Осциллограммы сварочного инвертора косой мост

Обновлено: 04.05.2024

СВАРОЧНЫЙ АППАРАТ СВОИМИ РУКАМИ

СБОРКА МОЩНОГО БЛОКА ПИТАНИЯ ПО СХЕМОТЕХНИКЕ СВАРОЧНОГО АППАРАТА

Откровенно говоря сразу убивать не дешевые силовые транзисторы не захотелось, поэтому было принято решение собрать некий примежуточный вариант, в котором используется тот же принцип работы, но более дешевая элементная база. Ну а чтобы сохранить вероятность дальнейшего использования данного вариант было решено собрать блок питания, но ввести в него некоторые функции, которые позволят его использовать как пуско-зарядное устройство для автомоблиля.
Принципиальная схема данного пуско-зарядного устройства приведена ниже:

В качестве донора моточных деталей и блока питания будет использоваться блок питания от тюнера Триколор. Основных видов данного блока питания два - с вертикальным и горизонтальным расположением трансформатора. В обоих случаях используется микросхема FSDM0365RN, маркируется как DM0365.

У меня с горизонатльным трансформатором больше, поэтому буду использовать их. Прежде всего блок питания будет выступать в роли блока питания для схемы управления, поскольку данный БП оснащен всем необходимым для надежной долгосрочной работы. Единственно, что нужно сделать это проверить исправность электролитов, а еще лучше поменять их на новые. Ну и разумеется перемотать трансформатор. Я решил намотать две обмотки - одна для питания UC3845, вторая - для питания вентилятора принудительного охлаждения.
Более подробно об этом блок питания можно посмотреть здесь:

Архив с печатной платой и схемой можно взять ЗДЕСЬ.
Кроме самого БП использую еще два таких же трансформатора. Первый пойдет на изготовление трансформатора управления, второй - трансформатор тока. Кстати сказать, по ходу подготовки сердечников к намотке решил проверить один вопрос, который частенько видел в интернете и которым сам задавался не единожды - ЧТО ПРОИСХОДИТ С ФЕРРИТОМ ВО ВРЕМЯ НАГРЕВА.

Ответ на этот вопрос в видео ниже:

По поводу управляющего трансформатора тоже есть некоторые не состыковки с оригинальной схемой - он значительно больше. Я намеренно взял такой "огромный" трансформатор. Ну во первых у меня их много, во вторых найти их не составит труда даже Вам, в третьих - запас по габаритной мощности должен позволить избавится от драйверных транзисторов - на затворы и MOSFET и IGBT можно подавать отрицательное напряжение для ускорения закрытия. Вот этой особенностью я и хочу воспользоваться.
В оригинальном блоке питания на DM0365 для стабилизации 15 вольт выходного напряжения требуется 18 витков, трансформатор работает на частоте 67 кГц, выходное напряжение сохранятеся вплоть до 150 вольт входного, следовательно трансформатор намотан с ОГОРОМНЫМ запасом. Можно конечно воспользоваться программой Динисенко, но решил намотать "на галазок" 4 обмотки по 30 вольт.
Намотка первичной осуществлялась сразу двойным проводом 0,35 мм виток к витку, затем было вызвонены начало-конец обмоток и они соединялись последовательно. Затем слой изоляции и намотка вторичных обмоток, так же с межслойной изоляцией. Размеется, что все обмотки мотались в одну сторону. Единственно, что не было сделано - момечено где начало на вторичках, но это проблемой не будет. Дело в том, что на плате управления выхода с управляющего трансформатора одинаковы и нагружены только на резистор. Выяснить какой вывод должен идти на затвор силового транзистора можно при помощи осциллографа.

СБОРКА БЛОКА ПИТАНИЯ ДЛЯ БЛОКА ПИТАНИЯ.

Монтаж элементов на плату лучше осуществлять в 2 этапа. На первом этапе устанавливаются все элементы, относящиеся к блоку питания контроллера. Блок питания проверяется до того, как у него появится "потребитель".

Сразу следует отметить, что однотактыне преобразователи напряжения ОЧЕНЬ не любят оставаться без нагрузки и выходное напряжение может быть не очень то стабильным. И колебания эти могут достигать 0,2..0,4 вольта.

Это вызвано тем, что выходное напряжение успевает поднятся до такой величины, что влияние ОС буквально останавливает микросхему и на трансформатор перестает подаваться напряжение. На фото ниже показаны осциллограммы на выходе трансформатора блока питания с очень маленькой нагрузкой:

Тут следует поделится опытом - при намотке трансформатора я попутал начало-конец вспомогательной обмотки вторичного питания. На схеме эта обмотка не обозначена, но на плате она есть и предназначена она для питания вентилятора принудительного охлаждения. Я ее на всякий случай решил внести в схему, если вдруг внутри корпуса будет жарковато. Как следствие такой не внимательности пока я соображал почему блок питания стартует и тутже уходит в защиту от перегрузки у меня стрельнул конденсатор на 25 вольт. Именно тогда меня и посетила мысль о том, что я что то перемудрил с обмотками. "Крокодил" ослиллографа установил на минусовой вывод, а шупом стал на вывод трансформатора до диода. Действительно обмотка с неправильной фазировкой и на конденсатор подавалось порядка 50-ти вольт. Было бы глупо ему не стрельнуть. Для наглядности ниже приведены фото осциллограмм при правильной фазировке и не правильной. Измерения относительно минусового вывода:

Но в любом случае стабилизация выходного напряжения будет осуществляться не линейно, а пакетами импульсов. Именно поэтому на выходе блоков питания с использованием этой микросхемы обязательно должен стоять дроссель и довольно большой емкости электролит.

Удержаться от опыта имея уже запаянную плату конечно же довольно трудно. Поэтому к выводу 1 был подпаян переменный резистор на 1 кОм и в результате на выходе микросхемы получились вот такие осциллограммы:

В принципе, если использовать вариант стабилизации, предложенный на схеме выше, то конечно же он работать будет, причем выходное напряжение будет гораздо стабильней, чем при стабилизации пакетами импульсов, но лично меня все равно смущает то, что на выход услителя в наглую подается "земля". Я оставлял это добро во включенном состоянии на 30 минут - ни чего не нагрелось, не слетело, т.е. как бы это можно использовать. Но осадок не понимания остался.

ПРОВЕРКА УПРАВЛЯЮЩЕГО ТРАНСФОРМАТОРА

При работающем контроллере на затвор управляющего транзистора приходит напряжение следующей формы:

На управляющем трансформаторе, на первичной обмотке амплитуда напряжения достигает 30 вольт, поскольку после закрытия транзистора накопленная в сердечнике энергия меняет полярность напряжение и приложенные пятнадцать вольт во время открытия транзистора теперь добавляются к имеющимся пятнадцати вольтам напряжения питания, поскольку полярность напряжения самоиндукции обратно приложенному напряжению. Здесь стоит обратить внимание на то, что в конце этого вольтодобавочного скачка имеется ниспадающий участок, который как раз и говорит о том, что энергии в сердечнике больше нет - он полностью размагнитился. Если трансформатор нагрузить, то высота этой ниспадающей кривой уменьшится, а по времени она начнется раньше, ведь нагруженный трансформатор гораздо раньше избавится от накопленной энергии:

Тоже самое можно наблюдать и на вторичной обмотке, только напряжение теперь будет иметь переменное значение. В этом месте необходимо отметить, что на затвор силового транзистора как раз должно приходить напряжение прямоугольной формы, находящеяся в положительном полупериоде, т.е. тот вывод трансформатора к которому подключен щуп осциллографа. Вывод трансформатора к которому подключен "крокодил" должен идти на исток силового транзистора. В этом случае фазировка управляющего трансформатора правильная.

Тому, что дочитал до этих слов, но все равно мало что понял предлагаю видеовариант данной статьи:

Итак, подводим итоги проделанной работы:
UC3845 - контроллер, предназначенный для стабилизации тока широтно-импулсьной модуляцией, стабилизацию напряжения он может осуществлять только в преривисто-импульсном режиме, либо имитацией ШИМ. Данную имитацию можно организовать подавая "землю" на первый вывод микросхемы.
При перемотке трансформатора однотактного блока питания следует особое внимание уделять фазировке - даже приличный опыт в электронике не является гарантией ошибки.
Управляющий трансформатор на основе сердечника от Триколоровского БП работает замечательно и держит довольно приличную нагрузку. В паузах полностью успевает размагнитится, что говорит о возможности его использования как для можных блоков питания, так и для сварочных аппаратов.

Приступаем к подготовке моточных деталей к монтажу и проверяем на работоспососбность уже весь блок питания, но это уже в следующей серии, описание которой будет в

Настройка сварочного инвертора ("косой мост")

Заканчиваю инвертор. Топология асинхронный прямоходовой полумост, в народе "косой мост" или "косой полумост", кому как нравится. Собирал инфу по всем форумам, штудировал схемы промышленных аппаратов. Если получится хорошая машинка, то выложу схему, печатки и т.д. А сейчас трабл, как мне кажется.
Дошло дело до настройки силовой части.

1) Метода Бармалея

витки первички для лучше всего подобрать эксперементально, намотай тонким проводом пробную первичку с запасом, воткни последовательно с ней резистор на 1-2ом, на него повесь осцил, выставь нужную тебе частоту, все это дело включай сразу в 300в через лампочку 100-200вт между электролитами и косым мостом(в ж. точные расчеты транса и всякие ЛАТРы с плавным повышением до 300в, не нужно это совершенно. ). Смотри пилу на резисторе, уменьшай число витков первички до появления признаков насыщения(верхушка пилы начинает резко тянуться вверх), затем для устранения признаков насыщения транса на твой выбор: 1)можно опять добавить немного витков. 2)можно увеличить частоту. 3)сделать небольшой зазор в трансе 0,05-0,2мм. У каждого пункта есть свои плюсы и минусы, что тебе важнее, решай сам.

Мужики, мелкий совет по настройке прямохода.
Режим х.х., осциллограмма сток-исток нижнего ключа при максимальной длительности импульса:
импульс, потом фронт выключения до питания, потом в паузе почти горизонтальная полка на уровне питания, потом опять импульс.
Так вот в конце паузы перед импульсом должен быть небольшой плавный загиб вниз от питания. Он означает, что в паузе сердечник полностью размагнитился (до остаточной) и ток через замыкающие диоды больше не идёт. А если его нет - значит не успел размагнититься, возможно накопление. К тому же при этом ключ открывается, когда через замыкающий диод ещё идёт ток. Если ключ шустрый, а диод не шибко быстрый - может даже стрельнуть.
При снижении питания этот загиб уменьшается, если исчезает где-то при 2/3 ном. питания - допустимо.
И если есть RDC параллельно ключу, то если как-нибудь потом вдруг в процессе решил увеличить С, то надо опять проверить этот момент.

Вот осциллограммы "Бармалея по методу Чукчи":

Я намотал "пробный" транс. Подключил последовательно через резистор 1 Ом. Ключи питаются последовательно через лампочки, общей мощностью 120 Вт (3*40).
Сердечник E70. Зазора нет. Первичная обмотка 18,5 вит. Коэффициент заполнения 0.49. Частота 76 кГц. Напряжение питания (постоянка) 240 В.
Моя осциллограмма К-Э нижнего ключа:

Моя осциллограмма тока на резисторе 1 Ом

С методом Чукчи - все в ёлочку.
А вот с осциллограммой тока резистора - беда. Где лыжи не едут??

__________________
"Словом можно убить, словом можно спасти, Словом можно полки за собой повести." (с) Шефнер Вадим

Косой мост принцип работы

Для построения сварочного инвертора применяют три типа высокочастотных преобразователей, а именно преобразователи включенные по схемам: асимметричный или косой мост, полумост, а также полный мост. Резонансные преобразователи являются подвидами схем полумоста и полного моста.

По системе управления данные устройства можно поделить на:

- ШИМ (широтно-импульсной модуляцией);

- ЧИМ (регулирование частоты);

Могут существовать комбинации всех трех систем.

Типы высокочастотных преобразователей:

Система полумост с ШИМ
Резонансный полумост
Ассиметричный или «косой» мост
Полный мост с ШИМ
Резонансный мост
Полный мост с дросселем рассеивания

Система полумост с ШИМ

Блок схема показана ниже:

Один из самых простых и надежных преобразователей семейства двухтактных.

«Раскачка» напряжения первичной обмотки трансформатора силового будет равна половине напряжения питания – это недостаток данной схемы. Но плюсом является то, что можно применить трансформатор с меньшим сердечником, не опасаясь захода в зону насыщения. Для сварочных инверторов имеющих мощность порядка 2-3 кВт такой силовой модуль вполне перспективен.

Для нормальной работы силовых транзисторов необходимо ставить драйверы. Это связано с тем, что при работе в режиме жёсткого переключения транзисторам необходим высококачественный управляющий сигнал. Также обязательно наличие безтоковой паузы, чтоб не допустить одновременное открытие транзисторов, иначе они выйдут из строя.

Резонансный полумост

Довольно перспективный вид полумостового преобразователя, его схема показана ниже:

Простота резонансного полумоста в сравнении с полумостом с ШИМ обусловлена тем, что здесь присутствует индуктивности резонансной. Она ограничивает максимальный ток транзисторов, а коммутация транзисторов происходит в нуле тока или напряжения.

Протекающий по силовой цепи ток будет иметь форму синусоиды. Это снимет нагрузку с конденсаторных фильтров. В этом случае драйверы необязательны. Переключение можно выполнить импульсным трансформатором. Качество управляющих импульсов не существенно. Но должна присутствовать бестоковая пауза.

Здесь можно обойтись без токовой защиты, а форма вольт-амперной характеристики ВАХ будет иметь падающий вид, что не требует ее параметрического формирования.

Выходной ток будет ограничиваться только индуктивностью намагничивания трансформатора и сможет достигать значительных величин, если возникнет короткое замыкание КЗ. Это свойство положительно влияет на поджиг и горение дуги, но его необходимо учитывать при подборе выходных диодов.

Выходные параметры регулируются изменением частоты. Но фазное регулирование является более перспективным для сварочных инверторов. Благодаря ему можно избежать неприятного явления в виде совпадения режима короткого замыкания с резонансом. Кроме этого, он увеличивает диапазон регулирования выходных параметров. Применение фазовой регулировки может позволить изменять выходной ток в диапазоне от 0 до Imax.

Ассиметричный, или «косой» мост

Это однотактный, прямоходовой преобразователь, блок-схема которого приведена ниже:

Он популярен у радиолюбителей и у производителей сварочных инверторов. Первые сварочные инверторы строились по таким схемам – асимметричный или «косой» мост. Их качества - помехозащищенность, широкий диапазон регулирования выходного тока, надежность и простота.

- довольно высокие токи, проходящие через транзисторы;

- повышенное требование к качеству управляющего импульса. Возникает необходимость использовать мощные драйвера для управления транзисторами;

- высокие требования к выполнению монтажных работ;

- наличие больших импульсных токов, что повышает требования к конденсаторным фильтрам.

Для поддерживания нормальной работы транзисторов необходимо добавление RCD цепочек – снабберов.

Несмотря на указанные недостатки и низкий КПД устройства по схеме, асимметричный или «косой» мост до сих пор применяется в сварочных инверторах.

Полный мост с ШИМ

Представляет собой классический двухтактный преобразователь, блок-схема которого показана ниже:

По этой схеме можно получать мощность в 2 раза больше, чем при включении типа полумост, и в 2 раза больше, чем при включении типа «косой» мост, при этом величины токов и соответственно потери во всех трех случаях будут равны. Это можно объяснить тем, что напряжение питания будет равным напряжению «раскачки» первичной обмотки трансформатора силового.

Для того, чтоб получить одинаковые мощности с полумостом (напряжение раскачки 0,5Uпит.) необходим ток в 2 раза! меньше чем для случая полумоста. В схеме полного моста с ШИМ транзисторы будут работать поочередно – Т1, Т3 включены, а Т2, Т4 выключены и соответственно наоборот при изменении полярности. Через трансформатор тока отслеживают и контролируют значения амплитудное тока протекающего через эту диагональ. Для его регулирования есть два наиболее часто применяемые способы:

Оставить неизменным напряжение отсечки, а изменять только длину импульса управления;
Проводить изменения уровня отсекающего напряжения по данным с трансформатора тока при этом оставляя неизменным длительность импульса управления;

Оба способа могут позволить проводить изменения выходного тока в довольно больших пределах. У полного моста с ШИМ недостатки и требования такие же, как и у полумоста с ШИМ.

Резонансный мост

Является наиболее перспективной схемой высокочастотного преобразователя для сварочного инвертора, блок-схема которого показана ниже:

Резонансный мост не сильно отличается от полного моста с ШИМ. Разница в том, что при резонансном подключении последовательно с обмоткой трансформатора подключают резонансную LC цепочку. Но ее появление полностью меняет процесс перекачки мощности. Уменьшатся потери, увеличится КПД, снизится нагрузка на входные электролиты и электромагнитные помехи уменьшатся. Драйверы нужно применять только тогда, когда используются MOSFET транзисторы, имеющие емкость затвора более 5000 pF. IGBT могут обойтись лишь наличием импульсного трансформатора.

Управление выходным током может производится двумя способами – частотным и фазовым.

Полный мост с дросселем рассеивания

Схема идентична схеме резонансного моста или полумоста, только вместо резонансной цепи LC последовательно с трансформатором включают не резонансную LC цепь. Емкость С, примерно С≈22мкф х 63В, работает как симметрирующий конденсатор, а индуктивное сопротивление дросселя L как реактивное сопротивление, величина которого будет линейно изменятся в зависимости от изменения частоты. Преобразователь управляется частотным способом. При увеличении частоты напряжения сопротивление индуктивности возрастет. А это уменьшит ток в силовом трансформаторе. Поэтому довольно большое количество промышленных инверторов строят по такому принципу ограничения выходных параметров.

Ремонт сварочных инверторов. Часть вторая.

agentt2008 ,
Не сочтем.
По этой фотке определить пока трудновато, нужна еще одна фотка, но немножко более мелким планом, так что бы вся плата была видна.
Да, это трансформатор, но только чего. ТТ как правило включен в цепь первичной обмотки сварочного трансформатора, там протекает большой ток (такой же как и через ключи), а это больше 20 Ампер однозначно. Теперь гляньте на обмотки трансформатора, что на фото. Этот провод выдержит такие токи? Поэтому нужна фотка всей платы на полный объектив камеры, а там уже найдется и ТТ.

Это не тт, это некий выносной дроссель так там реализован, если честно то дурной аппарат и очень неудобный в ремонте

agentt2008 ,
Ваш ТТ стоит рядом с ТГР. Сквозь него проходит красный толстый провод. Вот этот кусочек красного провода и есть первичная обмотка ТТ. А из самогО черного корпуса два проводка - это вторичная обмотка ТТ. (Правый верхний угол на фото).

NIKOLAY02091982 , Привет Обращайся если что. Ну если ты в Москве конечно.

ashota ,
Ашот, приветствую. Это Вы кому?

Есть ещё способ как проверить обратную связь?

agentt2008 написал:
s237 , перепаял плату управления. заменил 2 tl084, cd4053 и пробитые диоды 4148. подключил ЛАТР+лампа, появились импульсы на затворах,
на всех четырёх затворах осциллограмма одинаковая
для имитации ОС подключил через резистор 4.7 Ком-переменик 5Ком -1.5 вольта батарейку. на фото стрелкой указана точка подключения

agentt2008 ,
Способ то есть. Пока только не сильно понятно что вы уже сделали. Где 4,7кОм, где переменник, куда батарейка, и в какую точку вы это все подаете? Там всего 5. 6 деталей вокруг ТТ. Ну срисуйте их с платы, дорисуйте то, что вы подсоединяли, и куда, и относительно чего, вот тогда и разговор. А сейчас пока по вашей стрелке, там где место подключения, пока не особо понятно. У вас хоть аппарат перед носом, а у всех остальных участников только одна эта стрелка. Ну и какой ответ вы ожидаете.
Что бы получить какой то совет, то нужно предоставить всю ПОЛНУЮ информацию, что и как вы сделали. Пускай рисунок ваш (схемка) будет даже от руки карандашом нарисована, главное понять суть. Главное понять как думали вы. Думали правильно, а вот как реализовали свою задумку, вот это вопрос.
А способ есть, но пока нужно быть уверенным, а правильно ли вы все это сделали (то, что уже сделали и измеряли), правильно ли симитировали ОС. Дело в том, что при отсутствии сигнала ОС, ваш ШИМ должен молотить на максимуме заполнения (около 50%, как с выхода ШИМа), а на ваших фотках он уже "заужен". Нужно понять почему. Для этого нужно отрисовать кусочек схемки с вашей имитацией включительно.
Может вы все правильно сделали, а может и нет, стрелка мне об этом пока ничего не говорит.
Есть конечно аппараты, которые на ХХ "заужают" ШИМ, но это совершенно с другой целью и не в эту тему. Хотя.

Читайте также: