Как работают полевые транзисторы в схеме

Как работают полевые транзисторы в схеме
Как работают полевые транзисторы в схеме
Как работают полевые транзисторы в схеме
Как работают полевые транзисторы в схеме
Как работают полевые транзисторы в схеме

Попросил знакомый «посмотреть» нерабочий сварочный аппарат. Говорит, что уже отдавал его в ремонт, там сказали что проблема, скорее всего в трансформаторе и ничем помочь не могут. Я, в общем-то, ремонтом не занимаюсь, но на «посмотреть» что-либо обычно соглашаюсь. Посмотреть-то не сложно, ну а вдруг «оно» ещё и отремонтируется – мне не сложно, а люди радуются.

Хозяин аппарата объяснил, что предназначен он для сварки ювелирных изделий точечными одиночными импульсами, управляется ножной педалью и для работы нужна вольфрамовая игла. Сварочный импульс, вроде, есть, но по технологии должна быть ещё «зажигающая» искра, пробивающая расстояние до 1-3 мм, а её как раз нет. Называется всё это чудо – Ding Xing Jewelry Machine (рис.1).

Рис.1

На передней панели аппарата (рис.2) стоят два регулятора режима сварки – длительность и ток импульса, стрелочный индикатор тока со шкалой до 50 А, два винтовых зажима – красный и чёрный (к красному подключается игла, к чёрному – свариваемые детали), круглое гнездо для разъёма ножной педали-переключателя и сетевой выключатель с подсветкой.

Рис.2

На задней стенке расположен сетевой разъём и предохранительная колодка.

Аппарат показался достаточно лёгким, поэтому сразу же сняли верхнюю крышку (рис.3) и заглянули внутрь – вдруг там чего-нибудь не хватает? Но, нет, вроде всё на месте – небольшой сетевой трансформатор ватт на 100, несколько электролитических конденсаторов и трансформатор на ферритовом сердечнике ещё меньшего размера, чем сетевой. Ещё мелочь какая-то на плате и непонятный белый брусок с подходящими к нему проводами. Почти все соединения с платой разъёмные.

Рис.3

Ладно, забрал аппарат домой, буду «посмотреть».

Дома сразу же полез в Интернет искать схему. И, конечно же, надеялся, что кто-нибудь уже ремонтировал такое «чудо» и поделился впечатлениями. Ан, нет. Ничего подходящего не нашёл. Даже нормального описания работы с ним… Ладно, тогда начнём с осмотра.

Плата к днищу корпуса крепится с одного края на трёх стойках сделанных из винтов М4 (рис.4), а с другого была когда-то приклеена термоклеем к резиновой бобышке (ножка корпусная, видна на фото слева на заднем плане). Клей, конечно же, уже оторван (или сам отвалился).

Рис.4

К стойкам плата прикручивается гайками через изолирующие прокладки (рис.5). На рисунке видно, что с транзистора Q10 стёрта маркировка. Как оказалось, маркировка стёрта и со всех остальных транзисторов и со стабилизатора питания тоже (рис.6). Шифруются, однако…

Рис.5

Рис.6

Реле, видимое в нижнем правом углу предыдущего фото, более подробно показано на рисунке №7:

Рис.7

Провода к амперметру, что стоит на передней панели аппарата, идут от шунта, выполненного из эмалированного медного провода (рис.8). Провода припаяны, разъёма нет. Даже рядом. Возможно, что сначала подразумевалось прибор подключать в другое место схемы.

Рис.8

На рисунке №9 показан разъём, по которому подаётся питание с силового трансформатора. Видны вставленные спички – наверное, это уже «наши» доработки…

Рис.9

На рисунке №10 тот же разъём, но фото сделано уже с платы, вытащенной из корпуса аппарата. Учитывая две пары проводов, подходящих к этому разъёму и два выпрямительных моста около него, можно сделать предположение, что схема питается двумя напряжениями и одно из них достаточно высоковольтное. Скорее всего, оно и является «сварочным». А второе, низковольтное, питает схему управления.

Рис.10

Электролитические конденсаторы на 250 В и 2200 мкФ стоят марки Rubycon (рис.11 и рис.12). Четыре белых прямоугольника перед ними на рисунке №11 – это резисторы сопротивлением 0,1 Ом и мощностью по 5 Вт.

Рис.11

Рис.12

В другом углу платы стоят ещё два таких же резистора и электролитический конденсатор Nichicon 2200 мкФ 50 В (рис.13). Справа на фото – радиатор, к которому прикручен мощный транзистор Q2 в корпусе TO-247.

Рис.13

Надо полагать, что если в приборе применяются конденсаторы именно таких марок, то высока вероятность того, что в этих частях схемы повышена требовательность к низкому сопротивлению источников питания при импульсной сильноточной нагрузке.

На рисунке №14 показаны выходные клеммы на плате, к которым короткими толстыми проводниками подключаются винтовые разъёмы, находящиеся на передней панели аппарата. Буквы «КР» и «Ч» - это уже я подписал, чтобы знать, куда какой разъём подключать при экспериментах на столе.

Рис.14

В этом же углу печатной платы нанесена маркировка «S1878» (рис.15). Так как больше никаких опознавательных данных нет, то очень вероятно, что эти цифры относятся к версии аппарата.

Рис.15

Фото непонятного белого бруска, прикрученного к днищу, показано на рисунках №16…18.

Рис.16

Рис.17

Рис.18

Брусок похож на отпиленный кусок дюралюминиевой трубы прямоугольного профиля, в который что-то вставлено и залито эпоксидной смолой. Смола не очень твёрдая – царапается кончиком ножа и, наверное, можно будет попробовать расковырять её. Но для начального понимания, хорошо было бы на схему глянуть – куда этот «брусок» подключается. Беглый осмотр дорожек, подходящих к разъёмам, ничего не прояснил – чёрные и синие проводники на плате соединяются между собой, синие идут к четырём пятиваттным резисторам, красные – раздельно к мелким резисторам с диодами (но, похоже, что одинаковым по номиналам), чёрные – к одной из обмоток ферритового трансформатора. Тестер показывает, что между чёрным и синим выводами стоит диод. Контакты одного разъёма никак не «звонятся» с контактами другого. Очень похоже, что это два раздельных транзистора. Скорее всего, IGBT или полевые. Надо срисовывать схему с платы …

К обеду следующего дня схема аппарата стала более-менее понятной (рис.19). И хоть «рожицы» всех активных элементов были ободраны и где какие выводы у них было не ясно, но по схемотехнике узлов становилось понятно, кто что делает и за что отвечает.

Рис.19

Схему можно разделить на две части в соответствии с уровнями питающих напряжений. Первая часть, высоковольтная – это та, что запитывается от обмотки трансформатора Tr1 с напряжением 118 В. Выпрямленное мостом D1 напряжение проходит через токовый шунт, ограничительный терморезистор R1, фильтруется конденсаторами С1…С4 и поступает на чёрный винтовой зажим на передней панели аппарата. Здесь всё сразу понятно.

Вторая часть, низковольтная, питается от 19,6 В – это все остальные элементы. Они служат для создания искры (импульса пробоя) на выводах вторичной обмотки трансформатора Tr2 и для разряда в этот же момент накопленной конденсаторами С1…С4 энергии в место сварки. Разряд происходит через вторичную обмотку Tr2 и через транзисторы Q5, Q6 (они, скорее всего, IGBT).

Есть две неожиданности в той части схемы, куда подаётся напряжение через педаль. Первая – это то, что два резистора имеют одинаковую нумерацию «R22» (помечены вопросительными знаками). Вторая – то, что катушка реле зашунтирована конденсатором 100 нФ (он виден на переднем плане на рисунке №7). Конденсатор впаян вместо диода, место установки которого обозначено на плате как D9.

Схема на транзисторах Q11 и Q12 отвечает за кратковременное включение реле К1 при нажатии на педаль. Если рассматривать работу этого узла в схемотехнике, показанной в обведённой пунктиром схеме, то в момент подачи питания транзистор Q11 должен быть закрытым (так как С8 ещё разряжен), а соответственно, Q12 открывается током, проходящим через R22 (тот, который в коллекторе Q11). Реле К1 включится. Когда конденсатор С8 зарядится через R23, напряжение на базе Q11 повысится, он откроется и закроет Q12. Реле отключится. Чтобы включить реле ещё раз, надо отпустить педаль, дать некоторое время для разряда конденсатора С8 и опять нажать педаль.

Работа других частей схемы тоже понятна – при нажатии на педаль срабатывает реле К1 и напряжение со стабилизатора VR1 через контакты К1.1 поступает на резисторы R11 и R20. Если смотреть в сторону R20, то это напряжение открывает силовой транзистор Q2, нагрузкой которого является первичная обмотка трансформатора Tr2. Трансформатор начинает накапливать энергию и ток в обмотке растёт до того момента, пока напряжение падения на двух резисторах по 0,1 Ом и R4R5, стоящих в истоке транзистора, не станет достаточным для открывания тиристора Q1. Напряжение на затворе Q2 пропадает, транзистор закрывается и трансформатор отдаёт накопленную энергию во вторичную обмотку. Трансформатор Tr2 – повышающий, его первичная обмотка имеет 6 витков, вторичная 66. Если расстояния между проводниками, подключенным к чёрному и красному разъёмам аппарата, будет достаточным для пробоя, то возникает искровой разряд.

В то же время, когда напряжение подаётся на R20, оно же поступает и через резистор R11 на транзисторы Q10, Q9, Q3. На них собран узел, открывающий на некоторое время транзисторы Q5, Q6 (через них разряжаются конденсаторы С1…С4) и поддерживающий разрядный ток на заданном уровне. Происходит это так – при появлении напряжения питания оно через R14 поступает на базу Q9. Этот транзистор выполняет роль эмиттерного повторителя – с него напряжение поступает на базы транзисторов Q5, Q6. Открывшись, эти транзисторы могут пропускать через себя весь сварочный ток. Датчиком силы этого тока являются четыре резистора сопротивлением по 0,1 Ом, включенные параллельно. Напряжение падение с них поступает на регулируемый делитель, образованный постоянным резистором R6 и переменным резистором 100 Ом, стоящим на передней панели аппарата и являющимся регулятором сварочного тока. Когда напряжение на базе Q3 достигнет уровня открывания транзистора, он, естественно, начинает открываться и уменьшать напряжение на базе транзистора Q9 и запирать Q5, Q6, чем вызывает уменьшение протекающего через них тока. Понятно, что этот процесс не может продолжаться долго – ведь конденсаторы С1…С4 разряжаются и напряжение на них уменьшается, поэтому в схему внесены элементы, ограничивающие время сварочного импульса – через резистор R12 и переменный резистор сопротивлением 10 кОм происходит заряд конденсатора С11 (как и в схеме включения реле К1). Когда напряжение на базе транзистора Q10 будет достаточно для его открывания, он откроется и зашунтирует собой базу Q9 на «землю». Чем вызовет полное закрывание силовых транзисторов Q5 и Q6 и прекращение сварочного импульса.

Для удовлетворения любопытства, решил разобрать этот «брусок» и посмотреть, что же там точно находится. Сточил одну грань алюминиевого корпуса и вынул внутренности (рис.20). Действительно, что-то залито, и это «что-то» было предварительно засунуто в термоусадочную трубку и приклеено термоклеем к внутренним противоположным боковинам профиля.

Рис.20

Вскрытие термоусадки показало, что под ней скрывается «что-то» в корпусе TO247 (рис.21).

Рис.21

Обкусав кусачками и расковыряв жалом нагретого паяльника клей по краям болванки стало возможным достать транзистор (рис.22 и рис.23)

Рис.22

Рис.23

Маркировка и здесь содрана (рис.24). Жаль, конечно, но этого и следовало ожидать. Но зато душа успокоилась и теперь стало более-менее понятно, что там скрывалось (рис.25)

Рис.24

Рис.25

Для проверки целостности этих транзисторов собрал простейшую усилительную схему (рис.26). Всё нормально работало, транзисторы открывались, лампочка загоралась. Красные выводы - базы (затворы), чёрные - коллекторы (стоки), синие - эмиттеры (истоки).

Рис.26

Теперь всё это надо назад в алюминиевый профиль «упаковать». Приклеил транзисторы к оставшейся болванке-заливке, обмотал в три слоя фторопластовой лентой, аккуратно засунул в профиль и туго обмотал сверху толстыми нитками (рис.27). Проверил, что нигде ничего не сломано и не замыкает и пропитал всё это клеем БФ-2, разведённым в спирте. Сутки на сушку.

Рис.27

Теперь, когда схема аппарата есть и в целом понятно, как он должен работать, надо искать неисправность. Ещё во время срисовывания схемы обратил внимание, что транзистор Q2 был «паяный» и одна дорожка около переходного отверстия была порвана, а потом восстановлена. Прозвонка транзистора прямо в схеме показала, что он «звонится» по всем ножкам, показывая на переходе сток-исток (и наоборот) сопротивление около 2 Ом. Кстати, его маркировка была сцарапана не очень сильно и по остаткам символов можно было догадаться, что это транзистор IRFP460. Однако… 500 В и до 80 А в импульсе…

Таких транзисторов «в тумбочке» не было, поставил три в параллель IRF630. Сварочник ожил, начал «искрить», но искра была короткая, много меньше полумиллиметра. Хозяин аппарата посмотрел на неё, попробовал сам и сказал «не правильно»…

Опять разбираю корпус, вытряхиваю внутренности и пытаюсь определить, что же может ещё не работать. Решил разобрать трансформатор, посмотреть, а нет ли межвиткового замыкания во вторичной обмотке. Выводы выпаянного трансформатора фотографирую для того, чтобы потом назад всё так же намотать и не перепутать начала и концы обмоток (рис.28 и рис.29).

Рис.28

Рис.29

Провод для намотки обеих обмоток использован достаточно тонкий, многожильный. Но в толстой изоляции. На ощупь она мягкая и шершавая и кажется, что прилипает к рукам. При 66-ти витках вторичная обмотка имеет сопротивление 1 Ом по постоянному току. Намотана ближе к сердечнику.

Пока занимался разматыванием, обратил внимание, что сердечник слегка намагничен и притягивает мелкие металлические шайбы и стружку. Ну и, в общем-то, это единственное, что узнал нового – подозрения на межвитковое замыкание не оправдались, всё внутри было чисто и аккуратно. Трансформатор до меня не разбирали. Собрал всё назад, впаял, проверил – всё осталось как и было, искры практически нет. Для эксперимента домотал ко вторичке ещё 6 витков толстым проводом МГТФ (рис.30) но ничего не поменялось.

Рис.30

Вспомнил, что забыл размагнитить сердечник. Выпаял транзистор Q2 и подключил первичку трансформатора к выходу усилителя НЧ вместо акустики. На вход усилителя подал синусоидальный сигнал частотой 100 кГц и пошёл варить кофе. По прошествии некоторого времени, потраченного на выпивание чашки кофе и просмотра новостей, выключил усилитель и проверил сердечник. Намагниченность пропала. Впаял транзистор, включил аппарат – искра есть и её длина увеличилась примерно до 1 мм. Уже хорошо… Но хозяин сварочника говорил, что должна быть и 3 мм. Звоню ему, прошу при случае купить «родной» транзистор – IRFP460.

Буквально через несколько дней транзистор был впаян и аппарат заработал так, как ему и было положено. Провёл небольшую профилактику платы и всех разъёмов (почистил, помыл, подогнул), сделал несколько проб по свариванию выводов резисторов (рис.31) и отнёс хозяину.

Рис.31

Теперь вот думаю, что и мне такую же игрушку надо… :-)

Андрей Гольцов, r9o-11, г. Искитим, февраль 2015

Список радиоэлементов Обозначение Тип Номинал Количество Примечание Магазин Мой блокнот VR1 Линейный регулятор 17.6 В 1 Поиск в win-source В блокнот Q2 MOSFET-транзистор

IRFP460

1 Поиск в win-source В блокнот Q3, Q5, Q6, Q9-Q12 Транзистор n-p-n 7 Поиск в win-source В блокнот Q1 Тиристор MCR100-6 1 Поиск в win-source В блокнот D1, D2 Диодный мост D5SB 60 2 Поиск в win-source В блокнот D3, D6, D8 Выпрямительный диод

1N4148

3 Поиск в win-source В блокнот D4, D5 Диод Шоттки

1N5819

2 Поиск в win-source В блокнот D7 Стабилитрон

1N4733A

1 Поиск в win-source В блокнот Q7 Выпрямительный диод

SRP600J

1 Поиск в win-source В блокнот С1-С4 Электролитический конденсатор 2200 мкФ 250 В 4 Поиск в win-source В блокнот С5, С10 Электролитический конденсатор 2200 мкФ 2 Поиск в win-source В блокнот С7 Электролитический конденсатор 10 мкФ 50 В 1 Поиск в win-source В блокнот С8 Электролитический конденсатор 4.7 мкФ 50 В 1 Поиск в win-source В блокнот С9 Конденсатор 5600 пФ 3000 В 1 Поиск в win-source В блокнот С10, С11 Конденсатор 1 мкФ 2 Поиск в win-source В блокнот С Конденсатор 0.1 мкФ 1 Поиск в win-source В блокнот С Электролитический конденсатор 1000 мкФ 35 В 1 Поиск в win-source В блокнот R1 Ограничительный терморезистор NTC 10D-20 1 Поиск в win-source В блокнот R4 Резистор

22 Ом

1 Поиск в win-source В блокнот R5, R6, R11, R13, R15, R16 Резистор

16 Ом

6 Поиск в win-source В блокнот R12 Резистор

51 Ом

1 Поиск в win-source В блокнот R14, R18, R19 Резистор

1 кОм

3 Поиск в win-source В блокнот R17 Резистор

980 кОм

1 Поиск в win-source В блокнот R20, R22??? Резистор

100 Ом

2 2 Вт Поиск в win-source В блокнот R21 Резистор 1 Поиск в win-source В блокнот R22 Резистор

22 кОм

1 Поиск в win-source В блокнот R23 Резистор

4.7 кОм

1 Поиск в win-source В блокнот R-R Резистор

0.1 Ом

6 5 Вт Поиск в win-source В блокнот R Переменный резистор 100 Ом 1 Поиск в win-source В блокнот R Переменный резистор 10 кОм 1 Поиск в win-source В блокнот Амперметр 50 А 1 Поиск в win-source В блокнот Шунт для амперметра 1 Поиск в win-source В блокнот Tr1 Трансформатор 220 В / 118 В. 19.6 В 1 Поиск в win-source В блокнот Tr2 Трансформатор 1:11 1 Поиск в win-source В блокнот S1 Выключатель сети 1 Поиск в win-source В блокнот F2 Предохранитель 0.1 А 1 Поиск в win-source В блокнот Силовая клемма 2 Поиск в win-source В блокнот Педаль Кнопка 1 Поиск в win-source В блокнот К1 Реле 1 Поиск в win-source В блокнот J, J, J1 Разьем 2 вывода 3 Поиск в win-source В блокнот Jx, Jxx Разьемная пара 3 вывода 2 Поиск в win-source В блокнот Добавить все

Скачать список элементов (PDF)

Теги: Как работают полевые транзисторы в схеме Как работают полевые транзисторы в схеме Как работают полевые транзисторы в схеме Как работают полевые транзисторы в схеме Как работают полевые транзисторы в схеме Как работают полевые транзисторы в схеме Как работают полевые транзисторы в схеме Как работают полевые транзисторы в схеме Как работают полевые транзисторы в схеме Как работают полевые транзисторы в схеме Как работают полевые транзисторы в схеме Как работают полевые транзисторы в схеме Как работают полевые транзисторы в схеме

Тоже читают:



Как сделать пиццу из основы для пиццы с грибами

Как сделать красный борщ уксус

Как сделать каблук на сапоге

Необычные свадебные своими руками

Мороженое с ягодами своими руками