Сварочный инвертор на uc3825 схема

Обновлено: 25.06.2024

Вашему вниманию представлена схема сварочного инвертора, который вы можете собрать своими руками. Максимальный потребляемый ток - 32 ампера, 220 вольт. Ток сварки - около 250 ампер, что позволяет без проблем варить электродом 5-кой, длина дуги 1 см, переходящим больше 1 см в низкотемпературную плазму. КПД источника на уровне магазинных, а может и лучше (имеется в виду инверторные).

На рисунке 1 приведена схема блока питания для сварочного.

Трансформатор намотан на феррите Ш7х7 или 8х8
Первичка имеет 100 витков провода ПЭВ 0.3мм
Вторичка 2 имеет 15 витков провода ПЭВ 1мм
Вторичка 3 имеет 15 витков ПЭВ 0.2мм
Вторичка 4 и 5 по 20 витков провода ПЭВ 0.35мм
Все обмотки необходимо мотать во всю ширину каркаса, это дает ощутимо более стабильное напряжение.

На рисунке 2 - схема сварочника. Частота - 41 кГц, но можно попробовать и 55 кГц. Трансформатор на 55кгц тогда 9 витков на 3 витка, для увеличения ПВ трансформатора.

Трансформатор на 41кгц - два комплекта Ш20х28 2000нм, зазор 0.05мм, газета прокладка, 12вит х 4вит, 10кв мм х 30 кв мм, медной лентой (жесть) в бумаге. Обмотки трансформатора сделаны из медной жести толщиной 0.25 мм шириной 40мм обернутые для изоляции в бумагу от кассового аппарата. Вторичка делается из трех слоев жести (бутерброд) разделенных между собой фторопластовой лентой, для изоляции между собой, для лучшей проводимости высоко- частотных токов, контактные концы вторички на выходе трансформатора спаяны вместе.

Дроссель L2 намотан на сердечнике Ш20х28, феррит 2000нм, 5 витков, 25 кв.мм, зазор 0.15 - 0.5мм (два слоя бумаги от принтера). Токовый трансформатор – датчик тока два кольца К30х18х7 первичка продетый провод через кольцо, вторичка 85 витков провод толщиной 0.5мм.

Сборка сварочного

Намотка трансформатора

Намотку трансформатора нужно делать с помощью медной жести толщиной 0.3мм и шириной 40мм, ее нужно обернуть термобумагой от кассового аппарата толщиной 0.05мм, эта бумага прочная и не так рвется как обычная при намотке трансформатора.

Вы скажите, а почему не намотать обычным толстым проводом, а нельзя потому что этот трансформатор работает на высокочастотных токах и эти токи вытесняются на поверхность проводника и середину толстого провода не задействует, что приводит к нагреву, называется это явление Скин эффект!

И с ним надо бороться, просто надо делать проводник с большой поверхностью, вот тонкая медная жесть этим и обладает она имеет большую поверхность по которой идет ток, а вторичная обмотка должна состоять из бутерброда трех медных лент разделенных фторопластовой пленкой, она тоньше и обернуты все эти слои в термобумагу. Эта бумага обладает свойством темнеть при нагреве, нам это не надо и плохо, от этого не будет пускай так и останется главное, что не рвется.

Можно намотать обмотки проводом ПЭВ сечением 0.5…0.7мм состоящих из нескольких десятков жил, но это хуже, так как провода круглые и состыкуются между собой с воздушными зазорами, которые замедляют теплообмен и имеют меньшую общую площадь сечения проводов вместе взятых в сравнении с жестью на 30%, которая может влезть окна ферритового сердечника.

У трансформатора греется не феррит, а обмотка поэтому нужно следовать этим рекомендациям.

Трансформатор и вся конструкция должны обдуваться внутри корпуса вентилятором на 220 вольт 0.13 ампера или больше.

Конструкция

Для охлаждения всех мощных компонентов хорошо использовать радиаторы с вентиляторами от старых компьютеров Pentium 4 и Athlon 64. Мне эти радиаторы достались из компьютерного магазина делающего модернизацию, всего по 3…4$ за штуку.

Силовой косой мост нужно делать на двух таких радиаторах, верхняя часть моста на одном, нижняя часть на другом. Прикрутить на эти радиаторы диоды моста HFA30 и HFA25 через слюдяную прокладку. IRG4PC50W нужно прикручивать без слюды через теплопроводящую пасту КТП8.

Выводы диодов и транзисторов нужно прикрутить на встречу друг другу на обоих радиаторах, а между выводами и двумя радиаторами вставить плату, соединяющею цепи питания 300вольт с деталями моста.

На схеме не указано нужно на эту плату в питание 300V припаять 12…14 штук конденсаторов по 0.15мк 630 вольт. Это нужно, чтобы выбросы трансформатора уходили в цепь питания, ликвидируя резонансные выбросы тока силовых ключей от трансформатора.

Остальная часть моста соединяется между собой навесным монтажом проводниками не большой длины.

Настройка

Подать питание на ШИМ 15вольт и хотя бы на один вентилятор для разряда емкости С6 контролирующую время срабатывания реле.

Реле К1 нужно для замыкания резистора R11, после того, когда зарядятся конденсаторы С9…12 через резистор R11 который уменьшает всплеск тока при включении сварочного в сеть 220вольт.

Без резистора R11 на прямую, при включении получился бы большой БАХ во время зарядки емкости 3000мк 400V, для этого эта мера и нужна.

Проверить срабатывание реле замыкающие резистор R11 через 2…10 секунд после подачи питания на плату ШИМ.

Проверить плату ШИМ на присутствие прямоугольных импульсов идущих к оптронам HCPL3120 после срабатывания обоих реле К1 и К2.

Ширина импульсов должна быть шириной относительно нулевой паузе 44% нулевая 66%

Проверить драйвера на оптронах и усилителях ведущих прямоугольный сигнал амплитудой 15вольт убедится в том, что напряжение на IGBT затворах не превышает 16вольт.

Подать питание 15 Вольт на мост для проверки его работы на правильность изготовления моста.

Ток потребления при этом не должен превышать 100мА на холостом ходу.

Убедится в правильной фразировке обмоток силового трансформатора и трансформатора тока с помощью двух лучевого осциллографа .

Один луч осциллографа на первичке, второй на вторичке, чтобы фазы импульсов были одинаковые, разница только в напряжении обмоток.

Подать на мост питание от силовых конденсаторов С9…С12 через лампочку 220вольт 150..200ватт предварительно установив частоту ШИМ 55кГц подключить осциллограф на коллектор эмиттер нижнего IGBT транзистора посмотреть на форму сигнала, чтобы не было всплесков напряжения выше 330 вольт как обычно.

Начать понижать тактовую частоту ШИМ до появления на нижнем ключе IGBT маленького загиба говорящем о перенасыщении трансформатора, записать эту частоту на которой произошел загиб поделить ее на 2 и результат прибавить к частоте перенасыщения, например перенасыщение 30кГц делим на 2 = 15 и 30+15=45, 45 это и есть рабочая частота трансформатора и ШИМа.

Ток потребления моста должен быть около 150ма и лампочка должна еле светиться, если она светится очень ярко, это говорит о пробое обмоток трансформатора или не правильно собранном мосте.

Подключить к выходу сварочного провода длиной не мене 2 метров для создания добавочной индуктивности выхода.

Подать питание на мост уже через чайник 2200ватт, а на лампочку установить силу тока на ШИМ минимум R3 ближе к резистору R5, замкнуть выход сварочного проконтролировать напряжение на нижнем ключе моста, чтобы было не более 360вольт по осциллографу, при этом не должно быть ни какого шума от трансформатора. Если он есть - убедиться в правильной фазировке трансформатора -датчика тока пропустить провод в обратную сторону через кольцо.

Если шум остался, то нужно расположить плату ШИМ и драйвера на оптронах подальше от источников помех в основном силовой трансформатор и дроссель L2 и силовые проводники.

Еще при сборке моста драйвера нужно устанавливать рядом с радиаторами моста над IGBT транзисторами и не ближе к резисторам R24 R25 на 3 сантиметра. Соединения выхода драйвера и затвора IGBT должны быть короткие. Проводники идущие от ШИМ к оптронам не должны проходить рядом с источниками помех и должны быть как можно короче.

Все сигнальные провода от токового трансформатора и идущие к оптронам от ШИМ должны быть скрученные, чтобы понизить уровень помех и должны быть как можно короче.

Дальше начинаем повышать ток сварочного с помощью резистора R3 ближе к резистору R4 выход сварочного замкнут на ключе нижнего IGBT, ширина импульса чуть увеличивается, что свидетельствует о работе ШИМ. Ток больше - ширина больше, ток меньше - ширина меньше.

Ни какого шума быть не должно иначе выйдут из строя IGBT.

Добавлять ток и слушать, смотреть осциллограф на превышение напряжения нижнего ключа, чтобы не выше 500вольт, максимум 550 вольт в выбросе, но обычно 340 вольт.

Дойти до тока, где ширина резко становиться максимальной говорящим, что чайник не может дать максимальный ток.

Все, теперь на прямую без чайника идем от минимума до максимума, смотреть осциллограф и слушать, чтобы было тихо. Дойти до максимального тока, ширина должна увеличиться, выбросы в норме, не более 340вольт обычно.

Начинать варить, в начале 10 секунд. Проверяем радиаторы, потом 20 секунд, тоже холодные и 1 минуту трансформатор теплый, спалить 2 длинных электрода 4мм трансформатор горечеватый

Радиаторы диодов 150ebu02 заметно нагрелись после трех электродов, варить уже тяжело, человек устает, хотя варится классно, трансформатор горяченький, да и так уже не кто не варит. Вентилятор, через 2 минуты трансформатор доводит до теплого состояния и можно варить снова до опупения.

Ниже вы можете скачать печатные платы в формате LAY и др. файлы

Сварочный инвертор на uc3825 схема

В данной статье описана схема инвертора напряжения с мостовой топологией на базе генератора UC3825. Мощность инвертора составляет около 2 кВт продолжительной нагрузки. Устройство может применяться в различных лабораторных приложениях, в том числе и для индукционного нагрева металлов (без АПЧ). Вся конструкция инвертора состоит из двух блоков - блока управления и силового блока.

Рисунок 1 - Схема блока управления мостом

Рисунок 2 - демонстрация эффекта Миллера на одном ключе в мосте, без подавления ( синий график - напряжение на стоке VT2; зеленый - напряжение на затворе VT2)

--> Рисунок 3 - демонстрация эффекта Миллера без подавления в зависимости от напряжения питания и тока нагрузки

Транзистор (VT1, VT2, VT5, VT6) заперт при следовании с обмотки GDT положительного импульса (относительно истока), и отпирается при снятии управляющего импульса за счет наличия на затворе положительного потенциала (пока он заряжен) и "подтяжки" базы к коллектору резистором 470 Ом. Регулировку схемы ограничения тока КЗ можно производить на готовом устройстве при пониженном напряжении питания моста. К выходу моста подключается активное сопротивление достаточной мощности, резистор R13 выкручивается на минимум, затем на шины питания моста через амперметр подается пониженное напряжение от регулируемого источника питания. Напряжение питания моста и сопротивление активной нагрузки во время настройки должны быть такими, с которыми может быть достигнута величина настраиваемой уставки тока, но при этом максимальный ток U/R не мог бы превысить допустимый для транзисторов моста. С вращением подстроечника R13 должны меняться показания амперметра, он показывает величину ограниченного тока (уставки). Если на каком-то диапазоне регулировки показания не меняются, значит в данном диапазоне уставка превышает ток, потребляемый тестовой нагрузкой при данном напряжении питания. После настройки уставки ограничения, повышение напряжения питания при неизменной нагрузке не должно приводить к выходу величины тока потребления за пределы заданной уставки. Осциллограмма (Рис. 4 а) снята, с двух линий управления без подключенных ключей, на ней видны два сигнала и мертвое время. На осциллограмме (Рис. 4 б) изображен один из управляющих сигналов, непосредственно на выводах одного из силовых транзисторов. При тестировании драйверов с нагрузкой по 5.1Ом + 10нФ на каждый канал одновременно, длительности фронтов составляли не более 200нс. "Иглы" сразу после переднего фронта на затворах не превышают 15-16В и обусловлены применением GDT (индуктивности обмоток) и подавляются снижением сопротивления резисторов, шунтирующих вторичные обмотки GDT, но при этом будет возрастать средний ток питания драйвера. Т.к. затворы силовых транзисторов могут пробиться уже при напряжении 20В, их желательно защищать TVS-диодами (например, P6KE18), хотя, также успешно применяются стабилитроны (например, КС515, КС518), как и сделано в данном устройстве.

Рисунок 4 - Осциллограммы управляющих сигналов (частота 140 кГц)

Рисунок 5 - Изображение платы управления

Driver_PCB_r1.lay (160 кб) - плата управления в формате SprintLayout

Рисунок 6 - Схема силового блока

В силовой блок входят сам инвертор, выпрямитель сетевого напряжения, трансформатор тока, схема питания кулера и индикации его перегрева. Транзисторы моста обвязаны возвратными диодами, RC-снабберами, стабилитронами для защиты затворов. Резисторы по 1кОм параллельно затворам здесь применены не столько для ускорения разряда в процессе работы, сколько для разряда затворов при случайном обрыве цепей управления любого из ключей либо всех сразу (т.к. применяется разъем). При закрытии ключей одного из плеч происходит быстрое изменение тока в нагрузке. Если нагрузка имеет индуктивный характер, то в моменты коммутации могут возникать индуктивные выбросы (ЭДС самоиндукции), амплитуда которых пропорциональна величине индуктивности и скорости изменения тока. Такие переходные процессы могут вывести ключи из строя. RC-снабберы рассеивают энергию коммутационных выбросов на резисторах. Супрессор VD8 защищает элементы силовой цепи от перенапряжений свыше 400В. Для охлаждения ключей моста использован кулер для CPU компьютера.

В завершенном устройстве, перед подачей питания на мост, необходимо проверить формы управляющих сигналов непосредственно на затворах (см. Рис. 4 б). При стабильной работе длительность фронта/спада может быть порядка 200-250 нс, амплитуда импульсов 12-14 В, dead-time не менее 0,8 мкс. Инвертор испытан на нагрузке в 2кВт. Для повышения мощности можно использовать более мощные транзисторы и лучшую систему охлаждения.

Рисунок 7 - Изображение силового блока

Рисунок 8 - Схема выходного контура

Последовательный вариант контура выбран благодаря тому свойству, что при отклонении частоты инвертора от резонансной, это не приводит к возрастанию тока в контуре, с учетом того, что используется ручной способ подстройки частоты. При этом для инвертора нежелательны режимы, при которых выходная частота будет ниже резонансной. В этом случае контур будет представлять для инвертора емкостной характер нагрузки, могут возникать пики сквозного тока моста, обусловленные задержкой обратного восстановления диодов сток-исток. На рисунке 9 приведены осциллограммы тока питания моста и напряжения на индукторе в эксперименте с пустым индуктором, при напряжении питания моста 10В.

Рисунок 9 - Ток в цепи питания моста ( CH1 ) и напряжение на индукторе ( CH2 ) в зависимости от частоты питания LC-контура

Другая особенность последовательного контура не позволяет ему работать с пустым индуктором (без нагрузки), так как в режиме резонанса ток питания контура будет максимальным и при высокой добротности в сочетании с низким активным сопротивлением контура может для инвертора быть практически эквивалентен КЗ (если схемой управления не предусмотрены отсечки или ограничение мощности в таком режиме). Крутизна нарастания тока при приближении к резонансной частоте тем больше, чем выше добротность контура, которая в свою очередь обратно пропорциональна активной мощности, рассеиваемой в контуре. Таким образом исключить режим работы с пустым индуктором можно, например, при постоянной работе с графитовым тиглем (допустимо с пустым), который будет постоянно отбирать энергию на собственный нагрев. Резонансная частота контура зависит также от материала и массы объектов, вносимых в индуктор. В зависимости от магнитной проницаемости, разные материалы заготовок по разному влияют на индуктивность индуктора. Так ферромагнетики (сталь, железо) сдвигают резонанстую частоту вниз, а диамагнетики (медь) - вверх. Кроме того, резонансная частота меняется по мере нагрева заготовки. Например, у стали при переходе температуры выше примерно 800°C, отосительно резко падает магнитная проницаемость и практически сравнивается с этой величиной для воздуха. Мощность, передаваемая на нагрев заготовки максимальна только на резонансной частоте. Поэтому при фиксированной частоте генератора нельзя добиться полной отдачи мощности на нагрев при разных массах, материалах и при разной степени нагрева заготовок. Но, на практике оказалось, что если объем заготовок относительно индуктора небольшой, то частота практически не сдвигается.

С помощью осциллографа, по отсутствию сдвига фаз между током в контуре напряжением на нем.
Поиск частоты, при которой амплитуда напряжения на L или C элементах контура достигает наибольших значений (форма напряжения при этом синусоидальная). На элементах контура амплитуда напряжения может во много раз превышать напряжение питания, поэтому указанную процедуру необходимо проводить при пониженном напряжении питания инвертора и с делителем напряжения.
Отслеживание тока, потребляемого инвертором в процессе регулирования частоты генератора (R9). Частота, при которой ток последовательного контура имеет наибольшую величину, является резонансной.

Рисунок 10 - Влияние наличия нагрузки (стальной заготовки) в индукторе на резонансную частоту и потребляемый ток

Фотоархив

Видео

Сварочный инвертор - это просто! (часть вторая)

5. Описание работы и методика настройки узлов инвертора.
Переходим к электрической схеме. Задающий генератор собран на микросхеме UC3825, это один из лучших двухтактных драйверов, в нём есть всё, защита по току, по напряжению, по входу, по выходу. При нормальной работе его практически нельзя сжечь! Как видно из схемы ЗГ это классический двухтактный преобразователь, трансформатор которого управляет выходным каскадом.

Настраивается ЗГ так, подаём питание и частотозадающим резистором вгоняем в диапазон 20-85кГц, нагружаем выходную обмотку трансформатора Тр3 резистором 56 Ом и смотрим форму сигнала, она должна быть такой как на рис.1

Рис.1

Рис.3

Это классическая схема "горячего старта" и антипригара, работает так - меряет напряжение на выходе и включается только в момент когда горит дуга, тоесть в промежутке 10 -28В, в этот момент в дугу подается ток который Вы установили регулятором, в остальное время, в момент поджига или когда срывается большая капля расплавленного металла и пытается приварить электрод, ток автоматически увеличивается, либо до максимального, либо до заранее выбранного в процессе проэктирования. Обычно сверху дают 50% превышение, устанавливаемое резистором R, включённым параллельно с оптроном. Время на которое включается повышенный ток, задаётся ёмкостью конденсатора С.
Дерзайте, пробуйте! Я потратил три месяца на эксперименты, потом плюнул, взял ручку и всё пересчитал на бумаге, все мощности, все режимы, все паузы необходимыё для работы транзисторов, ещё раз плюнул, и сочинил свою схему! Естественно учтя все свои наработки! В книге я не привожу формул и вычислений, я даю готовую отработанную схему, и если всё сделать так как написано, 100% аппарат будет работать! Хочу обратить внимание только на одну но весьма важную деталь, я применял ферриты отечественного производителя (Белоцерковские), их нужно проверять, примерно 50% проницаемость не соответствует нормам, подобрать сердечники с одинаковой проницаемость не сложно, нужен обыкновенный омметр, сопротивление феррита марки 2000НМ около 10кОм, если больше то это другой феррит! Соответственно все намоточные данные будут другими, но допустимый разброс плюс-минус 5кОм, но желательно, чтобы пары были максимально одинаковыми! Хорошо работают ферриты 2500НМС аналогичного сечения, моточные данные можно не менять. Как показали многочисленные испытания, силовой транс -форматор можно мотать на самых различных сердечниках - Ш-образных, П,Г-образ -ных, наборах колец. Главное условие - это проницаемость не ниже 2000НМ и не более 3000НМС, и достаточное сечение - не менее 700 мм кв! При таких допусках количество витков можно не менять, результаты будут приемлемые. Изделие моё работает уже 2 года, в любых условиях, зимой (-20С), летом (+40С), пробовал варить сталь от 0,8мм до 15мм, проблем не было.
И ещё, при разводке печатных плат необходимо учитывать паразитные индуктивности, тоесть к затворам должны идти проводники минимальной длинны, в затворах силовых
транзисторов обязательно ставить двуханодные стабилитроны типа КС213, без них всё выгорит в момент, трансформатор Тр.3 ставить в непосредственной близости от силовых транзисторов, транзисторы не ставить на изолирующие прокладки, лучше изолировать радиаторы друг от друга, я брал радиатор от ПЕНТИУМА, разрезал его на три части, склеивал эпоксидкой, получался единый блок из трёх изолированных частей, естественно с вентилятором, площадь около 600см2, этого с головой хватает даже при работе на мах токе, выходные диоды садил на такой же радиатор (только цельный) и тоже с вентилятором, они греются сильнее, но их допустимая температура
170 градусов! Времени пока меняешь электрод достаточно, чтобы остыли, я замерял температуру термопарой, в самом тяжелом режиме намерял около 105 градусов, учитывая тепловое сопротивление кристалл-корпус, это 125-130 градусов на кристалле, что вполне допустимо! Далее, резонансный дроссель мотать так, чтобы был воздушный зазор между витками, иначе моментальный пробой и КЗ между витками, это правда ничем страшным не грозит, просто резко падает выходная мощность, можно мотать через толстую нитку. Конструктивно трансформатор и оба дросселя выполнены так: склеивается каркас из тонкого стеклотекстолита (без щёчек) надевается на оправку и мотается, витки скрепляются эпоксидкой, резонансный дроссель немного греется, силовой трансформатор тоже (всётаки 160А), лучше ставить в лёгкий обдув, я намерял около 65 градусов!
Вместо запускающего релле у меня в первом аппарате стоял тиристор, но на работе это никак не сказывается, тиристор правда не щёлкал :-).
Реле запускается одним витком на силовом трансформаторе, это гдето 12В, следовательно из этого и исходить, 12В- срабатывание, 30А - 250ВАС коммутация!
Ниже показаны графики полученные мной на балластном реостате сопротивлением 1,1 Ом, и мощностью 5 кВт.
Зелёным цветом показана динамическая ВАХ электрической дуги в воздухе.

Изменение наклона ВАХ от частоты, экспериментально полученные кривые при зазоре в резонансном дросселе 0,5 мм. При изменении зазора в ту или другую сторону, соответственно меняется крутизна всех кривых. При увеличении зазора ВАХ становятся более пологими, дуга более жесткой! Как видно из полученных графиков, увеличивая зазор, можно получить достаточно жёсткую ВАХ. И хотя начальный участок будет иметь вид крутопадающий, БП с такой ВАХ уже можно использовать с полуавтоматом С02, если уменьшить вторичную обмотку до 2+2 витков.

6. Новые разработки и описание их работы.

Здесь приведены схемы моих последних разработок и комментарии к
ним.

Рис.5

Конструкция дросселя Др.1 и др.2

Прокладки из картона, 3 шт. Для Др.1 0,1 - 0,8 мм (подбирается при настройке) для Др.2 - 3 мм.
Сердечник 2хШ16х20 2000НМ
Каркас катушки склеивается из тонкого стеклотекстолита, одевается на деревянную оправку, и мотается необходимое количество витков. Др.1 - 12 витков, провод ПЭТВ-2, диаметр 2,24 мм, мотается с воздушным междувитковым зазором, толщина зазора 0,3 - 0,5 мм. Можно использовать толстую, хлопчатобумажную нитку, аккуратно укладывая её между витками провода, смотри рисунок. Др.2 - 6,5 витков мотается в четыре провода , марка ПЭТВ -2, диаметр 2,24 мм, общее сечение 16 кв. , мотается вплотную, в два слоя. Витки необходимо скрепить, можно эпоксидной смолой.

Рис.6 конструкция резонансного и выходного дросселя.

На Рис.7 показана конструкция силового блока, такой себе "слоёный пирог", это для ленивых :-)))

Рис.8

Рис.8 - 11 разводка блока управления, для тех кому вообще всё в лом :-))). Хотя разобраться, что и куда ведёт, необходимо!

Схема горячего старта

Рис.12 Схема мягкого поджига

Рис.12 система мягкого поджига, очень эффективна при работе на малых токах. Не зажечь дугу практически не возможно, просто ставишь электрод на металл, и постепенно начинаешь отводить, возникает малоамперная дуга, она не может приварить электрод, не хватает мощности, но горит и тянется отлично, зажигается как спичка, очень красиво! Ну а когда загорелась эта дуга, парал -лельно подключается силовая, если вдруг электрод залип, то мгновенно отключается силовой ток, остаётся только ток поджига. И пока не загорится дуга, силовой ток не включается! Советую поставить, дуга будет при любых условиях, силовой блок не перегружается и всегда работает в оптимальном режиме, токи КЗ практически исключаются!

Блок управления силовой дугой показан на Рис.13. Работает так - меряет напряжение на выходном резисторе системы поджига, и даёт сигнал на запуск силового блока только в диапазоне напряжений 55 - 25V, тоесть только в тот момент когда горит дуга!

Контакты релле Р работают на замыкание, и включаются в разрыв высоковольтной цепи силового блока. Релле 12VDC, 300VDC x 30A.
Релле с такими параметрами найти довольно сложно, но можно пойти другим путём :-)) включить релле на размыкание, один контакт подключить к +12V, а второй через резистор сопротивлением 1кОм, подлключить к 9 ножке микросхемы Uc3825 в блоке ЗГ. Работает не хуже! Или применить схему приведенную ниже на Рис.15,

Схема абсолютно автономная, но при несложной доработке, её можно использовать одновременно как блок питания (12V) для схемы управления, мощность этого преобразователя не более 200Вт. На транзисторы и диоды необходимо поставить радиаторы. Выходные ёмкости и выходной дроссель в силовом блоке, при подключении "МП", вообще исключить. На Рис.14 показана полная схема сварочного инвертора с системой мягкого поджига.

точка подключения показана красным пунктиром на Рис.14

Рис.16. Рабочая схема одного из вариантов мягкого поджога

7. Заключение

Пока зима и на улицу вылазить не хочется. До -25 градусов однако. Зато солнечно каждый день. Прикольно. Дома тепло и солнце светит в окно. Начал не спеша собирать сварочный инвертор. Собрать сварочный инвертор своими руками я собирался уже давно, но все времени не было. Зимой свободного времени появляется больше и потому больше свободы для творчества. Цены на сварочные инверторы в магазинах города весьма приличные. Аппарат мне нужен простой для редких дачных работ. Есть вариант купить самый дешевый китайский аппарат, но он будет на много хуже самодельного инвертора за те же деньги. Да и люблю я собирать своими руками что-нибудь. Сначала хотел сделать трансформаторный сварочник, но сам халявный магнитопровод для изготовления трансформатора ни как не попадался, а покупать его совсем не хочется ибо он цены не малой, а за что собственно, чтобы собрать гавеный сварочник. Не, так не пойдет.

Присмотрелся к современным сварочным инверторам, а что собственно не так уж все и сложно. Вес конструкции легче в целом получиться. Да и нагрузка у инверторов на и без того «просевшую» дачную электросеть ниже. За основу взял схему сварочного инвертора типа резонансный мост господина Негуляева, который в народе окрестили негуляйником.

Две его книжки «Сварочный инвертор — это просто» и «Сварочный инвертор — это просто Часть 2» в PDF формате можно без проблем скачать в Интернет. Введите в поисковике запрос : «Сварочный инвертор — это просто Негуляев» или что-то типа того.

Кликните по схеме, чтобы посмотреть ее в полном размере.

Я не буду здесь писать тоже самое, что вы и так можете прочитать в книгах упомянутых выше. Потому за подробностями в книгу. В интернете многие спецы хаят Негуляева и его изобретение. В основном все сводиться к тому, что можно сделать круче. А мне не надо круче. Типа вот, например, лучше использовать специальные современные драйверы для IGBT. А я не хочу за них платить лишние деньги. То сам инвертор этот не резонансный, а квазирезонансный, а может все таки резонансный? Схема в любом случае рабочая. Достаточно надежная. Позволяет снимать 200 — 250 ампер.

Начал собирать. Составил список деталей и отправился по магазинам. Оказалось, что не все так просто и даже в магазинах радиокомпонентов Санкт-Петербурга нет большинства необходимых деталей. IGBT IRG4PC50UD транзисторов для моста не оказалось в Микронике. В Симитроне есть, но продажа только юридическим лицам. В Мегаэлектронике тоже плохо и в лучшем случае только под заказ. В Чип и Дип есть, но как всегда в лучших традициях магазина по тройной цене. Та же история и с выходными силовыми диодами 150EBU04 и особенно с ферритом.

Долго искал компоненты в магазинах. У китайцев (заказ через интернет с бесплатной доставкой) кроме наличия всего необходимого, там меня радует и цена. Даже при заказе у продавцов с платной доставкой все равно получается намного дешевле чем у нас в интернете или в реальном магазине. Подумал, зачем я буду добывать компоненты под заказ. Ждать по две недели этих заказов. Потом ехать забирать их в разные места. Переплачивать. В Китае я получу все гораздо дешевле (по крайней мере то что я хотел) и посылка придет почти мне в руки (почта в трех минутах ходьбы от моего дома).

Посылка пришла довольно быстро. Все было очень хорошо упаковано и пришло в целости и сохранности. Пока ждал эту посылку, спаял из своих старых запасов генератор. Вот эту часть схемы.

Оставалось только воткнуть в кроватку микросхему UC3825N. Вот что получилось.

Затем намотал дроссель Др.3. для умножителя напряжения 15 витков монтажного провода желательно 1 кв. мм. на ферритовом кольце 28x16x9 2000HM1. Мотал самодельный из двух ШВВП 0.5 кв. мм. снята заводская изоляция и они скручены вместе. Затем восстановлена изоляция пвх изолентой. После намотки обмотка покрыта лаком.

Изготовление трансформатора Тр.3 заняла больше времени, так как обмотка отказывалась умещаться. Вроде и провод взял меньшего диаметра чем автор уже не раз упомянутой книги.

Удалось намотать 26 витков на ферритовом кольце 28x16x9 2000HM1 , что в принципе достаточно (25-30 витков необходимо). Использовал то что было под рукой, а именно 6-ти жильный CQR, сняв общую изоляцию.

Удобно, каждая обмотка получается своего цвета. Рекомендую все же использовать МГТФ у него изоляция понадежнее.

Ферритовые кольца (хоть в книге про то и не сказано) рекомендуется надеть на выводы, подключенные к выходным диодам Д3 и Д5 150EBU04, выходного трансформатора Тр.1, дабы исключить выбросы, которые могут прикончить дорогостоящие ебушки (Д3 и Д5 150EBU04).

Так же параллельно им (Д3 и Д5 150EBU04) не помешает поставить трансилы (защитный диод) типа 1.5KE350CA.

Если вдруг случиться так, что погорят ваши ебушки, не спешите их выкидывать. Дело в том, что 150ebu04 это составной диод и состоит из двух запараллеленных кристаллов на 75 ампер каждый.

Часто бывает, что сгорает только один из них. Необходимо пропилить по середине тот вывод на котором имеются зубцы для припайки. Пилить необходимо до тех пор пока не углубитесь в сам корпус компонента на миллиметр. В результате если повезет получите довольно мощный диод на 75 ампер.

Сам мост сварочного инвертора на четырех IGBT транзисторах IRG4PC50UD получился таким.

Транзисторы расположены с другой стороны платы к ним будет прикреплен радиатор с кулерным охлаждением (вентилятор). Дорожки дополнительно усилены медным проводником миллимитрового сечения.

Для изготовления силового трансформатора Тр.1 и резонансного дросселя Др.1 использую феррит фирмы Epcos сердечник E65 №87 (приблизительный отечественный аналог 20×28 2200HMC). По одному сердечнику на трансформатор и на дроссель. На выходе сварочного инвертора 160 Ампер потянет.

В такой упаковке, как на фото, пришел мне в посылке.

На термореле наткнулся случайно, зайдя в магазин газового оборудования. В котором торговали всякими газовыми котлами и простыми колонками. Там же продавали запчасти к этому самому газовому оборудованию. Гляжу лежит на витрине термореле KSD301, как раз на 90 градусов как я и хотел. Запас по току на много больше чем мне нужно. Стоил если не ошибаюсь 30 рублей за штуку, но точно не больше.

Купил две штуки. Одну поставлю на радиатор с IGBT транзисторами IRG4PC50UD, а другую на радиатор с выходными силовыми диодами 150EBU04. Сами терморелюхи можно подключить в разрыв провода по которому идет управляющий сигнал к входному реле 12В 30А.

Купить радиодетали для сварочного инвертора можно в Китае через интернет с бесплатной доставкой . Там практически все есть:

СХЕМА ШИМ-КОНТРОЛЛЕРА UC 3825А

Микросхема UC 3825A является ШИМ-контроллером и предназначена в первую очередь для использования в качестве схемы управления импульсными источниками вторичного электропитания, работающими на частотах до 1МГц.

ИМС обеспечивают минимальное время прохождения сигнала через компараторы и внутреннюю логику при максимальной ширине полосы пропускания и скорости нарастания выходного напряжения усилителя сигнала рассогласования. Контроллер совместим с системами с прямой связью по входному напряжению и разработан для работы в режимах широтно-импульсной модуляции по напряжению или току. Набор функций и высокое быстродействие ИМС позволяют использовать его во многих устройствах преобразовательной техники.

ОСОБЕННОСТИ

• Управление мощными МОП-транзисторами

• Работа в устройствах с обратной связью по напряжению и току.

• Функционирование на частотах до 1МГц.

• Задержка прохождения сигнала через схему 50нс.

• Полумостовые выходы на ток до 1.5А.

• Широкополосный усилитель ошибки.

• Наличие ШИМ-защелки.

• Ограничение тока в каждом периоде.

• Плавный запуск. Ограничение величины максимальной длительности выходного импульса.

• Защита от пониженного напряжения питания с гистерезисом.

• Синхронизация от внешнего сигнала.

• Выключение схемы по внешнему сигналу.

• Низкий ток потребления в состоянии "Выключено" (1.1мА).

· Точный источник опорного напряжения (5.1В +/- 1%).

· Корпус “DIP-16”, “ТАКТ-256”.

I. Состав U С.

Защитные функции обеспечивают компаратор ограничения тока с порогом 1В, TTL совместимая схема выключения с порогом 1.4В и схема плавного запуска, способная ограничивать максимальную длительность выходного импульса. Внутренняя логика предотвращает одновременное включение выходных драйверов и обеспечивает запрет появления множества импульсов на одном выходе.

Устройство блокировки схемы при понижении напряжения питания ниже 9,2 В с гистерезисом 800 мВ обеспечивает низкий ток потребления в состоянии "Выключено", при этом выходные драйверы находятся в третьем состоянии.

Полумостовые выходные каскады спроектированы для работы на большую емкостную нагрузку, например, затворы мощных МОП-транзисторов, и коммутируют как втекающий ток и вытекающий ток.

ОПИСАНИЕ ВЫВОДОВ UС 3825А

Таблица 1.

Норма

Усилитель ошибки

Напряжение смещения нуля, мB	Uio	-	15	4
Средний входной ток, мкA	Iiav	-	3	4
Разность входных токов, мкA	Iio	-	1	4
Коэффициент усиления напряжения, dB	Au	60	-	1 < Uo < 4B	4

Продолжение табл. 1

Схема плавного запуска

Ток заряда, мкA	Ich	-20	-3	U8 = 0.5B
Ток разряда, мA	Idch	1	-	U8 = 1B
Отношение длительности вых. Импульса к макс. Длительности выходного импульса, %	Npwm	40	60	U8=3.15B, U6=U7

ШИМ компаратор

Выходные драйверы

Выходное напряжение низкого уровня, B	Uol1 Uol2	-	0.4 2.2	Is = 20 мA Is = 200мА
Выходное напряжение высокого уровня, B	Uoh1 Uoh2	13.0 12.0	-	Is = -20 мA Is = -200мA
Ток утечки, мкA	Il	-	200	Us = 30B
Время нарастания и спада сигнала, нсек	tr, tf	-	60	Cl = 1н	4

Схема в целом

Ток потребления, мA	Icc	-	30	U1=U7=U9=0B U2=1B
Ток потребления в сост. "Выключено", мA	Iccz	-	2	Ucc=8B

1. Все напряжения даны относительно общего вывода.

2. Положительным считается ток, втекающий в схему.

3. Все параметры, если не оговорено особo, даны

при R=3.65k, C=1н, Ucc=15B, -0

4. Допускается при приемке поставке параметры не измерять.

Таблица 2.

Предельно-

Допустимый режим

Предельный режим

1. При температуре Токр.среды большей 25°С рассеиваемая мощность падает по линейному закону

Ptot = 1- (T - 25°C) / Rt ja, где Rt ja = 125 °C/BT тепловое сопротивление кристалл- окружающая среда.

2. Время воздействия предельного режима не более 1мсек при скважности Q=100.

Рис. 5 Примеры синхронизации.

Операционный усилитель

Усилитель сигнала рассогласования DA2 - это операционный усилитель с широкой полосой пропускания и высокой скоростью нарастания выходного напряжения. Использование только npn транзисторов на пути прохождения сигнала позволило достичь частоты единичного коэффициента усиления 5.5 МГц. АЧХ усилителя с разомкнутой обратной связью имеет два нуля, расположенных вдали от частоты единичного коэффициента усиления, что увеличивает запас по фазе. Один из них обусловлен конденсатором C1, включенным между резисторами обратной связи в эмиттерных цепях первого каскада R2 и R5, а второй формируется последовательной цепочкой из резистора R4 и конденсатора C2 основного полюса (Рис. 6).

Рис. 6 Усилитель сигнала рассогласования.

Осуществляя отрицательную обратную связь по току в первом каскаде, эмиттерные резисторы позволяют выбрать рабочий ток такой величины, что скорость нарастания выходного сигнала будет не менее 12 В/мксек. Чтобы гарантировать минимальное время отклика все критичные узлы внутри усилителя ошибки выполнены на транзисторах с диодами Шоттки.

К базе выходного транзистора VT7 подключен эмиттер подложечного pnp транзистора VT6, база которого соединяется с выводом плавного запуска (вывод 8). Таким образом потенциал выхода ОУ не может превышать потенциал на выводе 8.

Следует иметь в виду, что выход ОУ нагружен внутренним резистором 50кОм к земле. Поэтому если внешняя нагрузка предполагает большой втекающий ток, то для снижения потенциала на выходе ОУ может потребоваться дополнительный шунтирующий резистор.

Компараторы

ШИМ компаратор DA6 (Рис. 7) выполнен на n-p-n дифкаскаде с выходом на эмиттерном повторителе, предотвращающем режим насыщения транзисторов в компараторе. Выходной сигнал компаратора соответствует эмиттерно-связанной логике для питания 5.1В. Диапазон синфазного входного сигнала компаратора ограничен снизу на уровне приблизительно 1В диапазоном npn входной пары. Так как сигнал на входе "Пила" (вывод 7) может изменяться от 0 до 3 В, для согласования уровней перед подачей на неинвертирующий вход компаратора он сдвигается вверх при помощи источника смещения внутри кристалла на величину 1.25 В. Инвертирующий вход ШИМ компаратора соединен с выходом ОУ DA2 и выводом 3.

Рис. 7 ШИМ-компаратор.

Компаратор ограничения тока DA3 аналогичен ШИМ компаратору. Компаратор выключения схемы DA4 выполнен на pnp дифкаскаде. На инвертирующий входы компараторов DA3 и DA4 поданы напряжения соответственно 1 и 1.4В, полученные от опоры 5.1В при помощи делителя. Неинвертирующие входы компараторов объединены и соединены с выводом 9 микросхемы.

Логические элементы

Как бы быстро сигнал не проходил через схему, это имеет мало значения, если на выходе не достигается быстрое переключение с требуемым размахом. Выходные полумостовые каскады DA9-DA10 (Рис. 8) позволяют добиться этого. Они могут переключать нагрузку 1000 пФ с размахом 15 В за 30 нсек. Пиковое значение тока при этом не менее 1.5 A.

Рис. 8 Полумостовой выходной каскад.

Многие ШИМ контроллеры с полумостовыми выходными каскадами для обеспечения их быстродействия имеют большие сквозные токи через выходные транзисторы. В результате чего возникает проблема саморазогрева, особенно на высоких частотах. Выходной каскад UC 3825A гарантирует, что транзисторы VT6 и VT7 управляются комплиментарным сигналом, так что когда один выключается, другой ведет вывод выхода. Драйверы сконструированы таким образом, что при переключении сквозной ток через них течет всего лишь 20 нсек. На частоте 500 кГц это добавляет к току потребления только 10 мА.

Эта цифра - результат компромисса. Добавочная задержка могла бы гарантировать нулевой сквозной ток, но в этом случае общая задержка становится неприемлемой.

IV. Oписание работы
функциональной схемы.

Плавный запуск

При включении преобразователя ток через его транзисторные ключи определяется током нагрузки и током заряда выходного конденсатора и значительно больше номинального значения. Чтобы предотвратить связанную с этим перегрузку транзисторных ключей в схему введен каскад мягкого запуска, осуществляющий плавное нарастание выходного напряжения усилителя сигнала рассогласования от практически нулевого значения до номинального, а следовательно, плавное изменение длительности импульсов ШИМ-компаратора и выходных драйверов. Ограничение напряжения на выходе операционного усилителя осуществляется pnp-транзистором VT1, эмиттер которого подключен к базе выходного транзистора ОУ, а база к конденсатору плавного запуска.

По мере заряда внутренним источником тока с номиналом 9 мкА конденсатора плавного запуска, подключенного к выводу 8, возрастает и величина выходного напряжения ОУ, подаваемого на инверсный вход ШИМ-компаратора, которое, сравниваясь с пилообразным напряжением на его прямом входе, формирует на выходе компаратора расширяющиеся по длительности импульсы. Сначала время открытия ключей мало, и ток через них не успевает достигать критических значений, чем обеспечивается первоначальная их защита от перегрузок. Далее по мере роста выходного напряжения увеличивается длительность импульса, и когда оно достигает номинального значения, начинается режим его стабилизации. Транзистор VT1 закрывается, т.к. потенциал его базы становится больше потенциала эмиттера.

Кроме основного назначения вывод плавного запуска может использоваться и для других целей. Способность ограничивать максимальный размах ОУ определяет в традиционных схемах максимально достижимый ШИМ, а в токовом режиме позволяет программировать уровень максимального пикового тока.

Особенности осциллятора ИМС

Частота осциллятора устанавливается внешними компонентами Rт и Ст, подключенным к выводам 5 и 6 микросхемы соответственно. На выводе 5 ИМС вырабатывается напряжение 3 вольта (номинальное) а ток через Rт отражается на вывод 6 в отношении 1:1. Поэтому ток заряда емкости Ст определяется из выражения Ich = 3/Rт.

Ток заряда формирует на выводе 6 линейно нарастающее напряжение до тех пор пока не будет достигнут верхний порог 2,8 В, после чего включается цепь разряда внутри микросхемы, которая током разряда быстро уменьшает напряжение на выводе 6 до 1 В, после чего начинается новый цикл заряда. Период колебаний можно выразить следующим образом:

Т = Tr + Td, где

* (Up-Uv) -размах пилы, типовое значение 1,8 В,

* Ich - ток заряда,

* Idch - ток разряда.

На выводе 4 формируется тактовый импульс низкого уровня 2,3 В в течение цикла заряда и высокого уровня 4,5 В в течение цикла разряда. Этот вывод управляется эмиттерным повторителем на NPN транзисторе и, следовательно, может объединяться с другими по схеме монтажное ИЛИ. Нагрузочная способность ИМС по этому выводу - 1мА, а так как внутренний источник тока в нагрузке эмиттерного повторителя 400 мкА, то коэффициент разветвления ИМС по тактовому выходу при работе на аналогичные ИМС, как минимум равен двум.

Очень важен тип конденсатора Ст. На высокой частоте эффективное последовательное сопротивление, эффективная последовательная индуктивность, диэлектрическая абсорбция, - все эти характеристики неидеальности конденсатора, определяют точность и стабильность частоты осциллятора. Рекомендуется использовать радиочастотные типы конденсаторов. Для уменьшения влияния паразитной индуктивности выводов конденсатора Ст на работу осциллятора рекомендуется при монтаже укорачивать их насколько это возможно и подключать к шине земля как можно ближе к выводу 10 ИМС.

Рис. 10. Вариант микромощного запуска источника питания.

Запускающий конденсатор Cs заряжается током от балластного резистора. Когда напряжение на конденсаторе достигает порога включения, ИМС становится активной и активизирует силовые транзисторы. Дополнительный ток, необходимый для работы ИМС, поступает от выпрямителя во вспомогательной вторичной обмотке основного высокочастотного силового трансформатора. Расчет балластного резистора Rb, конденсатора Сs зависит от конкретной схемы источника питания, но в любом случае ток со вторичной обмотки высокочастотного трансформатора должен поступить раньше, чем под действием увеличившегося тока потребления ИС конденсатор Сs разрядится ниже порога выключения ИМС.

Синхронизация

Две или три ИМС могут работать синхронно по схеме, показанной на Рис. 5б. Ведущая ИС программируется на выбранную частоту резистором Rт и конденсатором Ст, как обычно. Осцилляторы ведомых ИС блокируются ( вывод Ст заземляется, а вывод Rт подключается к выводу Uгеf). Логика в ведомых ИМС привязывается к тактовому сигналу ведущей с помощью монтажного ИЛИ выходов тактовых импульсов ИМС.

Для более разветвленной синхронизации может быть использована схема на Рис. 5а. Здесь выход тактового сигнала ведущей ИС управляет эмиттерным повторителем, к выходу которого через конденсаторы и, при необходимости, через согласующие резисторы и линии передачи подключены ведомые ИМС. Осциллятор ведомых ИМС в этом случае не блокируется, а настраивается на чуть меньшую частоту, чем частота осциллятора ведущей ИС соответствующим выбором времязадающих элементов Rт и Ст. При таком подходе каждая ИМС имеет локальное пилообразное напряжение.

Мягкий запуск

Максимальный положительный размах усилителя рассогласования ограничен напряжением на выводе мягкого запуска, что дает возможность получить пилообразно нарастающий пиковый ток в силовых транзисторах при включении.

Вывод мягкого запуска ИМС закорачивается на землю внутренним транзистором, когда ИМС находится в микромощном режиме, или когда на выводе HI/Stop присутствует напряжение больше 1.4 В.

Рис. 11. Схема мягкого запуска.

В ряде случаев времени действия сигнала отключения на выводе HI/Stop не достаточно для полного разряда емкости мягкого запуска. Показанная на Рис. 11 конфигурация резистора и дискретного pnp транзистора позволяет решить эту проблему. Когда внутренний транзистор включается, через R1 начинает протекать ток. При достижении порогового напряжения 0,6 В PNP транзистор включается и быстро разряжает конденсатор мягкого запуска до +0,7 В, что соответствует нулевой ширине импульса ШИМ модулятора.

ШИМ применения

UС может формировать двухтактный широтно-модулированный сигнал управления силовыми ключами в двух основных режимах. Первый режим, когда сигнал с усилителя рассогласования сравнивается ШИМ компаратором с напряжением пилы, присутствующей на выводе Ст ИМС. Это общепринятый режим с обратной связью по напряжению. Во втором режиме сигнал с усилителя рассогласования сравнивается ШИМ компаратором с уровнем тока в силовых ключах (режим с обратной связью по току).Ток преобразуется в напряжение с помощью токосъемного резистора, либо с помощью токового трансформатора, если энергетические потери не позволяют применить токосъемный резистор. Для подавления шумов переключения может потребоваться интегрирующая цепочка между токосъемным резистором и входом HU.

Если преобразователь должен работать в условиях, когда входное напряжение меняется в широких пределах, целесообразно применить прямую параметрическую связь по входному напряжению. Параметрическая пила, подаваемая на вход компаратора, формируется внешней RC цепью. Сброс пилы происходит по сигналу на выходе осциллятора внешним транзистором.

Для предотвращения насыщения трансформатора преобразователя может быть использована схема, "вычисляющая" вольт-секундное произведение и выключающая силовые транзисторы, когда это произведение достигает опасного уровня.

Типовая схема включения

Типовая схема включения показана на Рис. 12

Рис. 12 . Типовая схема включения UC 3825 A .

Список использованной литературы:

2. НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ЦЕНТР СХЕМОТЕХНИКИ И ИНТЕГРАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ. РОССИЯ, БРЯНСК

3. Микросхемы для импульсных источников питания и их применение (справочник)

СХЕМА ШИМ-КОНТРОЛЛЕРА UC 3825А

ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ

Читайте также: