Jednostka inwertera lub zasilacz. Jak zrobić falownik spawalniczy własnymi rękami

12.01.2024

Do wykonywania prac spawalniczych w domu niezbędna jest spawarka inwertorowa. Zasada jego działania opiera się na zastosowaniu tranzystorów i przełączników, za pomocą których napięcie sieciowe jest najpierw przekształcane na napięcie stałe.

Następnie zmienia się charakterystyka prądu (wzrasta częstotliwość sinusoidy). Działania te prowadzą do spadku wartości napięcia, co prowadzi do prostowania prądu, natomiast częstotliwość prądu nie ulega zmianie.

Powszechne stosowanie tych urządzeń wiąże się z szeregiem ich zalet, do których zaliczają się:

Małe wymiary całkowite, a także niewielka waga, co znacznie ułatwia pracę podczas prac spawalniczych i pozwala na umieszczenie urządzenia w dogodnym miejscu;
Możliwość zrobienia tego samemu, wydając niewielkie pieniądze. Ponadto montaż „zrób to sam” pozwala wybrać części o niezbędnych właściwościach, a w przyszłości dość łatwo będzie naprawić urządzenie lub wymienić części w celu dostosowania właściwości;
Wysoka wydajność co pozwala mu konkurować z gotowymi urządzeniami.

Wady falownika spawalniczego, który jest wykonany niezależnie, to:

Krótki okres użytkowania, z nieprawidłowo dobranymi częściami;
Nie ma możliwości implementacji dodatkowych funkcji, które mogą poprawić jakość spoiny;
Jeśli to konieczne, zdobądź urządzenie o dużej mocy wymagany jest dodatkowy układ chłodzenia, co zwiększa ostateczny koszt i wymiary.

Należy pamiętać, że samodzielny montaż falownika jest dość żmudną pracą., co zajmuje dużo czasu i wymaga pewnych umiejętności. Ale współcześni producenci oferują szeroki wybór komponentów, co znacznie ułatwia ich wybór. Sam dobór części opiera się na zgodności parametrów według typu i właściwości, a także na możliwości łatwej wymiany w przyszłości.

Główne elementy falownika to:

jednostka mocy;
część zasilająca i jej klucze.

Podstawowe charakterystyki wyjściowe obejmują:

pobór prądu i jego wartość maksymalna;
napięcie i częstotliwość w sieci;
wartość prądu spawania, przy którym zostanie wykonany szew.

Etap przygotowawczy

Zanim zaczniesz kupować części do produkcji falownika, musisz dokładnie zrozumieć wartości parametrów wyjściowych, a także posiadać schematy elektryczne wszystkich elementów (obwód ogólny, zasilanie).

Rozważmy produkcję spawarki o charakterystyce wejściowej:

napięcie sieciowe 220 V;
częstotliwość 50 Hz;
prąd 32 A.

Na wyjściu będzie prąd przeliczony na wartość 250 A, czyli zwiększający swoją wartość wejściową 8-krotnie. Za pomocą tego urządzenia można wykonać spoinę umieszczając elektrodę w odległości mniejszej niż 1 cm od spawanej części.

Przed rozpoczęciem montażu urządzenia należy przygotować następujące materiały i narzędzia:

wkrętaki (płaskie i krzyżakowe) o różnych rozmiarach;
przyrządy do pomiaru napięcia i prądu (woltomierz i amperomierz), które można zastąpić nowoczesnym uniwersalnym urządzeniem pomiarowym;
z małym użądleniem;
elementy do prac lutowniczych (kalafonia, drut);
oscyloskop, którego użycie pozwoli monitorować zmiany aktualnej sinusoidy;
stal specjalna o odpowiednich parametrach elektrycznych;
tkaniny bawełniane i z włókna szklanego;
rdzeń do transformatora;
uzwojenia transformatora:
pierwotny na 100 zwojów drutu o średnicy 0,3 mm
wtórny (wewnętrzny - 15 zwojów drutu 1 mm, środkowy - 15 zwojów drutu 0,2 mm, zewnętrzny - 20 zwojów drutu 0,35 mm);
tekstolit;
śruby i wkręty;
tranzystory o niezbędnych charakterystykach;
druty o różnych przekrojach;
Przewód zasilający;
taśma elektryczna lub specjalny papier.

Po zakończeniu prac przygotowawczych możesz rozpocząć montaż.

Zasilanie falownika

Płytka, na której znajduje się zasilacz falownika, montowana jest oddzielnie od elementu mocy urządzenia. Ponadto należy je oddzielić od siebie blachą, która jest sztywno przymocowana do korpusu.

Głównym elementem zasilacza jest transformator, który możesz wykonać samodzielnie. Za jego pomocą napięcie, które pochodzi z sieci, zostanie zamienione na wartość bezpieczną przez całe życie, a następnie zwiększy siłę prądu, aby móc wykonywać spawanie.

Materiałem na rdzeń może być żelazo o wymiarach 7x7 lub 8x8. W takim przypadku możesz wziąć standardowe płyty lub wyciąć wymagany kawałek metalu z istniejącego arkusza. Uzwojenie wykonane jest z drutu miedzianego marki PEV, ponieważ to właśnie ten materiał zapewnia maksymalnie wymagane właściwości (mały przekrój i wystarczająca szerokość).

Zastosowanie innego materiału jako uzwojenia może znacząco wpłynąć na charakterystykę transformatora, na przykład zwiększyć nagrzewanie się tej części.

Montaż transformatora składającego się z 2 uzwojeń rozpoczyna się od utworzenia uzwojenia pierwotnego. W tym celu drut o przekroju 0,3 mm owinięty jest 100 razy wokół rdzenia. Ważne jest, aby uzwojenie zajmowało całą szerokość rdzenia. Funkcja ta usprawni pracę falownika podczas wahań napięcia sieciowego w trakcie dalszej pracy.

W takim przypadku każdy zwój powinien ściśle przylegać do poprzedniego, należy unikać nakładania się. Po wykonaniu wszystkich 100 zwojów należy ułożyć warstwę specjalnego papieru izolacyjnego lub tkaniny z włókna szklanego. Należy pamiętać, że papier ściemnieje w trakcie użytkowania.

Następnie wykonuje się uzwojenie wtórne. Aby to zrobić, musisz wziąć drut miedziany o przekroju 1 mm i wykonać 15 zwojów, starając się rozprowadzić je na całej szerokości, w równej odległości od siebie. Po pokryciu ich lakierem i wyschnięciu nawiń drugą warstwę drutem miedzianym o przekroju 0,2 mm, wykonując również 15 zwojów.

Należy je również rozprowadzić, jak w poprzednim przypadku, i odizolować. Ostatnią warstwą uzwojenia wtórnego będzie PEV o przekroju 0,35 mm z 20 zwojami.Ostatnią warstwę również należy zaizolować.

Rama

Następnie zaczynamy wytwarzać korpus. Jego wielkość powinna być proporcjonalna do wymiarów transformatora plus 70% na umieszczenie pozostałych części falownika. Sam korpus może być wykonany z blachy stalowej o grubości 0,5-1 mm.

Aby połączyć narożniki, można użyć śrub lub specjalnych giętarek, aby wygiąć arkusz do żądanego rozmiaru. Jeśli na obudowie umieścisz uchwyt umożliwiający przypięcie falownika do paska lub ułatwiający jego przenoszenie, znacznie ułatwi to obsługę urządzenia w przyszłości.

Ponadto konstrukcja obudowy powinna zapewniać w miarę łatwy dostęp do wszystkich znajdujących się w jej wnętrzu części. Konieczne jest wykonanie w nim kilku otworów technologicznych na przełączniki, przycisk zasilania, świetlną sygnalizację działania, a także złącza kablowe.

Sekcja mocy i jednostka inwertera

Jednostką napędową falownika jest transformator, którego osobliwością jest obecność 2 rdzeni, które są umieszczone obok małej szczeliny, układając kartkę papieru. Transformator ten jest montowany podobnie jak poprzedni. Ważnym szczegółem jest to, że warstwa izolacyjna między zwojami drutu musi zostać wzmocniona, co zapobiegnie przebiciu napięcia. Dodatkowo pomiędzy warstwami drutów umieszczone są uszczelki wykonane z fluoroplastiku.

W części zasilającej znajdują się kondensatory podłączone zgodnie ze schematem. Mają za zadanie redukować rezonans transformatorów, a także minimalizować i kompensować straty prądowe w tranzystorach.

Jednostka inwertera urządzenia służy do konwersji prądu, którego częstotliwość wyjściowa wzrasta. W tym celu w falowniku stosuje się tranzystory lub diody. Jeśli zdecydujesz się zastosować diody w tym bloku, należy je zamontować w ukośny mostek za pomocą specjalnego obwodu. Przewody z niego trafiają do tranzystorów, które mają za zadanie zwracać prąd przemienny o wyższej częstotliwości. Mostek diodowy i tranzystory muszą być oddzielone przegrodą.

System chłodzenia

Ponieważ wszystkie elementy urządzenia podlegają nagrzewaniu, konieczne jest zorganizowanie układu chłodzenia, który zapewni nieprzerwaną i niezawodną pracę. Aby to zrobić, możesz zastosować chłodnice z komputerów, a także wykonać kilka dodatkowych otworów w obudowie, aby ułatwić dostęp powietrza do wnętrza urządzenia. Takich otworów nie powinno być jednak zbyt wiele, aby uniknąć przedostawania się nadmiaru kurzu do obudowy.

Chłodnice należy ustawić w taki sposób, aby mogły usuwać powietrze z korpusu urządzenia. Elementy chłodzące wymagają konserwacji, np. wymiany pasty termoprzewodzącej, dlatego dostęp do nich powinien być łatwy.

W falowniku jest kilka części, które wymagają obowiązkowego chłodzenia. To są transformatory. Aby je ochłodzić, rozsądne jest zainstalowanie 2 wentylatorów. Ponadto mostek diodowy wymaga dodatkowego chłodzenia. Jest instalowany na grzejniku.

Zamontowanie elementu takiego jak czujnik temperatury, a następnie podłączenie go do diody LED na obudowie umożliwi wysłanie sygnału w przypadku osiągnięcia niedopuszczalnej temperatury i odłączenie falownika od zasilania w celu chłodzenia.

Montaż

Falownik montuje się w następującej kolejności:

transformator, mostek diodowy i obwód sterujący znajdują się na podstawie obudowy;
Wszystkie przewody są skręcone, zlutowane i połączone ze sobą;
Na panelu zewnętrznym znajduje się sygnalizacja świetlna, przycisk start oraz złącze kabla.

Gdy wszystko zostanie zainstalowane, możesz sprawdzić działanie urządzenia.

Sprawdzanie pracy

Aby sprawdzić urządzenie, należy użyć oscyloskopu. Falownik podłącza się do sieci 220 V, a następnie za pomocą urządzenia sprawdza się, czy parametry wyjściowe odpowiadają wymaganym. Przykładowo napięcie powinno mieścić się w przedziale 500-550 V. Przy absolutnie prawidłowym montażu i odpowiednio dobranych częściach wartość ta nie powinna przekraczać progu 350 V.

Po takich pomiarach i akceptowalnych wskazaniach oscyloskopu można przystąpić do wykonywania spoiny. Po całkowitym wypaleniu pierwszej elektrody należy zmierzyć temperaturę na transformatorze. Jeśli się zagotuje, należy poprawić obwód, wyłączyć urządzenie i wprowadzić zmiany. Dopiero po podjęciu działań mających na celu usunięcie tej wady można po zakończeniu pracy ponownie rozpocząć pracę z tym samym pomiarem temperatury.

Zasady działania

Falownik spawalniczy może być stosowany zarówno do spawania części wykonanych z metali żelaznych, jak i do obróbki metali nieżelaznych. Przydaje się zarówno w domu prywatnym, wiejskim, jak i w garażu.

Podczas jego obsługi konieczne jest monitorowanie jakości napięcia i częstotliwości w sieci.

W celu długotrwałego użytkowania tego urządzenia należy okresowo sprawdzać skuteczność jego poszczególnych czyszczenia i podejmować działania zapobiegawcze mające na celu oczyszczenie go z kurzu i brudu.

Tworząc własny falownik, musisz:

posiadać schematy wszystkich elementów urządzenia;
wybierz odpowiednie komponenty;
zachowaj wszystkie niezbędne szczeliny i starannie zaizoluj elementy;
przestrzegać przepisów bezpieczeństwa.

Falownik spawalniczy DIY wykonany z zasilacza komputerowego cieszy się coraz większą popularnością zarówno wśród profesjonalistów, jak i spawaczy amatorów. Zaletami takich urządzeń jest to, że są wygodne i lekkie.

Zastosowanie inwertorowego źródła prądu pozwala jakościowo poprawić charakterystykę łuku spawalniczego, zmniejszyć wymiary transformatora mocy i tym samym zmniejszyć wagę urządzenia, umożliwia płynniejszą regulację i redukcję odprysków podczas spawania. Wadą spawarki inwertorowej jest jej znacznie wyższa cena w porównaniu do jej odpowiednika transformatorowego.

Aby nie przepłacać dużych sum pieniędzy w sklepach za spawanie, możesz je zrobić. Aby to zrobić, potrzebujesz działającego zasilacza komputerowego, kilku elektrycznych przyrządów pomiarowych, narzędzi, podstawowej wiedzy i praktycznych umiejętności w zakresie prac elektrycznych. Przydałoby się także zaopatrzyć w odpowiednią literaturę.

Jeśli nie jesteś pewien swoich umiejętności, powinieneś udać się do sklepu po gotową spawarkę, w przeciwnym razie przy najmniejszym błędzie podczas montażu istnieje ryzyko porażenia prądem lub spalenia całego okablowania elektrycznego . Ale jeśli masz doświadczenie w montażu obwodów, przewijaniu transformatorów i tworzeniu urządzeń elektrycznych własnymi rękami, możesz bezpiecznie rozpocząć montaż.

Zasada działania spawania inwertorowego

Falownik spawalniczy składa się z transformatora mocy redukującego napięcie sieciowe, dławików stabilizujących redukujących tętnienia prądu oraz bloku obwodu elektrycznego. W obwodach można zastosować tranzystory MOSFET lub IGBT.

Zasada działania falownika jest następująca: prąd przemienny z sieci przesyłany jest do prostownika, po czym moduł mocy przetwarza prąd stały na prąd przemienny o rosnącej częstotliwości. Następnie prąd wpływa do transformatora wysokiej częstotliwości, a na wyjściu z niego jest prąd łuku spawalniczego.

Wróć do treści

Narzędzia potrzebne do wykonania falownika

Aby zmontować falownik spawalniczy z zasilacza własnymi rękami, potrzebne będą następujące narzędzia:

lutownica;
śrubokręty z różnymi końcówkami;
szczypce;
nożyce do drutu;
wiertarka lub śrubokręt;
krokodyle;
druty o wymaganym przekroju;
próbnik;
multimetr;
materiały eksploatacyjne (druty, lut do lutowania, taśma elektryczna, śruby i inne).

Aby stworzyć spawarkę z zasilacza komputerowego, potrzebujesz materiałów do stworzenia płytki drukowanej, getinaków i części zamiennych. Aby zmniejszyć ilość pracy, warto udać się do sklepu po gotowe uchwyty do elektrod. Można je jednak wykonać samodzielnie, lutując krokodyle do drutów o wymaganej średnicy. Podczas wykonywania tej pracy ważne jest przestrzeganie polaryzacji.

Wróć do treści

Procedura montażu spawarki

Przede wszystkim, aby stworzyć spawarkę z zasilacza komputerowego, należy wyjąć źródło prądu z obudowy komputera i zdemontować je. Główne elementy jakie można z niego zastosować to kilka części zamiennych, wentylator oraz standardowe płyty obudowy. Ważne jest, aby wziąć pod uwagę tryb pracy chłodzenia. Określa to, jakie elementy należy dodać, aby zapewnić niezbędną wentylację.

Działanie standardowego wentylatora, który będzie chłodził przyszłą spawarkę z jednostki komputerowej, należy przetestować w kilku trybach. Ta kontrola zapewni funkcjonalność elementu. Aby zapobiec przegrzaniu spawarki podczas pracy, można zainstalować dodatkowe, mocniejsze źródło chłodzenia.

Aby kontrolować wymaganą temperaturę, należy zainstalować termoparę. Optymalna temperatura pracy spawarki nie powinna przekraczać 72-75°C.

Ale przede wszystkim należy zainstalować na spawarce uchwyt o wymaganym rozmiarze z zasilacza komputerowego, aby zapewnić przenoszenie i łatwość użytkowania. Uchwyt mocowany jest do górnego panelu bloku za pomocą wkrętów.

Ważne jest, aby wybrać śruby o optymalnej długości, w przeciwnym razie zbyt duże mogą wpłynąć na obwód wewnętrzny, co jest niedopuszczalne. Na tym etapie pracy należy zadbać o dobrą wentylację urządzenia. Rozmieszczenie elementów wewnątrz zasilacza jest bardzo gęste, dlatego należy wcześniej zaplanować w nim dużą liczbę otworów przelotowych. Wykonuje się je za pomocą wiertarki lub śrubokręta.

Następnie możesz użyć wielu transformatorów, aby utworzyć obwód falownika. Zazwyczaj wybiera się 3 transformatory takie jak ETD59, E20 i Kx20x10x5. Można je znaleźć w niemal każdym sklepie z elektroniką radiową. A jeśli masz już doświadczenie w samodzielnym tworzeniu transformatorów, łatwiej jest je wykonać samodzielnie, koncentrując się na liczbie zwojów i charakterystyce wydajności transformatorów. Znalezienie takich informacji w Internecie nie będzie trudne. Możesz potrzebować przekładnika prądowego K17x6x5.

Transformatory najlepiej wykonać własnoręcznie z cewek Getinax, uzwojeniem będzie drut emaliowany o przekroju 1,5 lub 2 mm. Można użyć blachy miedzianej o wymiarach 0,3x40 mm, po owinięciu jej w trwały papier. Odpowiedni jest papier termiczny z kasy fiskalnej (0,05 mm), jest trwały i nie rwie się tak bardzo. Zaciskanie należy wykonać z drewnianych klocków, po czym całą konstrukcję należy wypełnić „epoksydem” lub polakierować.

Tworząc spawarkę z jednostki komputerowej, możesz użyć transformatora z kuchenki mikrofalowej lub starych monitorów, nie zapominając o zmianie liczby zwojów uzwojenia. W tej pracy przydatne byłoby skorzystanie z literatury elektrotechnicznej.

Jako grzejnik można zastosować PIV pocięty wcześniej na 3 części lub inne grzejniki ze starych komputerów. Można je kupić w wyspecjalizowanych sklepach zajmujących się demontażem i modernizacją komputerów. Takie opcje przyjemnie zaoszczędzą czas i wysiłek w poszukiwaniu odpowiedniego chłodzenia.

Aby stworzyć urządzenie z zasilacza komputerowego, należy zastosować jednocyklowy quasi-mostek do przodu, czyli „mostek ukośny”. Ten element jest jednym z głównych w działaniu spawarki, dlatego lepiej nie oszczędzać na nim, ale kupić nowy w sklepie.

Płytki drukowane można pobrać w Internecie. To znacznie ułatwi odtworzenie obwodu. W procesie tworzenia płytki potrzebne będą kondensatory, 12-14 sztuk, 0,15 mikrona, 630 woltów. Są one niezbędne do blokowania rezonansowych przepięć prądu z transformatora. Ponadto, aby wykonać takie urządzenie z zasilacza komputerowego, potrzebne będą kondensatory C15 lub C16 marki K78-2 lub SVV-81. Tranzystory i diody wyjściowe należy montować na grzejnikach bez stosowania dodatkowych uszczelek.

Podczas pracy należy stale używać testera i multimetru, aby uniknąć błędów i szybciej złożyć obwód.

Po wyprodukowaniu wszystkich niezbędnych części należy je umieścić w obudowie i następnie poprowadzić. Temperaturę na termoparze należy ustawić na 70°C: zapobiegnie to przegrzaniu całej konstrukcji. Po montażu spawarka z jednostki komputerowej musi zostać wstępnie przetestowana. W przeciwnym razie, jeśli popełnisz błąd podczas montażu, możesz spalić wszystkie główne elementy, a nawet porażenie prądem.

Z przodu należy zainstalować dwa uchwyty styków i kilka regulatorów prądu. Przełącznik urządzenia w tej konstrukcji będzie standardowym przełącznikiem jednostki komputerowej. Korpus gotowego urządzenia po złożeniu wymaga dodatkowego wzmocnienia.

Większość nowoczesnych urządzeń elektronicznych praktycznie nie wykorzystuje zasilaczy analogowych (transformatorowych), zastępuje je impulsowe przetworniki napięcia. Aby zrozumieć, dlaczego tak się stało, należy wziąć pod uwagę cechy konstrukcyjne, a także mocne i słabe strony tych urządzeń. Porozmawiamy również o przeznaczeniu głównych elementów źródeł impulsowych i podamy prosty przykład realizacji, którą można zmontować własnymi rękami.

Cechy konstrukcyjne i zasada działania

Spośród kilku metod przetwarzania napięcia na elementy energoelektroniczne można wyróżnić dwie najbardziej rozpowszechnione:

Analog, którego głównym elementem jest transformator obniżający napięcie, oprócz swojej głównej funkcji zapewnia również izolację galwaniczną.
Zasada impulsu.

Przyjrzyjmy się, czym różnią się te dwie opcje.

Zasilacz oparty na transformatorze mocy

Rozważmy uproszczony schemat blokowy tego urządzenia. Jak widać na rysunku, na wejściu zainstalowany jest transformator obniżający napięcie, za jego pomocą przekształcana jest amplituda napięcia zasilania, na przykład z 220 V otrzymujemy 15 V. Następnym blokiem jest prostownik, jego zadaniem jest zamiana prądu sinusoidalnego na pulsacyjny (harmoniczna jest pokazana nad obrazem symbolicznym). W tym celu stosuje się prostownicze elementy półprzewodnikowe (diody) połączone mostkiem. Zasadę ich działania można znaleźć na naszej stronie internetowej.

Kolejny blok spełnia dwie funkcje: wygładza napięcie (wykorzystuje się do tego kondensator o odpowiedniej pojemności) i stabilizuje je. To ostatnie jest konieczne, aby napięcie nie „spadło” wraz ze wzrostem obciążenia.

Podany schemat blokowy jest znacznie uproszczony, źródło tego typu z reguły posiada filtr wejściowy i układy zabezpieczające, ale nie ma to znaczenia dla wyjaśnienia działania urządzenia.

Wszystkie wady powyższej opcji są bezpośrednio lub pośrednio związane z głównym elementem projektu - transformatorem. Po pierwsze, jego waga i wymiary ograniczają miniaturyzację. Aby nie być bezpodstawnym, jako przykład posłużymy się transformatorem obniżającym napięcie 220/12 V o mocy znamionowej 250 W. Waga takiej jednostki wynosi około 4 kilogramy, wymiary 125x124x89 mm. Można sobie wyobrazić, ile ważyłaby oparta na niej ładowarka do laptopa.

Po drugie, cena takich urządzeń jest czasami wielokrotnie wyższa niż całkowity koszt pozostałych podzespołów.

Urządzenia impulsowe

Jak widać ze schematu blokowego pokazanego na rysunku 3, zasada działania tych urządzeń różni się znacznie od przetworników analogowych, przede wszystkim brakiem wejściowego transformatora obniżającego napięcie.

Rysunek 3. Schemat blokowy zasilacza impulsowego

Rozważmy algorytm działania takiego źródła:

Do filtra sieciowego doprowadzane jest zasilanie, którego zadaniem jest minimalizacja szumów sieciowych, zarówno przychodzących, jak i wychodzących, powstających w wyniku pracy.
Następnie uruchamiany jest moduł przetwarzania napięcia sinusoidalnego na napięcie stałe impulsowe oraz filtr wygładzający.
W kolejnym etapie do procesu podłączany jest falownik, którego zadaniem jest formowanie prostokątnych sygnałów o wysokiej częstotliwości. Informacja zwrotna do falownika odbywa się za pośrednictwem jednostki sterującej.
Kolejnym blokiem jest IT, niezbędny do automatycznego trybu generatora, podawania napięcia do obwodu, zabezpieczenia, sterowania sterownikiem, a także obciążenia. Dodatkowo zadanie IT obejmuje zapewnienie izolacji galwanicznej pomiędzy obwodami wysokiego i niskiego napięcia.

W przeciwieństwie do transformatora obniżającego, rdzeń tego urządzenia wykonany jest z materiałów ferrimagnetycznych, co przyczynia się do niezawodnej transmisji sygnałów RF, które mogą mieścić się w zakresie 20-100 kHz. Cechą charakterystyczną IT jest to, że przy jej podłączaniu krytyczne jest uwzględnienie początku i końca uzwojeń. Niewielkie wymiary tego urządzenia umożliwiają wykonanie urządzeń miniaturowych, przykładem jest wiązka elektroniczna (statecznik) lampy LED lub energooszczędnej.

Następnie uruchamia się prostownik wyjściowy, ponieważ działa z napięciem o wysokiej częstotliwości, proces wymaga szybkich elementów półprzewodnikowych, dlatego do tego celu stosuje się diody Schottky'ego.
W końcowej fazie na korzystnym filtrze przeprowadza się wygładzanie, po czym do obciążenia przykładane jest napięcie.

Teraz zgodnie z obietnicą przyjrzyjmy się zasadzie działania głównego elementu tego urządzenia – falownika.

Jak działa falownik?

Modulację RF można przeprowadzić na trzy sposoby:

częstotliwość impulsów;
impuls fazowy;
szerokość impulsu.

W praktyce stosuje się tę ostatnią opcję. Wynika to zarówno z prostoty implementacji, jak i z faktu, że PWM ma stałą częstotliwość komunikacji, w przeciwieństwie do pozostałych dwóch metod modulacji. Poniżej przedstawiono schemat blokowy opisujący działanie sterownika.

Algorytm działania urządzenia jest następujący:

Generator częstotliwości odniesienia generuje szereg sygnałów prostokątnych, których częstotliwość odpowiada częstotliwości odniesienia. Na podstawie tego sygnału powstaje ząb piłokształtny UP, który jest dostarczany na wejście komparatora K PWM. Sygnał UUS pochodzący ze wzmacniacza sterującego podawany jest na drugie wejście tego urządzenia. Sygnał generowany przez ten wzmacniacz odpowiada proporcjonalnej różnicy pomiędzy U P (napięcie odniesienia) i U RS (sygnał sterujący z obwodu sprzężenia zwrotnego). Oznacza to, że sygnał sterujący UUS jest w rzeczywistości napięciem niedopasowanym, którego poziom zależy zarówno od prądu na obciążeniu, jak i napięcia na nim (U OUT).

Ta metoda realizacji pozwala zorganizować obwód zamknięty, który pozwala kontrolować napięcie wyjściowe, czyli w rzeczywistości mówimy o liniowo-dyskretnej jednostce funkcjonalnej. Na jego wyjściu generowane są impulsy o czasie trwania zależnym od różnicy pomiędzy sygnałami zadanymi i sterującymi. Na jego podstawie tworzone jest napięcie sterujące kluczowym tranzystorem falownika.

Proces stabilizacji napięcia wyjściowego odbywa się poprzez monitorowanie jego poziomu, w przypadku jego zmian napięcie sygnału sterującego U PC zmienia się proporcjonalnie, co prowadzi do zwiększania lub zmniejszania czasu trwania pomiędzy impulsami.

W efekcie zmienia się moc obwodów wtórnych, co zapewnia stabilizację napięcia wyjściowego.

Aby zapewnić bezpieczeństwo, wymagana jest izolacja galwaniczna pomiędzy zasilaniem a sprzężeniem zwrotnym. Z reguły stosuje się w tym celu transoptory.

Mocne i słabe strony źródeł impulsowych

Jeśli porównamy urządzenia analogowe i impulsowe o tej samej mocy, to drugie będzie miało następujące zalety:

Mały rozmiar i waga wynikają z braku transformatora obniżającego niską częstotliwość i elementów sterujących, które wymagają odprowadzania ciepła za pomocą dużych grzejników. Dzięki zastosowaniu technologii konwersji sygnału wysokiej częstotliwości możliwe jest zmniejszenie pojemności kondensatorów zastosowanych w filtrach, co pozwala na montaż mniejszych elementów.
Wyższa wydajność, ponieważ główne straty są spowodowane jedynie procesami przejściowymi, podczas gdy w obwodach analogowych podczas konwersji elektromagnetycznej stale tracona jest duża ilość energii. Wynik mówi sam za siebie, zwiększając wydajność do 95-98%.
Niższy koszt ze względu na zastosowanie mniej wydajnych elementów półprzewodnikowych.
Szerszy zakres napięcia wejściowego. Sprzęt tego typu nie jest wymagający pod względem częstotliwości i amplitudy, dlatego dopuszczalne jest podłączenie do sieci o różnych standardach.
Dostępność niezawodnej ochrony przed zwarciami, przeciążeniami i innymi sytuacjami awaryjnymi.

Wady technologii impulsowej obejmują:

Obecność zakłóceń RF jest konsekwencją pracy przetwornicy wysokiej częstotliwości. Czynnik ten wymaga zainstalowania filtra tłumiącego zakłócenia. Niestety jego działanie nie zawsze jest skuteczne, co nakłada pewne ograniczenia na stosowanie urządzeń tego typu w sprzęcie o dużej precyzji.

Specjalne wymagania dotyczące obciążenia, nie należy go zmniejszać ani zwiększać. Gdy tylko poziom prądu przekroczy górny lub dolny próg, charakterystyka napięcia wyjściowego zacznie znacznie różnić się od standardowych. Z reguły producenci (nawet ostatnio chińscy) przewidują takie sytuacje i instalują w swoich produktach odpowiednie zabezpieczenia.

Szereg zastosowań

Prawie cała współczesna elektronika zasilana jest z bloków tego typu, jako przykład:

Montaż zasilacza impulsowego własnymi rękami

Rozważmy obwód prostego zasilacza, w którym zastosowana jest opisana powyżej zasada działania.

Oznaczenia:

Rezystory: R1 – 100 Ohm, R2 – od 150 kOhm do 300 kOhm (do wyboru), R3 – 1 kOhm.
Pojemności: C1 i C2 – 0,01 µF x 630 V, C3 -22 µF x 450 V, C4 – 0,22 µF x 400 V, C5 – 6800-15000 pF (do wyboru), 012 µF, C6 – 10 µF x 50 V, C7 – 220 µF x 25 V, C8 – 22 µF x 25 V.
Diody: VD1-4 - KD258V, VD5 i VD7 - KD510A, VD6 - KS156A, VD8-11 - KD258A.
Tranzystor VT1 – KT872A.
Stabilizator napięcia D1 - mikroukład KR142 o indeksie EH5 - EH8 (w zależności od wymaganego napięcia wyjściowego).
Transformator T1 - zastosowano rdzeń ferrytowy w kształcie litery W o wymiarach 5x5. Uzwojenie pierwotne nawinięte jest 600 zwojami drutu o średnicy 0,1 mm, uzwojenie wtórne (piny 3-4) zawiera 44 zwoje o średnicy 0,25 mm, a ostatnie uzwojenie zawiera 5 zwojów o średnicy 0,1 mm.
Bezpiecznik FU1 – 0,25A.

Konfiguracja sprowadza się do wybrania wartości R2 i C5, które zapewniają wzbudzenie generatora przy napięciu wejściowym 185-240 V.

Cechy konstrukcyjne i zasada działania

Spośród kilku metod przetwarzania napięcia na elementy energoelektroniczne można wyróżnić dwie najbardziej rozpowszechnione:

Analog, którego głównym elementem jest transformator obniżający napięcie, oprócz swojej głównej funkcji zapewnia również izolację galwaniczną.
Zasada impulsu.

Przyjrzyjmy się, czym różnią się te dwie opcje.

Zasilacz oparty na transformatorze mocy

Podany schemat blokowy jest znacznie uproszczony, źródło tego typu z reguły posiada filtr wejściowy i układy zabezpieczające, ale nie ma to znaczenia dla wyjaśnienia działania urządzenia.

Po drugie, cena takich urządzeń jest czasami wielokrotnie wyższa niż całkowity koszt pozostałych podzespołów.

Urządzenia impulsowe

Rysunek 3. Schemat blokowy zasilacza impulsowego

Rozważmy algorytm działania takiego źródła:

Do filtra sieciowego doprowadzane jest zasilanie, którego zadaniem jest minimalizacja szumów sieciowych, zarówno przychodzących, jak i wychodzących, powstających w wyniku pracy.
Następnie uruchamiany jest moduł przetwarzania napięcia sinusoidalnego na napięcie stałe impulsowe oraz filtr wygładzający.
W kolejnym etapie do procesu podłączany jest falownik, którego zadaniem jest formowanie prostokątnych sygnałów o wysokiej częstotliwości. Informacja zwrotna do falownika odbywa się za pośrednictwem jednostki sterującej.
Kolejnym blokiem jest IT, niezbędny do automatycznego trybu generatora, podawania napięcia do obwodu, zabezpieczenia, sterowania sterownikiem, a także obciążenia. Dodatkowo zadanie IT obejmuje zapewnienie izolacji galwanicznej pomiędzy obwodami wysokiego i niskiego napięcia.

W przeciwieństwie do transformatora obniżającego, rdzeń tego urządzenia wykonany jest z materiałów ferrimagnetycznych, co przyczynia się do niezawodnej transmisji sygnałów RF, które mogą mieścić się w zakresie 20-100 kHz. Cechą charakterystyczną IT jest to, że przy jej podłączaniu krytyczne jest uwzględnienie początku i końca uzwojeń. Niewielkie wymiary tego urządzenia umożliwiają wykonanie urządzeń miniaturowych, przykładem jest wiązka elektroniczna (statecznik) lampy LED lub energooszczędnej.

Następnie uruchamia się prostownik wyjściowy, ponieważ działa z napięciem o wysokiej częstotliwości, proces wymaga szybkich elementów półprzewodnikowych, dlatego do tego celu stosuje się diody Schottky'ego.
W końcowej fazie na korzystnym filtrze przeprowadza się wygładzanie, po czym do obciążenia przykładane jest napięcie.

Teraz zgodnie z obietnicą przyjrzyjmy się zasadzie działania głównego elementu tego urządzenia – falownika.

Jak działa falownik?

Modulację RF można przeprowadzić na trzy sposoby:

częstotliwość impulsów;
impuls fazowy;
szerokość impulsu.

Algorytm działania urządzenia jest następujący:

W efekcie zmienia się moc obwodów wtórnych, co zapewnia stabilizację napięcia wyjściowego.

Aby zapewnić bezpieczeństwo, wymagana jest izolacja galwaniczna pomiędzy zasilaniem a sprzężeniem zwrotnym. Z reguły stosuje się w tym celu transoptory.

Mocne i słabe strony źródeł impulsowych

Jeśli porównamy urządzenia analogowe i impulsowe o tej samej mocy, to drugie będzie miało następujące zalety:

Mały rozmiar i waga wynikają z braku transformatora obniżającego niską częstotliwość i elementów sterujących, które wymagają odprowadzania ciepła za pomocą dużych grzejników. Dzięki zastosowaniu technologii konwersji sygnału wysokiej częstotliwości możliwe jest zmniejszenie pojemności kondensatorów zastosowanych w filtrach, co pozwala na montaż mniejszych elementów.
Wyższa wydajność, ponieważ główne straty są spowodowane jedynie procesami przejściowymi, podczas gdy w obwodach analogowych podczas konwersji elektromagnetycznej stale tracona jest duża ilość energii. Wynik mówi sam za siebie, zwiększając wydajność do 95-98%.
Niższy koszt ze względu na zastosowanie mniej wydajnych elementów półprzewodnikowych.
Szerszy zakres napięcia wejściowego. Sprzęt tego typu nie jest wymagający pod względem częstotliwości i amplitudy, dlatego dopuszczalne jest podłączenie do sieci o różnych standardach.
Dostępność niezawodnej ochrony przed zwarciami, przeciążeniami i innymi sytuacjami awaryjnymi.

Wady technologii impulsowej obejmują:

Szereg zastosowań

Prawie cała współczesna elektronika zasilana jest z bloków tego typu, jako przykład:

Montaż zasilacza impulsowego własnymi rękami

Rozważmy obwód prostego zasilacza, w którym zastosowana jest opisana powyżej zasada działania.

Oznaczenia:

Rezystory: R1 – 100 Ohm, R2 – od 150 kOhm do 300 kOhm (do wyboru), R3 – 1 kOhm.
Pojemności: C1 i C2 – 0,01 µF x 630 V, C3 -22 µF x 450 V, C4 – 0,22 µF x 400 V, C5 – 6800-15000 pF (do wyboru), 012 µF, C6 – 10 µF x 50 V, C7 – 220 µF x 25 V, C8 – 22 µF x 25 V.
Diody: VD1-4 - KD258V, VD5 i VD7 - KD510A, VD6 - KS156A, VD8-11 - KD258A.
Tranzystor VT1 – KT872A.
Stabilizator napięcia D1 - mikroukład KR142 o indeksie EH5 - EH8 (w zależności od wymaganego napięcia wyjściowego).
Transformator T1 - zastosowano rdzeń ferrytowy w kształcie litery W o wymiarach 5x5. Uzwojenie pierwotne nawinięte jest 600 zwojami drutu o średnicy 0,1 mm, uzwojenie wtórne (piny 3-4) zawiera 44 zwoje o średnicy 0,25 mm, a ostatnie uzwojenie zawiera 5 zwojów o średnicy 0,1 mm.
Bezpiecznik FU1 – 0,25A.

Konfiguracja sprowadza się do wybrania wartości R2 i C5, które zapewniają wzbudzenie generatora przy napięciu wejściowym 185-240 V.

Rodzaj zasilania, jak już wspomniano, jest przełączany. Rozwiązanie to radykalnie zmniejsza wagę i gabaryty konstrukcji, jednak nie działa gorzej niż zwykły transformator sieciowy, do którego jesteśmy przyzwyczajeni. Obwód zmontowany jest na wydajnym sterowniku IR2153. Jeśli mikroukład znajduje się w pakiecie DIP, należy zainstalować diodę. Jeśli chodzi o diodę, należy pamiętać, że nie jest ona zwykła, ale ultraszybka, ponieważ częstotliwość robocza generatora wynosi dziesiątki kiloherców i zwykłe diody prostownicze tutaj nie będą działać.

W moim przypadku cały obwód został zmontowany masowo, ponieważ zmontowałem go tylko w celu sprawdzenia jego funkcjonalności. Ledwo musiałem regulować obwód i od razu zaczął działać jak szwajcarski zegarek.

Transformator— wskazane jest wzięcie gotowego, z zasilacza komputerowego (dosłownie każdy sobie poradzi, ja wziąłem transformator z pigtailem z zasilacza ATX 350 W). Na wyjściu transformatora można zastosować prostownik wykonany z diod SCHOTTTKY'ego (można je spotkać także w zasilaczach komputerowych) lub dowolne szybkie i ultraszybkie diody o prądzie 10 Amperów i większym, można też zastosować nasz KD213A .

Podłącz obwód do sieci za pomocą żarówki 220 V o mocy 100 W, w moim przypadku wszystkie testy przeprowadzono za pomocą falownika 12-220 z zabezpieczeniem przeciwzwarciowym i przeciążeniowym i dopiero po dostrojeniu zdecydowałem się podłączyć go do Sieć 220 V.

Jak powinien działać zmontowany obwód?

Klawisze są zimne, bez obciążenia wyjściowego (nawet przy obciążeniu wyjściowym 50 watów moje klucze pozostały lodowate).
Mikroukład nie powinien się przegrzewać podczas pracy.
Każdy kondensator powinien mieć napięcie około 150 woltów, chociaż wartość nominalna tego napięcia może różnić się o 10-15 woltów.
Obwód powinien działać cicho.
Rezystor mocy mikroukładu (47 k) powinien się nieznacznie przegrzać podczas pracy, możliwe jest również lekkie przegrzanie rezystora tłumiącego (100 omów).

Główne problemy pojawiające się po montażu

Problem 1. Zmontowaliśmy obwód, po podłączeniu lampka kontrolna podłączona do wyjścia transformatora miga, a sam obwód wydaje dziwne dźwięki.

Rozwiązanie. Najprawdopodobniej nie ma wystarczającego napięcia do zasilania mikroukładu, spróbuj zmniejszyć rezystancję rezystora 47 kΩ do 45, jeśli to nie pomoże, następnie do 40 i tak dalej (w krokach co 2-3 kOhm), aż obwód będzie działał normalnie.

Problem 2. Zmontowaliśmy obwód, po włączeniu zasilania nic się nie nagrzewa ani nie eksploduje, ale napięcie i prąd na wyjściu transformatora są znikome (prawie zero)

Rozwiązanie. Wymień kondensator 400 V 1 uF na cewkę indukcyjną 2 mH.

Problem 3. Jeden z elektrolitów bardzo się nagrzewa.

Rozwiązanie. Najprawdopodobniej nie działa, wymień go na nowy i przy okazji sprawdź prostownik diodowy, może to z powodu niedziałającego prostownika kondensator otrzymuje zmianę.

Zasilacz impulsowy w ir2153 może być używany do zasilania potężnych, wysokiej jakości wzmacniaczy lub używany jako ładowarka do wydajnych akumulatorów ołowiowych lub jako zasilacz - wszystko według własnego uznania.

Moc urządzenia może osiągnąć nawet 400 watów, do tego trzeba będzie użyć 450-watowego transformatora ATX i wymienić kondensatory elektrolityczne na 470 µF - i to wszystko!

Ogólnie rzecz biorąc, zasilacz impulsowy można złożyć własnymi rękami za jedyne 10-12 dolarów i to pod warunkiem, że wszystkie komponenty kupisz w sklepie radiowym, ale każdy radioamator ma ponad połowę komponentów radiowych zastosowanych w obwodzie.