Плата конденсаторной точечной сварки

Я давно занимался изучением контактной сварки. В основном точечной. Обычно делал это на платах, которые коммутируют трансформатор от микроволновки или похожий. Но на сайте были обзоры сварок, которые работают с постоянкой и я решил попробовать как варит такая плата. В обзоре наверное самая популярная на али плата. Источником питания выступают авиамодельные аккумуляторы и автомобильный конденсатор на 2 фарада.

Комплектация

У продавца по ссылке есть несколько версий плат, я купил V8 Version без корпуса.
В комплекте плата, 4 наконечника, 3 винта с гайками, несколько проводов, конденсатор и пищалка.
Ну и 1 метр ленты 0.1 * 5 мм для тестов. Фото из отзывов на али, так как свою плату до сборки не сфоткал.

Сборка

Сборка простая, припаять конденсатор и пищалку. Конденсатор на 1000µF 25V, емкость проверена — соответствует.
Два куска провода обжаты, два нужно обжать самому.
В итоге получилось что то такое. Один провод для конденсатора, второй для аккумуляторов.

На обратной стороне пустое место, можно припаять еще 5 транзисторов.

Схемотехника, принцип работы

В интернете много отзывов, что при слабом аккуме сгорают полевики и что им нужно давать отдельное питание. У меня тоже был такой опыт, прошлая плата сгорела после 3 цикла сварки, в транзисторах дырки.

Еще есть отзывы, что транзисторы сгорают даже с дополнительным питанием, если заменить провода на более толстые. Это для меня кажется каким-то странным.

Плата сделана очень просто. На плате параллельно распаяны 5 транзисторов 4N04R8. Они управляются оптроном EL817, он заряжает их затворы через резистор 10 ом. Сигнал на оптрон подает проц STC8G1K08A, он же управляет светодиодом и пищалкой, слушает кнопку. Конденсатор поддерживает питание проца и всей логики в моменты просадки, диод не дает разрядиться ему обратно. Но из за диода напряжение на плате ниже на 0.6 в, чем напряжение источника.
Я решил посмотреть, что там с фронтами сигналов на затворе полевиков, так как часто полевики сгорают из за кривого управления, а тут оптрон впихнули вместо драйвера. А у оптрона выходной ток всего 50 мА.

Фронт сигнала открытия транзисторов оказался нормальным, а вот по разряду был некрасивым, то есть полевики скорее всего закрываюся не мгновенно.
Затворы полевиков разряжаются через резистор 2.2 килоома, видимо по этому такой пологий спад.
Я посмотрел спецификацию на оптрон — ток 50 мА. Прикинул резистор на разряд полевиков, выпаял из старой магнитолы резистор на 330 ом. При 16 В ток получается 40 мА, то что нужно. Припаял его, как смог.

Фронт сигнала при разряде полевиков стал почти нормальным, но упало напряжение — с 11 до 9. Но транзисторы открываются где то с 4-5 вольт, я думаю что лучше вертикальный фронт сигнала 9 вольт, чем пологий, но 11 вольт.

Заодно проверил сопротивление транзисторов. При Vgs=12v сопротивление 5 транзисторов 0.25 мОм, если измерять по центральному транзистору. Если по крайним, то около 0.31 мОм. У оригиналов заявлено 0,77 мОм то есть вроде похоже на правду.

При 5 вольтах сопротивление растет и составляет уже 0.38 мОм.

А при 3 вольтах на затворе сопротивление транзисторов больше 1 ома.

То есть вроде резистор улучшил ситуацию и можно варить без внешнего питания, если входное напряжение не будет падать ниже 6 вольт. Да и емкости конденсатора хватает чтоб поддерживать напряжение на затворах даже при максимальной длительности импульса.

Работа

На плате есть кнопка, она переключает длительность импульса. При подаче питания плата подает одиночный звуковой сигнал — то есть самый короткий импульс. Если нажать кнопку, то плата дает два звуковых сигнала, импульс становится чуть длиннее. И так до 5 сигналов. Минимальный сигнал около 6 мс, его можно видеть на фото выше. Максимальный около 20 мс. Если нажать кнопку и подержать, то светодиод тухнет — плата выключается. Чтоб включить нужно снова подержать кнопку.
Процессор платы автоматически определяет что электроды замкнулись на ленте и примерно через секунду дает один или несколько звуковых сигналов, согласно настройке, и дает сварочный импульс. Чтоб варить дальше, нужно разомкнуть щупы и снова замкнуть, желательно через привариваемую деталь. Если держать щупы замкнутыми, то повторно импульсов нет, задержки после размыкания тоже нет — можно варить где то раз в секунду.
На 3 режиме импульс 10мс, на 5 режиме длина около 15мс.
Вертикальное видео не встраивается, по этому ссылкой:
youtube.com/shorts/vt3BIzMY6oA

Сварка

На странице продавца указано:

Пользователи должны взять свой собственный 12V батарея для источника питания, сварочный ток составляет около 90A ~ 130A, и это легко варить в 0,1 мм ~ 0,12 мм никелированный лист. Пожалуйста, убедитесь, что ваш аккумулятор может иметь ток больше 90 А, в противном случае вы не сможете сварить!
Мощность Напряжение питания: 12V-15V
Рабочий ток: 90-150A (разряд ниже 90A, он не будет работать.)
Аккумулятор с большим разрядным током напрямую повлияет на эффект сварки. Рекомендуется использовать следующие батареи:
20-45 Ач свинцово-кислотные батареи с хорошей производительностью и небольшим внутренним сопротивлением (внутреннее сопротивление менее 10 миллиом, ток разряда больше 90 а), например, новый автомобильный стартовый аккумулятор!
3,5-5.5ah 3S модель самолета литиевая батарея упаковка около 45C
30-35ah емкость 18650 аккумулятор

То есть аккумы с малым внутренним сопротивлением, ниже 10мОм. При этом платка позволяет варить никелированную ленту 0.1-0.12мм
Для питания я использовал аккумуляторы HRB емкостью 3000мАч и с током 60C то есть 180А.
Сопротивление аккумов после покупки было около 1.5мОма, они ждали своего часа около года — сейчас сопротивление каждого чуть больше 2.
С этими аккумами худо-бедно на 3-4 режиме варит ленту 0.1мм, которая шла в комплекте. 0.2 не варит совсем.
Подключил аудио конденсатор на 2 фарада. Его внутренее сопротивление около 2мОма.
С ним ленту 0.1мм варит лучше, но что первый режим, что пятый — разницы нет. 0.2 так же не варит.
Подключил к автомобильному аккумулятору, его сопротивление 5 мОм. стало варить лучше, ленту 0.1 варит на 1-2 режиме, 0.2мм еле варит на 5 режиме. Лента держится, не отваливается.

Почему так происходит?

Подключил осциллограф на вход платы, чтоб посмотреть что происходит с питаниями при сварке.
При питании от литиевых аккумуляторов напряжение на них просаживается с 12 вольт до 5.

При питании от конденсатора он практически сразу отдает все свои 2 фарада в точки сварки, импульс получается короткий, меньше 5мс. По этому можно ставить любой режим — конденсатор отдает всю свою энергию уже на первом режиме.
В интернете есть примеры, когда варят и меньшей емкостью, и мне сейчас нечем измерить емкость этого конденсатора, мои мультиметры отказываются измерять 2 фарада.

При сварке от авто аккума он просаживается с 12 до 7 вольт, по этому варит чуть лучше.
Ну и посмотрим что можно улучшить, чтоб сварка варила сталь 0.2мм а может и никель 0.2мм
Многие пишут что нужно допаять на плату транзисторы, на обратной стороне платы есть место.
И я измерил сопротивления участков сварки.
Открыл транзисторы, дал на затворы 12в и измерил сопротивление по щупам.
С литиевыми аккумуляторами сопротивление получилось 16.9мОм.

С конденсатором 10.7мОма.
Из них плата от входной минусовой клеммы до выходной — 1.2мОм

Литий по разъему XT60 (аккум+ провода+клемма мама) 7.5мОм
Литий после разъема — 9.0 мОм, то есть разъем съедает 1.5мОм.
Литий по клеммам на плате 11мОм (то есть добавились провода от разъема xt60 до платы, провода шли в комплекте)
Литий после платы, по выходным клеммам на плате- 12.5мОм
Литий по сварочным электродам 16.9мОм.
То есть самые большие потери не на плате, а на проводах и на аккуме. Провода шли в комплекте.
Как можно уменьшить потери и увеличить ток? Сделать провода толще и короче, посадить плату непосредственно одним контактом (минусовым) на аккум или конденсатор. Подключить провод с плюсовым сварочным электродом непосредственно от плюса источника, а не тащить его через плату. При этом можно запитать плюс платы тонким проводом, можно поставить в его разрыв выключатель. При использовании литиевого аккумулятора поставить разъем помощнее. Использовать литиевые аккумуляторы без разъема мне как то страшно. Это уберет большую часть потерь. Найти аккумулятор или ионисторы с малым внутренним сопротивлением.
Ну и можно запаять на обратную сторону плату 5 транзисторов. Там стоят 4N04R8.
Фото платы крупно:


Видеоверсия обзора, сварка, осцилограммы и тесты на отрыв ленты: