они вообще не греются, если силовая часть сделана правильно и трансформатор изготовлен правильно (с минимальной индуктивностью рассеяния), с зазором, близким к расчетному.

Из-за того, что у нас односторонняя плата есть определённые ограничения и неудобства в проектировании. Например, вторые концы диодов размагничивания решил провести проводами, потому что «там никак». Так же диоды снабберов транзисторов решил припаять с обратной стороны платы на резисторы снабберов, а чего месту свободному пропадать? Ну и снабберы выпрямительных диодов тоже расположил с обратной стороны платы.

Компоненты драйверов транзисторов я расположил рядом с транзисторами, соответственно рядом с транзисторами расположил конденсатор С4. ТГР решил расположить тоже как можно ближе, а именно между транзисторами. Цепь раскачки ТГР немного отодвинул от платы задающего генератора, чтоб не тащить длинные провода до ТГР, лучше протащить дорожки до транзистора раскачки ТГР, что я и сделал.
Так же я старался по максимум использовать smd элементы.

↑ Термодатчик

Используется любой нормально замкнутый термодатчик, на температуру около 95°С. Крепить его следует на радиаторы диодов, так как они больше всего нагреваются при работе.

↑ Защитное покрытие плат сварочника

Обычно сварочники эксплуатируются в жестких условиях. Так же на плате присутствует высокое напряжение. Поэтому необходимо нанести защитное покрытие на плату. Я использую либо цапонлак, либо акриловый лак, либо специализированный лак «PLASTIC 71» в аэрозоли. Все они одинаково хорошо работают, создают качественное защитное покрытие.

↑ Компоновка устройства

На плате есть место для установки цепей всяких антизалипаний и хотстартов. Желающему вполне можно озадачится и развести на плате эти цепи.

Вот фотка платы в процессе пайки, когда практически все smd-компоненты запаяны и плата частично отмыта.


Вот так установлен ТГР. При монтаже соблюдаем фазировку обмоток! Тут же мы видим конденсатор С4. Транзисторы не установлены.


В принципе, в таком виде можно потихоньку подать питание на схему управления и проверить импульсы. Не забываем вместо термодатчика временно установить перемычку. См. раздел наладки ниже.

Далее я установил транзисторы на свои места. Категорически не рекомендую вешать транзисторы напрямую на радиатор, как советуют многие сваркостроители, и как сделано в некоторых промышленных аппаратах. Хоть в таком случае охлаждение несколько лучше, электробезопасность превыше всего! Современные теплопроводящие материалы, такие как керамика, позволяю достичь очень хорошей теплопередачи и радиаторы у нас будут под нулевым потенциалом. Я использовал керамику.


Вот так выглядит плата с установленными транзисторами:

Видим так же диодный мост с радиатором.



Пришлось немного «попотеть» с установкой трансформатора. Экономия места на плате сыграла злую шутку, всё-таки места под трансформатор надо оставлять немного больше, примерно на 10…15 мм, тогда будет отлично.
Полностью запаянная плата выгладит вот так:


И с обратной стороны. Видим установлены снабберы выпрямительных диодов:

↑ Наладка сварочного инвертора

Что-же, запаяли мы плату. Приступаем к налаживанию.

Первое что нам надо сделать, это проверить блок питания.

↑ Наладка Блока питания

Для этого подключаем лабораторник к конденсатору С15 и смотри импульс на транзисторе Т3. Подбором частотозадающих элементов R9-C13 добиваемся нужной нам частоты, в моем случае 130…150 кГц.

Если мы уверены в своем трансформаторе для обратнохода, то можно потихоньку через ЛАТР и выпрямитель подать на него питающее напряжение и смотреть запуститься ли, и хорошо ли будет работать.
НА БАНКИ ПИТАНИЕ ПОКА НЕ ПОДАЕМ! Помним, что с силовой электроникой только «на вы».
Да, придется разорвать дороги на плате. Я подключил осциллограф на вторичку и смотрел импульс, у меня получилось вот так:

Могу сказать по осциллограмме, что есть некоторые проблемы со снабберной цепью, скорее всего надо уменьшать номинал резистора, но я гонял именно эту схемку дежурки несколько дней, и ничего не греется, все работает отлично. Оставлял на работе на ночь включенной в сеть, и так несколько дней.

↑ Наладка генератора инвертора

Далее налаживаем задающий генератор самого инвертора. Подаём с лабораторника 19 Вольт на кренку и смотрим импульс. На время тестов датчик перегрева должен быть замкнут, у меня на плате видим перемычку. Смотрим импульс на выходе микросхемы, на ключах, подстраиваем частоту при необходимости. На ключах должен быть ровный прямоугольник, если это не так — ищем ляпы, скорее всего с фазировкой ТГР проблемы.
У меня импульс вот такой:

↑ Наладка силовой части

Если всё хорошо, подключаем ЛАТР на банки. Лучше через какой ни будь мощный трансформатор 220/220, чтоб обеспечить гальваническую развязку от сети. Подключаем осциллограф на вторичку силового трансформатора: крокодил на нижний (по схеме) вывод, а щуп на верхний.
Должно быть что-то такое:

Загиб присутствует, значит к началу следующего такта, при максимальной ширине импульса, сердечник нашего силового трансформатора размагнитился полностью. Это важный момент.

Если это не так, то возможно слишком «жесткий» снаббер, или слишком большая индуктивность намагничивания силового трансформатора, или коэффициент заполнения слишком «могучий». Ищем, в чём причина, и обязательно добиваемся полного размагничивания трансформатора.
Обычно достаточно подбором R26+C25 добиться требуемой частоты и Кзап, чтоб все было хорошо.

Далее поднимаем ЛАТР-ом питание до номинала. Всё должно быть хорошо, ничего не должно шипеть, свистеть и греться. Регулятор тока должен быть выкручен на максимум.

Если 10 минут на холостом ходу всё отработало нормально, можно потихоньку грузить. Надо найти какую-то нагрузку, чтоб Ампер тридцать она «тащила». Лучше если это будет мощный резистор сопротивлением около 1 Ом. Нам необходимо проверить работу регулятора тока.
В минимальном положении потенциометра R20 импульсов может не быть, это зависит от разброса номиналов резисторов R20, R21, R22. В любом случает при нагрузке примерно в 1 Ом, импульс должен «схлопнуться».

Если же всё зашипело-засвистело — смотрим фазировку трансформатора тока. Если мы добились того, что на нагрузке у нас в зависимости от поворота ручки импульс регулируется хорошо и ровно — можно потихоньку пробовать коротить выход, т. е. ВАРИТЬ! Сначала на минимальном токе, конечно.


А если всё хорошо, то наконец-то можно и «джазу дать»! 😁

↑ Видео сварочника в работе

↑ Файлы

🎁Сборник программ камрада Старичка v2.01  5.56 Mb ⇣ 26
🎁Печатная плата arc-weld-pcb.zip  55.52 Kb ⇣ 31
🎁Дмитрий Макашов - Обратноходовой преобразователь  654.93 Kb ⇣ 25

Спасибо за внимание!