Сварочный инвертор с ккм

Обновлено: 28.06.2024

Этот вопрос уже давно поднимается на различных форумах, посвящённых силовой электронике.
Реальная выгода от Корректора Коэффициента Мощности (ККМ) очевидна:
1) Ток, потребляемый сети, например, в сварочном аппарате, уменьшится раза в полтора. Без ККМ прцентов тридцать - доля реактивной составляющей тока. Приходилось наблюдать, как немецкий аппарат с корректором работал на удлинителе 20 м, когда ни один из простых аппаратов не работал. Это свойство хорошо в деревне при плохой сети.
2) Расчёт силового трансформатора, выбор транзисторов и охлаждения в источнике питания
без ККМ производится, исходя из 250 В постоянного напряжения после выпрямления сетевого, а с корректором - исходя из 380 В.
Схемотехника и элементная база в этой области хорошо отработана, просто у нас ещё не востребована в должной мере, но законы уже подготовлены и скоро будут приняты. И будет как в Европе, где источники питания без ККМ запрещены.
Надо просто брать и делать.
А если кто - нибудь пробовал это делать, просьба поделиться опытом

.Здесь находится статья, в которой, по мнению авторов, ККМ обладает всеми нужными и положительными свойствами. Вот только как работает, не совсем понятно. Может подскажете, работоспособная ли там заложена схема для сварочных аппаратов, или все слишком сложно в реализации?

2Виктор-2
Кстати и у Володина на сайте есть ссылки на IR , где есть расчеты всякого рода силовых штучек. зашел, зарегистрировался полазил, посмотрел, оч интересно.
И у него лежит там пример расчета PFC на 4 квт. По мощи как раз для сварочника.
Надо будет посерьезнее проштудировать

2Multik
У меня после пробных испытаний сварочника-косаря сложилось впечатление, что у него реальный кпд, с учетов косинуса, ну процентов 60 -70, не более. Прикидывал по счетчику.
Но так ли все это выйдет красиво с ККМ? Законы диалектики подсказывают что не бывает такого. Выползут проблемы в других местах.
Вот мне видится что токовые нагрузки-проблемы ключей, трансформируясь переползут в трансформатор. А именно, было 310 вольт, станет 400. Посему индукция выростет на 30 процентов, больше витков надо, или поднимать частоту.
Мах напруга на концах первичке тоже выростет, изоляция нужна прочнее.

2Multik
Так может показометр глючит? Он ведь наверное расчитан на сдвиг фаз от индуктивности (емкости). А вот с мостом все что через него пройдет назад не вернется. Конечно на подводящих проводах действующий ток больше. Но это не из-за реактивности, а потому что P=I^2*R. Имеетмя ввиду мощность потерь в подводящих проводах. Вот поэтому не следует увлекаться наращиванием емкости после моста.

2wiha
Показометр нипричем, если на длинной сети c КММ аппаратик варит, а без него - Х.
У меня то дома сеть неплохая, приходилось делать удлиннитель на 30 метров. Даже боди билдинг варил. Там кпд подозреваю вообще процентов 30 -40

2Виктор-2
по поводу статьи.

на входе выпрямитель с удвоением напряжения(какой же тут ККМ они ж индуктивность перенесли за выпрямитель?).
далее обычный полумост.
в выпрямителе кондерчик (который на верно и реализует их "фишку")

На удвоителе будет вольт 700 (какие транзисторы надо в полумост?)
Возврат энергии индуктивности рассения - без комментариев.
Мягкое переключение ключей при работе на емкосную нагрузку.
и последнее: через кондерчик рис.4 будет течь ток нагрузки (для сварки это ампер 100-150).

К стати, ток который течет через ключ в режиме выпрямителя имеет инверсное направление, по этому в схеме можно применять только полевики.
Да и синхронное выпрямление (когда диоды параллелятся ключами или заменяются ими) имеет смысл только при малых выходных напряжениях

2k_p
Присоединяюсь, синхронное выпрямление это для бустеров , что для всяких мелких аккумов. Нам это ни к чему.
А что ты думаеш насчет того PFC что 4 квт на IR1150 ? реально такое или п.. шь ?
По идее эти дядьки с IR не должны врать.
Вот где б найти парочку этих 1150 и попробовать.

Еще по поводу корректора. Мостик нужен из шустрых диодиков ампер на 50. И частоту не меньше 100кГц, иначе дроссель будет как транс.

2wiha
А это почему мостик из шустрых диодов ?
Вот насчет частоты согласен, и разрядный диодик непростой нужен.
И еще неясно как это все поведет в условиях быстропеременной нагрузки
Вот если найду1150 непременно попробую

Виктор-2 написал :
.Здесь находится статья, в которой, по мнению авторов, ККМ обладает всеми нужными и положительными свойствами. Вот только как работает, не совсем понятно. Может подскажете, работоспособная ли там заложена схема для сварочных аппаратов, или все слишком сложно в реализации?

Эта фишка уже года два, как там висит. За всё это время я не нашёл в интернете ничего похожего.
Многое при внимательном рассмотрении кажется сомнительным. Ну а уж для сварника эта штука точно не пройдёт. Через конденсаторы на выходе 160 А гнать не реально.

Я один раз косого сделал по Barmaley'ю. У меня тоже сложилось впечатление, что КПД не более 70%.
Но дубовость схемы всё же подкупает. Поэтому я и открыл у Валентина тему "Повышение эффективности косого моста":

Однозначно в первичке должно быть больше витков, но более тонким жгутом.
На практике проблемы с изоляцией возникают нри напруге более 600 В.

Есть такие приборы, которые измеряют коэффициент мощности нагрузки. Вот они и показывают, что КМ сварника без корректора на уровне 70 %. Просто показывают, и ничего не объясняют. Мне кажется Sam_soft грамотно объяснил при помощи Фурье.

А что ты думаеш насчет того PFC что 4 квт на IR1150 ? реально такое или .
По идее эти дядьки с IR не должны врать.
Вот где б найти парочку этих 1150 и попробовать.

Во-первых, где найти парочку 1150 ты знаешь. Правда, я у них приобрёл десяток UC3854. Потому, что в инете по ней больше всего наработок. Просто бери и делай. Но я хочу сделать с мягким переключением, типа одной из схем, приведённых в статье:

все схемы из статьи есть на сайте Дельты здесь:

и здесь:

К сожалению, рекомендации по использованию SiC -диодов не по карману.

Мне кажется что с выключением ключа все нормально - снабер получется не хилый, а проблемы восстановления бустерного диода можно решить малюсеньким насыщающимся дроселем последовательно с диодом.

Судя по токам в ККМ, крутиться в голове мысля: раз уж ключики получаются на приличный ток, то может объединить ключи ККМ и инвертора, получим солидный ключик. Уменьшаем коэфф. трансформации инвертора и питаем его постоянкой с большими пульсациями скажем от 100 до 320.
За счет этого диоды входного фильтра будут работать большую часть периода и коэфф. мощности возрастет.

2sam_soft
Я думаю, что работать будет, но некоторые цифры приводят меня в уныние. типа мах тока в 110А или датчика на 0.009 Ом. Понятно, что они перезаложились но видать подводные камни выталкивают на такие жуткие цифири(я про ток конечно).

k_p написал :
2sam_soft
Я думаю, что работать будет, но некоторые цифры приводят меня в уныние. типа мах тока в 110А или датчика на 0.009 Ом. Понятно, что они перезаложились но видать подводные камни выталкивают на такие жуткие цифири(я про ток конечно).

Придётся, видимо, разделить этот ток на два транзистора. 55А не так уж и страшно.

k_p написал :
Судя по токам в ККМ, крутиться в голове мысля: раз уж ключики получаются на приличный ток, то может объединить ключи ККМ и инвертора, получим солидный ключик. Уменьшаем коэфф. трансформации инвертора и питаем его постоянкой с большими пульсациями скажем от 100 до 320.
За счет этого диоды входного фильтра будут работать большую часть периода и коэфф. мощности возрастет.

По моему там на одной из схемок что Muiltik указал есть топология похожего девайса, PFC с интегрированным ZVS прямоходом.
А может я ошибся.

А вообще то, Multik наверно прав, время дубовых простых инверторов проходит. Где-то читал , что у загнивающих даже законодательно заставляют ставить PFC на питатели мощнее толи 200 то ли 300 ват.
Неохото конечно связываться со сложными системами, простому челу это не просто поднять все. Подогревает только то что элементная база развивается и помогает

2wiha
///Так может показометр глючит?

Причина низкого (0,6..0,7) КМ ИБП без ККМ проста.
Прежде всего надо иметь в виду, что отбор мощности из сети возможен ТОЛЬКО током, чья частота совпадает с частотой сети (И фаза, но это сейчас неважно - фаза первой гармоники входного тока ИБП без ККМ ПОЧТИ совпадает с таковой для напряжения сети). Любая гармоника - есть реактивная мощность, представь себе баланс энергий, увидишь, что по сути гармоники тока просто колеблют энергию туды-сюды.
Импульсы токоотбора из сети - это первая гармоника + высшие. Высшие, мы знаем, энергию НЕ передают, они её колеблют. А на действующий ток проводов сети - влияют исправно. В итоге отношение действующего тока сети к действ. значению первой его гармоники - велико. Т.е. провод этот греется раза в 2 (при даже высоком КМ=0,7071) больше, чем при наличии идеального (без потерь) ККМ. И слабая сеть тоже проседает больше - энергия нагрева проводов ведь должна откуда-то браться. и от чего-то отниматься?

Я раньше тоже интересовался ККМ применительно к сварочнику. Достаточно быстро понял, что единственная нормальная топология - это обычный boost-PFC. Все остальное - полная лажа. Однокаскадные топологии вообще не годятся вследствие токовых перегрузок транзисторов и сложностей с управлением.
Микросхемы - IR1150 или UC3854.
По прикидкам получалось, что для сварочника с выходным током 150А максимальный ток в транзисторе PFC составляет примерно 50А.

Multik написал :
Придётся, видимо, разделить этот ток на два транзистора. 55А не так уж и страшно.

и еще с десяток на неидентичность ключей и вот их уже трое .

Дроссель здоровенный надо, Е65 не хватает. Че думаете насчет железного?

_SERGEY_ написал :
Дроссель здоровенный надо, Е65 не хватает. Че думаете насчет железного?

не покатит. Режим работы граничный.

2ALL
Досмотрелся, там в примере 110А получается потому, что диапазон входных напряжений от 85В.
Если взять нормальный для наших сетей 180-250, то максимальный ток около 40А. Так, что ручонки зачесались, на выходных буду рыскать на базаре мож что подвернется из контроллеров.

2k_p
Я когда пересчитывал после регистрации, у меня тоже около 40а выходило. это вполне терпимо. Никак не мог понять почему у вас с Multikom 110 а . И резистор 0.025 вышел. Ну а дроссель и диод это пока как то под вопросом.
Ставить еще один Е70 - громоздко сильно. А менее вряд ли что поможет. Да у частоты тут немелкие нужен хороший феррит. строчники на 100 кгц не потянут. А N87 как раз для этого

Положим что ентот ККМ заработал как надо и все чики - брики, ничего не горит и не взрывется. Сколько микрофад емкости можно выбросить, если можно конечно? Или сколько микрофарад для косого моста и джентельменского выходного тока в 150 ампер минимально потребуется?
Может экономия на электролитах будет по габаритам и массе сопоставима с дросселем ККМ. Кое какую скидку на ККМ и по моней это наверно даст. Лично я ставил электролиты не самые дешевые, на 105 градусов.

Почему здоровенный? Нужно к выпрямленному напряжению сети сделать добавку до 400 В. Пусть у тебя минимальное выпрямленное будет 200 В (141 переменного), тогда корректор должен добавить к сети половину общей выходной мощности.

Я посмотрел, ребята из Дельты всё уже до нас хорошо продумали, и вычислили, что самая хорошая из придуманных ими схема вот такая:

Аж три раза опубликована.
Попробовал прикинуть, как это будет выглядеть в натуре, получилось примерно так (пришлось повернуть боком, а то не лезет):

По моим понятиям, не сильно и страшно. Нарисовал по максимуму - на двух транзисторах впараллель. Выбросить будет легче, чем добавлять. И лично я склонен размазать тепло в пространстве, а не концентрировать в одном месте.
Управление - под UC3854A - у неё внутри стоят стабилитроны на 22 В и на 7,5 В, поэтому из обвески выброшены.

Multik написал :
Я один раз косого сделал по Barmaley'ю. У меня тоже сложилось впечатление, что КПД не более 70%. Но дубовость схемы всё же подкупает. Поэтому я и открыл у Валентина тему "Повышение эффективности косого моста

А у меня что-то меньше 90 процентов намерять не получилось, ну положим 90 наврядли, но 80-85 % - то должны быть, чтобы там было 60-70 процентов нет никаких причин. Ну не вижу я в упор прямо такого уж ломового нагрева даже старющих IRG4PC50U в косом, может потому что частота 30кгц а не ваши 40-50 или выше . Без обид, но вы с самсофтом че, издеваетесь? По вашему если там кпд на 4-х кВтах 70%, что 1200вт должны в тепло уходить? Не смешите мои тапочки, ну ладно самсофту простительно, но от тебя слышать такие заявления странно . А повышать эфективность, конечно надо, согласен, читаю с интересом.

2barmaley
Нет, не издеваемся. Я напротив сильно уважаю схемку , которую ты выложил и что ты выложил осцилки , не поленился, помог многим продвинуться в этом трудном деле. Есть конечно и там спорные моменты насчет транса на двух шашках но это все мелочи. Тут дело не в этом. Тепла рассеивает ватт 300 ну может трохе более вся эта кухня. Дело в реальном кпд, который учитывает и косинус и реактивы всякие. Вот тут точно реактива около киловата бегает туда сюда.
И эта фигня будет бегать не только в косом, но даже в самом навороченном мосте.
Я это давно понял, когда увидел что предохранители на 25а горят как красавцы, как только тока наворачиваеш под 150 а.

barmaley написал :
А у меня что-то меньше 90 процентов намерять не получилось, ну положим 90 наврядли, но 80-85 % - то должны быть, чтобы там было 60-70 процентов нет никаких причин. Ну не вижу я в упор прямо такого уж ломового нагрева даже старющих IRG4PC50U в косом, может потому что частота 30кгц а не ваши 40-50 или выше . Без обид, но вы с самсофтом че, издеваетесь? По вашему если там кпд на 4-х кВтах 70%, что 1200вт должны в тепло уходить? Не смешите мои тапочки, ну ладно самсофту простительно, но от тебя слышать такие заявления странно . А повышать эфективность, конечно надо, согласен, читаю с интересом.

Это как измерять. Если входную мощность измерять по постоянке, согласен, может 85% и получится.
Поверь на слово, много разных источников я видел, но чтобы при вытяжной вентиляции за три часа работы корпус нагревался до 60 градусов, первый раз увидел. Так что, может не 1200, а 600 Вт точно есть. (Именно поэтому я зауважал косого моста, другой бы при таких условиях отвалился).
Как я понял, Самсофт, имел ввиду КПД при измерении кажущейся входной мощности по переменному току, то есть, измерили отдельно ток, отдельно напряжение, и перемножили и подумали, что это правда. Я тоже имел это ввиду, речь же шла о ККМ.
Думаю, ты согласишься, что нагрузку на сеть косой делает такую, как будто имеет КПД 70 % ? Или у тебя и здесь всё здорово?
ЗЫ. Я рад, что ты читаешь с интересом, и согласен, что повышать эффективность надо. А то тут проскакивали мнения, что с эффективностью и так всё в порядке.
Пока отвечал, Sam_soft успел ответить раньше.

Сварочный инвертор с ккм

САМОДЕЛЬНЫЙ СВАРОЧНЫЙ АППАРАТ

КАКИМ ЕМУ БЫТЬ

На этой странице будут собираться интерсные технологические и схемотехнические решения заводских и самодельных сварочных аппаратов.

Для разминки возьмем сварочный инвертор РЕСАНТА САИ 250 ПРОФ:

Выходные диоды ККМ STTH12R06D - 12 ампер, 600 вольт, корпус ТО-220 с металлическим фланцем, но у них время восстановления 12 nS, они реально быстрые, как раз подстать микросхеме, поскольку в даташнике на микросхему указывается минимальная рекомендуемая частота переключения 50 кГц, а типовая 120. 150 кГц. Это довольно приличные частоты и при проектировании печатной платы нужно уделить максимальное внимание влиянию соседних проводников друг на друга
Так же следует обратить внимание на выпрямительные диоды первичного напряжения. Используются диодные мосты работающие параллельно, но в паралель работают диоды именно из одной сборки, что гарантрует максимальную похожеть параметров диодов, следовательно через параллельные диоды будет протекать одинаковый ток, поскольку падение напряжения не N-P переходе будет тоже одинаковым.

Следующим довольно интересным было схемотехническое решение в сварочном аппарате ВД-160И У2 (ВД-200И У2)

Первое, что бросилось в глаза, так это то, что ребята реально хорошо знают транзисторную схемотехнику. Полноценной схемы найти не удалось, однако лично мне понравилось то, что было увидено. Сначала я увидел ЭТОТ файлик, затем порывшись в интернете нашел вот ЭТОТ файлик.
Первое, что бросилось в газа - ограничение тока на управляющем трансформаторе - использовать диоды для подавления выбросов это довольно оригинально (обведена голубым):

Так же используется довольно редкий способ удержания дуги при снижении тока, а именно добавлена дополнительная высоковольтная обмотка для облегчения поджига и удержания дуги. Я уже видел подобные решения, но в них использовались токоограничивающие резисторы на кучу ватт. Здесь же в качестве ограничителя тока выступает реактивное сопротивление L2, которе при слабых тока созадет маленькое падение напряжение на себе, а при больших ограничивает ток на столько, что диоды КД213 остаются целыми, т.е меньше 10 А. Таким образом значительно снижается выделяемое внутри сварочного аппратата тепло.

Для самодельного сварочного аппарата , работающего с аргоном нужен осцилятор. Впрочем осцилятор нужен и для плазмореза. Разумеется, что дугу можно поджечь и без него, касаясь электродом заготовки, но в момент касания односначно заточка электрода из вольфрама потеряет свою форму.
В сварочном аппарате РУСИЧ С-400 в качестве генератора высокого напряжения выспутает самовозбуждающийся электронный трансформатор и схема довольно знакома - подавляющее большинство электронных трансформаторов для низковольтных галогеновых ламп собраны именно по этой схеме:

В данном варианте используется по два параллельных транзистора для увеличения выходного тока. Тут сразу оговорюсь - у самого зачесалиь руки купить готовый трансформатор и перемотать под осцилятор, но я удержался. Для подобного трансформатора нужно довольно приличное окно, поскольку вторичная обмотка должна иметь межслойную изоляцию - выходное напряжение подобного трансформатора должно быть порядка 4-6 кВ, а это требует межслойной изоляции не только между первичкой и вторичкой, но и между слоями первички. Даже используя фторопластовую ленту толщина изоляции займет не мало места, а с учетом того, что слои вторичной обмотки не должны добигать то краев каркаса хотя бы 2-3 мм, то и толщина самой обмотки увеличивается. Следовательно использовать сердечники от электронного трансформатора для ламп весьма затруднительно - размер окна расчитан строго под то количество обмоток и их толщину, которая используетсяв данном трансформаторе - при серийном производстве использование сердечников с "запасом" довольно убыточно.

Зарядить конденсаторы первичного питания сварочного инвертора не так просто - напряжение приличное, емкость конденсаторов тоже, следовательно ток во время зарядки будет возникать огромный. Чаще всего для зарядки этих конденсаторов в сварочных инветорах используют токоограничивающие резисторы и термисторы. Я не не буду утверждать, что это схема заводского сварочного аппарата (СХЕМА ЗДЕСЬ), но автор не стал заморачитваться с резисторами, а просто поставил обычную лампу накаливания на 150 Вт. Тут же оговорка - обычная лампа довольно габаритна, поэтому желащим повторить подобное рекомендую использовать галогенку - она значительно меньше, да и трубку гораздо проще защитить от ударов, чем колбу обычной лампы:

Тут следует отметить, что реле софтстарта включается только тогда, когда на выходе инвертора появляется напряжение.

СТРАНИЦА БУДЕТ ДОПОЛНЯТЬСЯ ПО МЕРЕ ОБНАРУЖЕНИЯ
ИНТЕРЕСНЫХ РЕШЕНИЙ СВАРОЧНЫХ ИНВЕРТОРОВ

Сварка от Texas Instruments: все для инверторов сварочного тока

Удобные и компактные инверторные источники тока для сварочных аппаратов с высоким КПД и корректором коэффициента мощности могут быть легко реализованы на базе микросхем Texas Instruments: ККМ-контроллеров с режимом чередования фаз UCC280xx, драйверов затворов силовых транзисторов UCC27xxx и LM51xx, а также – в случае цифровых источников тока – на базе микроконтроллеров из линейки C2000.

Когда речь идет об изготовлении металлоконструкций, одним из экономичных и эффективных способов соединения различных металлов является сварка. На сегодняшний день существует множество технологий, которые используют в своей работе различные источники энергии для создания сварочного шва: электрическую дугу, газовое пламя, лазерное излучение и так далее. Вне зависимости от используемой технологии, для образования и стабильного горения сварочной дуги необходимо обеспечить заданную вольт-амперную характеристику (ВАХ). Именно ВАХ определяет качество шва и скорость сварочного процесса. Для обеспечения требуемой ВАХ используют специальные источники питания. Среди основных типов сварочных источников тока, присутствующих сегодня на рынке, можно выделить трансформаторные, выпрямительные, генераторные и инверторные. Каждый из представленных аппаратов востребован при работе с конкретными типами металла, в определенных областях применения и предназначен для решения конкретных поставленных задач. Например, трансформаторные источники предназначены для сварки переменным током, выпрямительные, генераторные и инверторные – для сварки постоянным током.

Отдельно стоит отметить инверторный источник сварочного тока – ИИСТ. ИИСТ набирает свою популярность и широкое распространение благодаря своей мобильности, экономичности и высокой производительности. В большинстве случаев инверторные источники заметно повышают удобство и производительность сварки. Несмотря на малые габариты, они не уступают классическими источникам (трансформаторным и выпрямительным) по обеспечиваемым параметрам. Уменьшение габаритов ИИСТ, в основном, связано с использованием в схеме инвертора малогабаритного высокочастотного трансформатора вместо мощного сетевого силового трансформатора, используемого в трансформаторных и выпрямительных источниках.

Общие принципы построения инверторного преобразователя

Рис. 1. Общая схема источника питания сварочного аппарата

Электронная система управления в инверторных преобразователях также упрощает реализацию таких дополнительных функций как:

горячий старт (Hot start), используемый для поджига электрода в начале сварки;
форсированная дуга (Arc Force), которая с помощью увеличения тока предотвращает «залипание» электродов и обеспечивает стабильность горения дуги;
антиприлипание (Anti-Stick) – также обеспечивает защиту от прилипания электродов при возникновении короткого замыкания.

Использование ККМ в режиме чередования фазы

Кроме блока управления, в инверторных источниках отдельного внимания заслуживает блок коррекции коэффициента мощности (ККМ). Несмотря на вопросы, связанные с возможным взаимным влиянием ККМ и инвертора, и удорожанием изделия в целом, использование блока активной коррекции коэффициента мощности обеспечивает ряд важных технических параметров. С функциональной точки зрения использование ККМ обеспечивает большую стабильность выходного тока и напряжения инвертора, при этом уменьшает влияние входного напряжения на выходные параметры. С другой стороны, по своей природе инвертор является импульсным устройством и нелинейной нагрузкой для питающей сети, поэтому несинусоидальный ток потребления приводит к искажению формы питающего напряжения. Используя блок ККМ, мы, фактически, поддерживаем величину входного тока, пропорциональную входному напряжению, и тем самым уменьшаем величину гармонических составляющих и повышаем коэффициент использования входной мощности, что позволяет более рационально использовать электроэнергию, снижая ее потребление прибором.

В линейке продукции компании Texas Instruments для управления питанием можно найти широкий спектр микросхем, позволяющих реализовать мощные AC/DC-преобразователи различного назначения, включая промышленные системы. Одним из решений при реализации ККМ в источнике с выходной мощностью 1 кВт и более является использование режима чередования фаз.

Общий принцип построения и работы блока ККМ с чередованием фазы представлен на рисунке 2. Как видно из рисунка, для увеличения выходной мощности два каскада ККМ включены параллельно на одну нагрузку. При таком включении выходной ток распределен между двумя каскадами, и величина используемой индуктивности, как и ее предельные токи, может быть уменьшена. Кроме индуктивности, менее строгие требования предъявляются и к другим силовым компонентам схемы: к ключевому транзистору, силовому диоду, выходному конденсатору. Использование меньших по размеру компонентов и разделение схемы на две составляющие позволяет обеспечить распределенное рассеяние тепла, так как силовые компоненты равномерно распределяются по всей площади печатной платы. Другой отличительной особенностью ККМ с чередованием фазы является сдвиг по фазе на 180° между параллельно работающими узлами. Такое включение дает ряд преимуществ по сравнению с реализацией однокаскадного ККМ на большую мощность или при простом параллельном включении двух каскадов. Так как каскады работают со сдвигом фаз 180°, то токовые пульсации, как по входу, так и по выходу, уменьшаются за счет взаимокомпенсации.

Рис. 2. Схема ККМ с чередованием фаз

Из-за меньшей величины входных пульсаций в такой схеме ослабляются требования к входному фильтру электромагнитных помех. С другой стороны, малые пульсации по выходу дают возможность использовать выходной конденсатор с меньшим номиналом и меньшей величиной пробивного напряжения. Это упрощает создание блока питания с низким профилем, снижает стоимость реализации и обеспечивает более высокую надежность.

Реализация ККМ на UCC28070

UCC28070 – это одна из микросхем в линейке Texas Instruments, позволяющая реализовать коррекцию коэффициента мощности с использованием метода чередования фаз в режиме непрерывного тока. Помимо UCC28070, подобным функционалом также обладают UCC28060, UCC28061 и UCC28063, но они рассчитаны на меньшие мощности и предназначены для реализации ККМ в режиме граничных проводимостей. Для реализации режима ККМ с чередованием фазы в UCC28070 использованы два широтно-импульсных модулятора (ШИМ), работающих со сдвигом фазы, равным 180°. Как уже было отмечено, такой режим способствует снижению входных и выходных пульсаций тока и уменьшает требования к фильтру электромагнитных помех, а также помогает уменьшить себестоимость за счет использования выходного высоковольтного электролитического конденсатора меньшей емкости и c меньшими пробивными напряжениями.

Среди технических особенностей, реализованных в UCC28070, следует отметить размытие спектра, синхронизацию тактового генератора, управление скоростью нарастания выходного напряжения. Все эти и некоторые другие свойства UCC28070, наряду с реализацией топологии с чередованием фазы, позволяют достичь повышенных значений таких параметров как КМ, коэффициент гармоник, скорость реакции на переходные процессы. Применение UCC28070 позволяет получить коэффициент мощности более 0,9, а также обеспечить повышенный КПД во всем диапазоне нагрузок.

На рисунке 3 показана типовая схема применения UCC28070.

Рис. 3. Пример использования UCC28070

Как пример реализации корректора мощности с чередованием фаз на основе UCC28070, можно рассмотреть типовой дизайн PMP4311 (рисунок 4). Реализация предложенной схемотехники позволяет получить КМ более 0,98 при нагрузке до 5 кВт и входном напряжении в диапазоне 180…264 В [1]. При этом КПД решения – не ниже 95%.

Рис. 4. Корректор коэффициента мощности PMP4311

Помимо UCC28070, в предложенном решении применены обратноходовой преобразователь на базе UCC28061 и драйверы силовых транзисторов UCC27322.

Драйверы затвора

UCC27322, используемый в типовом дизайне PMP4311, – один из представителей FET/IGBT-драйверов затвора, выпускаемых Texas Instruments. Основное назначение данного класса приборов – обеспечить необходимый ток заряда и разряда затвора мощных транзисторов. UCC27322 обеспечивает ток порядка 9 А для заряда емкости Миллера при напряжении питания до 15 В, для чего в драйвере используется технология TrueDrive. На рисунке 5 представлена линейка драйверов затвора производства Texas Instruments.

Рис. 5. Серия драйверов затвора производства TI

Широкая линейка драйверов затвора позволяет выбрать подходящую модель для управления различными типами транзисторов (MOSFET, IGBT), выполненных с использованием разных технологий (Si, SiC, GaN). Например, для управления GaN силовыми полевыми транзисторами рекомендуется использование драйверов LM5113 и UCC27611, которые обеспечивают защиту от превышения напряжения на затворе более 5 В.

Ниже, в качестве примера драйвера FET и IGBT, кратко рассмотрим линейку UCC2753x (рисунок 6).

Рис. 6. Функциональная блок-диаграмма UCC2753X

Среди особенностей линейки UCC2753x можно выделить следующее:

малое время задержки – 17 нс;
широкий диапазон рабочих напряжений 10…35 В дает возможность использовать драйвер с широким спектром силовых транзисторов как для Si MOSFET, IGBT, так и для SiC FET;
наличие разделенного выхода (OUTH, OUTL) позволяет осуществлять независимую регулировку скорости изменения тока заряда и разряда затвора;
блокировка питания при пониженном напряжении питания.

Кратко о цифровом управлении

Такую же функциональность, как и в случае аналоговой схемы реализации ИИСТ, можно получить, используя цифровое управление. В таком источнике тока в качестве контролера инвертора и ККМ используется микроконтроллер. Система строится с использованием цифровых алгоритмов управления, выполняющихся микроконтроллером, и программируемого ШИМ для управления силовым каскадом.

Типовая схема цифрового источника питания включает микроконтроллер (МК), ШИМ, АЦП, силовой каскад (рисунок 7).

Рис. 7. Упрощенная диаграмма цифрового преобразователя

Для реализации цифрового источника питания важны следующие свойства:

АЦП должен обладать достаточной скоростью для управления петлей обратной связи. Кроме того, необходимо обеспечить его плотное взаимодействие с микроконтроллером и ШИМ для быстрого отклика системы;
сам МК должен обладать достаточной производительностью для вычисления необходимых функций управления при одновременном считывании данных с АЦП и управлении ШИМ;
ШИМ должен обладать достаточной гибкостью управления для реализации сложных топологий и обеспечения эффективного управления силовым каскадом;
необходимо наличие компаратора, встроенного в МК, для прецизионного управления выходами ШИМ и контроля силового каскада.

Все вышеперечисленные требования легко реализуются с помощью микроконтроллеров TI семейства С2000. Интегрированные АЦП данного семейства могут работать на частоте до 4,6 Мвыб/с, при этом обеспечивается плотная связка между АЦП и ШИМ. Сам ШИМ позволяет обеспечить точность порядка 150 пс. В чип интегрирован компаратор, который позволяет реализовать режим управления по пиковому току. Само ядро микроконтроллера содержит ряд аппаратных ускорителей, которые позволяют легко реализовать математические функции, необходимые для реализации цифрового источника питания. Обобщенный пример реализации цифрового преобразователя на базе С2000 приведен на рисунке 8.

Рис. 8. Пример использования C2000 в цифровом преобразователе напряжения AC/DC

Для простоты реализации цифрового преобразователя напряжения компания TI предлагает набор готовых библиотек и средства отладки для проверки их функциональности. Для быстрого старта при разработке цифрового источника питания для сварочных аппаратов на основе контроллера реального времени C2000 следует обратить внимание на демонстрационные наборы TMDSHVBLPFCKIT, TMDSHVPFCKIT, TMDSHVPSFBKIT и TMDSHVRESLLCKIT (рисунок 9) [3, 4].

Рис. 9. Демонстрационный набор
TMDSHVRESLLCKIT

TMDSHVBLPFCKIT и TMDSHVPFCKIT показывают возможности реализации цифрового ККМ с чередованием фазы на базе микроконтроллеров TMS320F28035 и TMS320F28027 при работе от сети переменного тока с входным напряжением в диапазоне 85…265 В и выходным напряжением 390 В. Основное отличие между представленными наборами, кроме различных микроконтроллеров, поставляемых по умолчанию – это реализация в TMDSHVBLPFCKIT ККМ без входного выпрямительного моста. Оба набора могут использоваться совместно с TMDSHVPSFBKIT и TMDSHVRESLLCKIT для реализации полноценного цифрового AC/DC-преобразователя.

TMDSHVPSFBKIT и TMDSHVRESLLCKIT демонстрируют возможности реализации высоковольтного DC/DC-преобразователя с синхронным выпрямителем на базе микроконтроллера TMS320F28027. С помощью TMDSHVRESLLCKIT можно легко проверить возможности реализации резонансного DC/DC-преобразователя и поэкспериментировать с различными методами управления. Имеющаяся в комплекте плата управления (controlCard) с TMS320F28027 в случае необходимости может быть заменена на аналогичную с другим микроконтроллером из семейства С2000. С помощью TMDSHVPSFBKIT также легко проверить возможности реализации цифрового мостового DC/DC-преобразователя.

Для простоты разработки все отладочные средства Texas Instruments поддерживаются обширной документацией, подробными примерами типовых решений и большим набором открытых исходных кодов, которые можно найти в среде controlSUITE, что существенно облегчает обучение разработчика. Для удобства отладки и экспериментирования все наборы имеют USB JTAG-интерфейс. Программирование модулей может быть осуществлено при помощи графических элементов среды разработки.

Заключение

Компания Texas Instruments предлагает современные решения для разработки передовых инверторных источников питания сварочных аппаратов. Инверторные источники питания позволяют создавать промышленные приборы для реализации различных методов сварки при производстве сложных и ответственных металлоконструкций из различных материалов, а демонстрационные наборы TI позволяют быстро начать собственную разработку. Надежные, высокотехнологичные компоненты TI дают возможность создавать передовые источники питания для сварочных аппаратов на базе как аналоговых, так и цифровых решений. Имеющиеся компоненты Texas Insruments позволяют реализовать различные функции AC/DC-преобразователей – от управления затворами силовых транзисторов до реализации отдельных блоков: ККМ, инвертора, системы управления.

Литература

Скоростные драйверы MOSFET

UCC27321/2 – высокоскоростные драйверы, обеспечивающие пиковый ток до 9 А. Данные драйверы предназначены для управления мощными MOSFET, требующими высоких токов для перезаряда емкости Миллера при быстром переключении. Они служат интерфейсом между микроконтроллерами с низким энергопотреблением и мощными MOSFET. При нагрузке CL = 10 нФ драйверы обеспечивают фронты 20 нс, при этом время задержки управляющего сигнала составляет 25 нс для убывающего фронта и 35 нс для нарастающего. Использование драйверов позволяет уменьшить площадь платы управления за счет упрощения дизайна и использования одной микросхемы вместо множества дискретных компонентов. UCC27321/2 реализует два типа логики управления: с инвертированием (UCC27321) и без инвертирования (UCC273212) управляющего сигнала.

Рабочий диапазон напряжений драйверов – 4…15 В. Для обеспечения эффективного управления при низких напряжениях питания в драйвере применен гибридный выходной каскад (TrueDrive), использующий параллельное включение MOSFET и биполярного транзистора. Такая архитектура позволяет использовать драйвер в большинстве стандартных промышленных применений, требующих тока затвора значением в 6, 9 и 12 А. Встроенный паразитный диод интегрированного в драйвер MOSFET обеспечивает малый импеданс всплесков напряжения и позволяет во многих случаях отказаться от внешнего ограничивающего диода Шотки.

Для гибкости управления драйвером в микросхеме предусмотрен дополнительный вывод разрешения (ENBL). По умолчанию он подтянут к напряжению питания и может быть оставлен неподключенным при стандартном применении.

Драйверы доступны в нескольких корпусах – SOIC-8, PDIP-8, MSOP-8 PowerPAD. Корпус PowerPad обладает существенно меньшим температурным сопротивлением, что позволяет использовать драйвер при больших температурах и улучшить долговременную надежность.

Сварочник на сельском напряжении.

Народ, поскажите, успокойте или огорчите. Хочу разжиться сварочником, пока вроде присматриваюсь к Telwin'ам (что-нибудь типа нордики чтоб гарантированно варил тройкой при низком напряжении, ну естессно, чтоб в бытовую сеть 220 включался). Варить предстоит в селе. Консультировался с продавцами в магазинах, говорил, где буду варить. что напряжение будет пониженое -180-200. Вот в одном магазине мне продавец и сказал: "Если будешь варить в селе - тяни себе линию с трансформаторной постанции (она у тебя как - далеко или нет?). Потому как если воткнешь аппарат в бытовую розетку - то у твоих соседей вся аппаратура а то и электрика нафиг погорит и они тебе . " ну вобщем типа того. Другие мне ничего подобного не говорили. Вот поделитесь, кто чем в селе варит и главное КАК ПОДКЛЮЧАЕТЕСЬ. Возникают ли какие-нить проблемы с другим оборудованием, с содедями. Интересуют трансформаторы и выпрямители (инвертор я пока по бюжету не расчитываю покупать).

Классическая сварка да в сельскую розетку?! Это перебор. Это же минимум 4-5кВт - бюджет 2-3х домов по сечению линии.
Может спасти проволочный полуавтомат. Дороговато. Да и газа можно не найти. Но бытовые работы - песня!

samorez написал :
Может спасти проволочный полуавтомат.

То-же моргает свет, да еще как. Ко мне две соседки прибегали. оч.ругались. Как темнеет лучше не варить.

samorez написал :
Классическая сварка да в сельскую розетку?! Это перебор. Это же минимум 4-5кВт - бюджет 2-3х домов по сечению линии.
Может спасти проволочный полуавтомат. Дороговато. Да и газа можно не найти. Но бытовые работы - песня!

Ёлки. тогда подскажите че делать-то. Бо надо ОЧЕНЬ

Причём с Pfc на входе - ото и будэ щасте.

чукча написал :
Причём с Pfc на входе - ото и будэ щасте.

Э-э-э-э, будьте добры, пояните, плиз, новичку что такое есть "Pfc на входе", дабы можно было вести в дальнейшем предметный разговор при покупке агрегата

Какой инвертор в сельской сети?!

Надо найти мужиков, которые сами мотают сварочные трансы и поставить им задачу. Они сделают в первичке несколько отводов и поставят переключатель. Мало напруги - передернул ручку и вари дальше.

Во вторых, если напряжение уже низкое, сварочник его уронит вообще до непотребного уровня. Поэтому варить надо рано-рано утром, часов в 5, когда все спят.

P.s. И то, и другое проверено на практике и дает хороший результат. Кстати, транс с отводами можно еще использовать и как автотрансформатор для приведения напряжения к более-менее нормальному.

Kerner написал :
Э-э-э-э, будьте добры, пояните, плиз, новичку что такое есть "Pfc на входе", дабы можно было вести в дальнейшем предметный разговор при покупке агрегата

PFC - power factor corrector - корректор коэффициента мощности, по-нашему ККМ (не путать с контрольно кассовой машиной). Есть компутерные БП с PFC, есть в некоторых телеках (т.н. автовольтаж). Есть и инверторные сварочники с PFC. При нормальной сети такой при том же сварочном токе грузит сеть примерно на 25-30% меньше по сравнению с инвертором без PFC. При слабой сети он как бы высасывает из сети нужный ток.

чукча написал :
PFC - power factor corrector - корректор коэффициента мощности, по-нашему ККМ (не путать с контрольно кассовой машиной). Есть компутерные БП с PFC, есть в некоторых телеках (т.н. автовольтаж). Есть и инверторные сварочники с PFC. При нормальной сети такой при том же сварочном токе грузит сеть примерно на 25-30% меньше по сравнению с инвертором без PFC. При слабой сети он как бы высасывает из сети нужный ток.

Тоесть, поправьте меня если я что-то не так понял (опыт в сварке 0) - сварочный инвертор с PFC - приемлемое решение для сварки в условиях сельской сети? Тут еще дело в том, что варить то конечно больше придеться в селе, но не только - дома ремонт назревает, на балконе подделать кой-че. но больше работы в селе, поэтому и не могу я взять здоровое медное чудище которое сваяет мне какой-нить мужик - мне с этой ерундовиной надо еще потаскаться будет. И раз уж на то пошло, если инвертор вот с этим самым ККМ будет нормально варить при низком напряжении и ко мне не сбегутся ближние или дальние соседи с топорами и носилками из-за того, что у них либо напруга просела до "ой мама немогу" либо ваще чето пальнулось, то я уже морально готов затянуть пояс потуже, подкопить чаток да и взять такой агрегат. Меня мнение знатоков интересует - сами понимаете приобрести дорогой девайс с которым потом еще морочиться или вообще всадить бабки а по месту основного применения его ни как не использовать - сами понимаете. так. что уж простите за глупые вопросы если что.

Все об инверторах с модулем PFC доступным языком

Времена, когда "бал правили" огромные сварочные трансформаторы безвозвратно ушли в прошлое и сварка в бытовых условиях стала не роскошью, а обыденным делом мастера. Благодаря появлению инновационных технологий, компактный и функциональный сварочный инвертор с PFC (модулем коррекции коэффициента мощности) стал чаще встречаться у домашних умельцев, в представленном материале мы раскроем почему выбор падает на сварочники с PFC и в чем их преимущества.

Содержание

Преимущества сварочных инверторов оснащенных модулем PFС

На профессиональных форумах специалисты-электротехники до хрипоты спорят о преимуществах активного и пассивного корректора мощности в устройствах и их возможности сводить к минимуму потери электроэнергии при ее передаче от источника питания. Однако специалиста-практика мало интересуют теоретические дебри, ему достаточно знать, что с практической точки зрения, сварочные инверторы, в которых имеется функция PFC (ККМ, коррекция коэффициента мощности), обладают практически еще одним дополнительным стабилизатором напряжения на входе, поэтому такой аппарат способен:

Использовать значительно меньшую величину потребляемого тока без снижения силы максимального сварочного тока;
Работать на сверхнизком напряжении (просаженных сетях), а также при его скачкообразном изменении. При этом диапазон значений напряжения в сети может колебаться весьма значительно (от 90 до 240В);
Работать при подключении через удлиненный переносной кабель;
Работать с бензиновыми или дизельными генераторами, т.к. аппарат с ККМ не нагружает их, как обычный сварочник.

На рисунке представлена вольт-амперная характеристика с использованием модуля PFC и без него. Обычный инвертор (без PFC) берет из сети пиковыми значениями, показано красной линией, а с модулем PFC потребление переводится в плавную синусоиду, за счет этого не создается нагрузка на сеть.

Наряду с этим резко повышается коэффициент полезного действия аппарата, достигая не менее 85%. Коррекция фактора мощности PFC позволяет достичь и максимально высокого КМ (до 99,9% в идеальном варианте), при этом на нагрев проводников расходуется не более 1% общей мощности инвертора!

Что выбрать? Бытовые инверторы с функцией PFС

Следует отметить, что стоимость PFC инвертора с активным типом контроля коэффициента мощности, конечно же несколько выше, чем у обычных импульсных источников питания с без трансформаторным входом, особенно это сказывается на цене бытовых моделей. Поэтому, приобретая аппарат, необходимо четко очертить его планируемую сферу деятельности.

Бюджетные варианты инверторов подойдут в том случае, если сварочные работы будут выполняться лишь от случая к случаю, а в качестве свариваемого материала будут выступать простейшие стали. Не стоит думать, что подобные аппараты совсем примитивны, например сварочный инвертор Сварог 160 PFC, несмотря на свою приемлемую цену способен:

Работать от сети с напряжением 160-240В, то есть качественная работа с электродами диаметром до 3 мм возможна даже при значительном падении напряжения;
Специально для дилетантов прибор снабжен функцией HOT START, в результате чего в момент прикасания электрода к сварочной заготовке кратковременно импульсно повышается значение сварочного тока, благодаря чему зажигается дуга;

Однако, сварить алюминий, применяя подобное оборудование не получится, так как оно предназначено для сварочных работ с постоянным током. Сварщики, которые работают на этом аппарате, хвалят его надежность, но среди многочисленных преимуществ иногда отмечают небольшой недостаток: затрудненном поджиге некоторых марок электродов, а в частности УОНИ 13/55, но в основном этого инвертора хватит за глаза на большинство бытовых задач.

Если же вы готовы потратиться на функциональность, обязательно обратите внимание на модель Gysmi E200 PFC. Помимо всех достоинств инвертора с ККМ, данный аппарат снабжен функцией автоматического затухания дуги, что позволяет завершить сварной шов без таких дефектов, как трещины и сварочный кратер (углубление). Аппарат с легкостью можно перенастроить на режим аргонодуговой сварки не плавящимся электродом и порог максимального сварочного тока несколько выше, чем у модели от бренда Сварог.

К чуть более дорогому ценовому диапазону относится инвертор итальянского производства Blueweld Active 187 MV PFC. Мало того, что производитель допускает подключение к аппарату удлиняющих "переносок" длиной до 50 м, так он еще предусмотрительно снабдил прибор корпусом усиленной прочности. А самое главное - синергетическая регулировка позволяет точно придерживаться определенной длины дуги, достаточно лишь выставить данные о толщине материала. Модель Аctive 187 MV PFC позволяет работать не только с черным металлом, но также с нержавеющей и высоколегированной сталью, так как ему доступна и сварка в среде инертного газа. При его покупке вы сможете использовать любые типы электродов (в том числе с рутиловым и целлюлозным покрытием).

Если вы профессионал.

Промышленные сварочные аппараты способны работать без сбоев и поломок в самых сложных условиях. Компактными их уже, конечно, трудно назвать, ведь вес этого оборудования начинается от 20 кг и для перемещения инвертора по объекту приходится применять специальную тележку.

Американская компания Lincoln Electric выпускает один из наиболее функциональных инверторов - модель Lincoln Electric Invertec 300TPX, которая имеет несколько режимов аргонодуговой сварки и позволяет работать с различными металлами. Инновационное программное обеспечение позволяет после определения настроек выполнять работу в полуавтоматическом режиме. Низкое потребление энергии и сокращение рассеивания энергии в кабелях питания ему обеспечивает блок PFC, а низкий процент выброса СО₂ в процессе сварки позволяет назвать этот аппарат "экологичным".

Читайте также: