СВАРОЧНЫЙ АППАРАТ СВОИМИ РУКАМИ

НАЧАЛО СТАТЬИ

СБОРКА МОЩНОГО БЛОКА ПИТАНИЯ ПО СХЕМОТЕХНИКЕ СВАРОЧНОГО АППАРАТА

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

УВЕЛИЧИТЬ

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

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

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

Ответ на этот вопрос в видео ниже:

ТРАНСФОРМАТОР ТОКА

    Трансформатор тока обычно содержит 1 виток первичной обмотки и N-ое количество витков вторичной обмотки. Расчитать трансформатор тока можно по следующей формуле:
            Imax = N x U / R
    где:
    Imax - максимальный ток
    N - количество витков вторичной обмотки
    U - требуемое выходное напряжение
    R - нагрузочный резистор
    Для удобства переведем формулу в другой вид, а именно для расчета витков, поскольку нагрузочный резистор придется выбирать либо из того, что есть, либо из стандартного ряда.
    N = Imax x R / U
    Итак, предположим, что нам нужно ограничить ток на уровне 50 А, в наличии имеется резистор на 1 Ом и 2,2 Ома. Напряжение компаратора защелки (вывод 3) у нас равно 1 В.
    N = 50 x 1 / 1 = 50 витков для резистора 1 Ом
    N = 50 x 2,2 / 1 = 110 витков для резистора 2,2 Ома.
    Ну а поскольку у нас пока не сварочный аппарат и силовые транзисторы от таких токов просто разлетятся в клочья ограничим ток на уровне 5 А, а резистор возьмем на 15 Ом. При необходимости мы всегда можем эти цифры исправить. Итого получаем:
    N = 5 x 15 / 1 = 75 витков для резистора 15 Ом.
    Тут пожалуй следует оговорится - трансформатор тока должен быть перегружен, в этом случае исключается его насыщение. Однако в былые времена на базе трансформаторов тока я делал и управление принудительным охлаждение и само принудительное охлаждение - вентиляторы как раз и выступали в роли нагрузочного резистора. Правда одного витка на первичку было малова то - моталось 2-3 витка и сердечник хоть и терпимо, но все таки грелся.

УПРАВЛЯЮЩИЙ ТРАНСФОРМАТОР

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

СБОРКА БЛОКА ПИТАНИЯ ДЛЯ БЛОКА ПИТАНИЯ.

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

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

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

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

    Ну с блоком питания разобрались, теперь можно паять и сам контроллер и его обвязку. В качестве контролируемого напряжения использовалось собственное напряжение питания контроллера. Вход контролирующий ток был посажен на "землю".
    На первых парах после включения возникло не понимание происходящего - вместо плавного изменения длительности контроллер попросту отключал управляющие импульсы. Не вольно возникал вопрос - а какой же это тогда ШИМ???

    Прочитав несколько статей по этой микросхеме и более подробно изучив даташник стало понятно, что изначально этот контроллер затачивался как стабилизатор тока и именно поэтому у него особый упор сделан на ISENSE (вывод 3) который и контролирует ток через токоизмерительный резистор.
    Конечно его можно заставить и контролировать напряжение, как это сделано тут:

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

    Порыскав по интернету нашел еще одну схему включения UC3844 (она такая же, как и UC3845) в обратноходовом блоке питания, выпускаемом серийно.
    Не буду врать - данная схема меня озадачила - регулировка выходного напряжения в ней осуществлялась методом подачи "земли" на ВЫХОД усилителя ошибки. Разумеется, что подобными действиями можно отжечь этот самый выход, но блок питания выпускается серийно, следовательно разработчики учли вероятность перегрузки выхода усилителя ошибки и не исключено, что в структурной схеме не показан имеющийся резистор на выходе усилителя ошибки, ведь если он там есть, тогда этот операционник не будет попросту задействован. Ну вот собственно и сама схема этого "загадочного" блока питания:

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

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

ПРОВЕРКА УПРАВЛЯЮЩЕГО ТРАНСФОРМАТОРА

    Теперь вернемся не много назад и разберемся с осцилограммами на управляющем трансформаторе. Назад потому, что описанная проверка стабилизации ШИМом была уже после того, как была проверена работоспособность управляющего трансформатора.
    Тут с гордостью могу заметить, что делая ставку на излишнюю габаритную мощность я не ошибся - трансформатор держит нагрузку замечательно, а закрепленный на управляющий транзистор радиатор едва греется.

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

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

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

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

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

ПРОДОЛЖЕНИИ