Мощный блок питания — из сварочного инвертора

В статье идёт речь о возможном способе доработки сварочного инвертора для получения из него мощного источника питания. За основу взят сварочный аппарат со схемотехникой J96 ARC205 (аппарат Aiken Weld WARRIOR 200i).

Иногда возникают задачи, когда требуется мощный низковольтный источник напряжения, например, для проверки повышающих преобразователей напряжения, автомобильных УМЗЧ, мощного автомобильного электрооборудования. В таких случаях обычно используется аккумуляторная батарея, что не всегда удобно, так как её ёмкость ограничена. При рассуждении о том, какой источник может дать достаточный ток, первое, что приходит на ум, — это сварочный аппарат. Источник питания можно легко построить по стандартной трансформаторной схеме, однако такой трансформатор громоздкий и дорогой. Гораздо выгоднее в этом плане выглядит сварочный инвертор, который стоит существенно меньше, и такой вид электрооборудования получил уже широкое распространение.

Как известно, сварочный инвертор — это источник тока с напряжением холостого хода не менее 50 В, что не позволяет напрямую применять его для питания низковольтной аппаратуры. Кроме того, стабилизация тока в большинстве инверторов выполняется путём изменения числа импульсов, поступающих на понижающий трансформатор. Таким образом, на выходе выпрямителя на холостом ходу формируются прямоугольные импульсы одной полярности, под нагрузкой — пачки прямоугольных импульсов, число которых в периоде пропорционально уставке тока. Амплитуда этих импульсов — всегда одинаковая и может меняться только из-за просадки сетевого напряжения при значительных нагрузках вследствие потерь в соединительных проводах и на коммутирующих элементах.

Для использования сварочного инвертора в качестве источника напряжения его можно доработать двумя способами. Первый — намотать на силовой трансформатор дополнительную обмотку и установить дополнительный выпрямитель и фильтр; второй — в схему управления инвертором необходимо добавить дополнительные цепи для стабилизации выходного напряжения и выходной фильтр.

У первого метода существенно больше недостатков: дискретность выбора выходного напряжения, поскольку число витков первичной обмотки очень мало и одному витку соответствует около 10 В (в зависимости от конкретного инвертора), невозможность реализации стабилизации напряжения, дороговизна и трудоёмкость доработки, сложность размещения всего нового внутри корпуса. Достоинства этого способа — возможность создания нескольких каналов выходных напряжений или двухполярного источника.


Второй метод позволит лишь сделать однополярный и двуполярный источник с одним значением выходного напряжения, которое будет стабилизироваться. а внутри корпуса потребуется разместить только выходной фильтр. Этот метод наиболее прост и лучше подходит для решения поставленной задачи

Для стабилизации выходного напряжения применено схемное решение, которое широко встречается в импульсных блоках питания. На выход штатного выпрямителя устанавливается дополнительный сглаживающий конденсатор, к которому через пороговый элемент подключается вход вновь введенного оптрона. Его выход подключается к выходу штатного оптрона узла управления инвертора. Когда напряжение на конденсаторе превышает пороговый уровень, через излучающий диод нового оптрона начинает протекать ток и его выходной фототранзистор открывается, управляя инвертором. При снижении выходного напряжения происходит обратный процесс, таким образом и осуществляется стабилизация напряжения.

Для доработки был использован мостовой инвертор со схемотехникой JASIC J96 ARC205 (распространённые представители Aiken Weld WARRIOR 200і, Сварог 205). он сложнее большинства инверторов, используемых для бытового применения. Полную схему такого инвертора можно легко найти в Интернете, однако две основные вариации этой схемы содержат ошибки и трудночитаемы Самая сложная часть — основной узел управления, поэтому для понимания работы инвертора она была перерисована автором и выложена на сайте редакции.

Схема дополнительного узла стабилизации приведена на рисунке. Он включается при замыкании контактов выключателя SA1, а выбор выходного напряжения 12 или 24 В осуществляется подключением одного или двух стабилитронов выключателем SA2. Для коммутации применено реле, что позволяет переключать режимы между сваркой и блоком питания. Параллельно с работой этого узла сохраняются все собственные функции и защиты инвертора, а также регулировка тока. Стоит также отметить, что при переходе из режима 24 В в режим 12 В выходное напряжение снижается не сразу, а спустя некоторое время, необходимое для разрядки конденсатора С1 через обмотку реле.

В инверторе J96 ARC205 есть дополнительные функции, которые ухудшают его работу в режиме источника питания. Это функции Antistick (антизалипание), форсаж дуги и VRD (ограничение напряжения холостого хода). Антизалипание не позволяет работать источнику при коротком замыкании в режиме стабилизации тока, поскольку в таком случае защита отключит инвертор через 1...2с, режим форсаж дуги изменяет значение тока ограничения при подключении нагрузки, уставка тока кратковременно возрастает. Режим VRD вовсе не должен быть включён, так как сам инвертор ограничивает выходное напряжение на холостом ходу на уровне 8...10 В. при переходе 8 рабочий режим ограничение отключается. VRD отключают штатно переводом тумблера выбора типа сварки на инверторе в режим ММА — этот режим есть у всех инверторов, а режим TIG только у более продвинутых моделей. Форсаж дуги отключается размыканием перемычки S1 на плате управления инвертора. Antistick и защита от сверхтоков отключается размыканием перемычки S2. При работе от стабильной сети при небольших токах (при которых выходное напряжение не уменьшается до 10 В) или с кратковременными значительными потреблениями можно не отключать Antistick и форсаж дуги. В противном случае рекомендуется их отключить, чтобы инвертор не отключался, но при этом стоит помнить, что, кроме ограничения тока, у инвертора остаётся только одна защита от перегрева.

Для большей гибкости можно установить дополнительные тумблеры для отключения соответствующих функций, которыми пользуются при необходимости в режиме сварки. Например, отключение режима антизалипания может быть полезно для плавки металлов и разморозки воды в металлических трубах, когда к замёрзшему участку подключается выход инвертора и подается ток, который разогревает трубу На инверторах, не имеющих этих функций, доработка сводится только к введению дополнительного узла стабилизации.

Конструктивно дополнительный узел может быть смонтирован на односторонней макетной печатной плате, которую можно разместить внутри корпуса инвертора между выходными разъёмами и силовым трансформатором. На лицевую панель инвертора устанавливают выключатели SA1 и SA2 — любые малогабаритные. При желании и наличии места может быть установлен дополнительный вольтметр.

Монтаж рекомендуется делать с максимально возможными изолирующими промежутками, а плату дополнительно покрыть лаком, так как сварочные инверторы по штатному назначению эксплуатируются в сложных условиях и внутрь их может проникать металлическая пыль и даже металлическая стружка. Цепи от выходных разъёмов до конденсатора рекомендуется выполнять проводом большого сечения. не менее 1,5 мм?.

Применено автомобильное реле с обмоткой на 24 В и током до 30 А, но подойдёт и любое маломощное, рассчитанное на это напряжение и ток. Применение реле на 24 В возможно в связи с тем, что оно будет срабатывать при большом выходном напряжении. а при снижении напряжения до 12 В надёжно удерживает контакты замкнутыми, но в этом обязательно необходимо убедиться до установки реле.

Конденсатор С1 должен быть рассчитан на работу при больших токах зарядки-разрядки и на напряжение не менее 35 В. Допустимая температура должна соответствовать температуре эксплуатации устройства, особенно это касается нижней границы. что особенно важно в случае использования для пуска автомобильных двигателей в холодное время. Конденсатор С2 — пленочный или керамический любого типа. Стабилитроны — мощностью 300...500 мВт, их подборкой можно установить требуемое выходное напряжение, резистор — любого типа.

Налаживания и регулировки устройства не требуется, после включения оно начинает работать сразу.