Осциллятор - это устройство, преобразующее ток промышленной частоты низкого напряжения в ток высокой частоты (150-500 тыс. Гц) и высокого напряжения (2000-6000 В), наложение которого на сварочную цепь облегчает возбуждение и стабилизирует дугу при сварке.

Основное применение осцилляторы нашли при аргно-дуговой сварке переменным током неплавящимся электродом металлов малой толщины и при сварке электродами с низкими ионизирующими свойствами покрытия. Принципиальная электрическая схема осциллятора ОСПЗ-2М показана на рис. 1.

Осциллятор состоит из колебательного контура (конденсатора С5, в качестве индукционной катушки используется подвижная обмотка трансформатора ВЧТ и разрядника Р) и двух индуктивных дроссельных катушек Др1 и Др2, повышающего трансформатора ПТ, высокочастотного трансформатора ВЧТ.

Колебательный контур генерирует ток высокой частоты и связан со сварочной цепью индуктивно через высокочастотный трансформатор, выводы вторичных обмоток которого присоединяются: один к заземленному зажиму выводной панели, другой - через конденсатор С6 и предохранитель Пр2 ко второму зажиму. Для защиты сварщика от поражения электрическим током в цепь включен конденсатор С6, сопротивление которого препятствует прохождению тока высокого напряжения и низкой частоты в сварочную цепь. На случай пробоя конденсатора С6 в цепь включен плавкий предохранитель Пр2. Осциллятор ОСПЗ-2М рассчитан на подключение непосредственно в двухфазную или однофазную сеть напряжением 220 В.

Рис. 1.: СТ - сварочный трансформатор, Пр1, Пр2 - предохранители, Др1, Др2 - дроссели, С1 - С6 - конденсаторы, ПТ - повышающий трансформатор, ВЧТ - высокочастотный трансформатор, Р - разрядник	Рис. 2. : Тр1 - трансформатор сварочный, Др - дроссель, Тр2 - повышающий трансформатор осциллятора, Р - разрядник, С1 - конденсатор контура, С2 - защитный конденсатор контура, L1 - катушка самоиндукции, L2 - катушка связи

При нормальной работе осциллятор равномерно потрескивает, и за счет высокого напряжения происходит пробой зазора искрового разрядника. Величина искрового зазора должна быть 1,5-2 мм, которая регулируется сжатием электродов регулировочным винтом. Напряжение на элементах схемы осциллятора достигает нескольких тысяч вольт, поэтому регулирование необходимо выполнять при отключенном осцилляторе.

Осциллятор необходимо зарегистрировать в местных органах инспекции электросвязи; при эксплуатации следить за его правильным присоединением к силовой и сварочной цепи, а также за исправным состоянием контактов; работать при надетом кожухе; кожух снимать только при осмотре или ремонте и при отсоединенной сети; следить за исправным состоянием рабочих поверхностей разрядника, а при появлении нагара - зачистить их наждачной бумагой. Осцилляторы, у которых первичное напряжение 65 В, подключать к вторичным зажимам сварочных трансформаторов типа ТС, СТН, ТСД, СТАН не рекомендуется, так как в этом случае напряжение в цепи при сварке понижается. Для питания осциллятора нужно применять силовой трансформатор, имеющий вторичное напряжение 65-70 В.

Схема подключения осцилляторов М-3 и ОС-1 к сварочному трансформатору типа СТЭ показана на рис.2. Технические характеристики осцилляторов приведен в таблице.

Технические характеристики осцилляторов

Тип	Первичное напряжение, В	Вторичное напряжение холостого хода, В	Потребляемая мощность, Вт	Габаритные размеры, мм	Масса, кг
М-3 ОС-1 ОСЦН ТУ-2 ТУ-7 ТУ-177 ОСПЗ-2М	40 - 65 65 200 65; 220 65; 220 65; 220 220	2500 2500 2300 3700 1500 2500 6000	150 130 400 225 1000 400 44	350 x 240 x 290 315 x 215 x 260 390 x 270 x 310 390 x 270 x 350 390 x 270 x 350 390 x 270 x 350 250 х 170 х 110	15 15 35 20 25 20 6,5

Импульсные возбудители дуги

Это такие устройства, которые служат для подачи синхронизированных импульсов повышенного напряжения на сварочную дугу переменного тока в момент изменения полярности. Благодаря этому значительно облегчается повторное зажигание дуги, что позволяет снизить напряжение холостого хода трансформатора до 40-50 В.

Импульсные возбудители применяют только для дуговой сварки в среде защитных газов неплавящимся электродом. Возбудители с высокой стороны подключаются параллельно к сети питания трансформатора (380 В), а на выходе - параллельно дуге.

Мощные возбудители последовательного включения применяют для сварки под флюсом.

Импульсные возбудители дуги более устойчивы в работе, чем осцилляторы, они не создают радиопомех, но из-за недостаточного напряжения (200-300 В) не обеспечивают зажигания дуги без соприкосновения электрода с изделием. Возможны также случаи комбинированного применения осциллятора для начального зажигания дуги и импульсного возбудителя для поддержания ее последующего стабильного горения.

Стабилизатор сварочной дуги

Для повышения производительности ручной дуговой сварки и экономичного использования электроэнергии создан стабилизатор сварочной дуги СД-2. Стабилизатор поддерживает устойчивое горение сварочной дуги при сварке переменным током плавящимся электродом путем подачи на дугу в начале каждого периода импульса напряжения.

Стабилизатор расширяет технологические возможности сварочного трансформатора и позволяет выполнять сварку на переменном токе электродами УОНИ, ручную дуговую сварку неплавящимся электродом изделий из легированных сталей и алюминиевых сплавов.

Схема внешних электрических соединений стабилизатора показана на рис. 3, а, осциллограмма стабилизирующего импульса - на рис. 3, б.

Сварка c применением стабилизатора позволяет экономичнее использовать электроэнергию, расширить технологические возможности применения сварочного трансформатора, уменьшить эксплуатационные расходы, ликвидировать магнитное дутье.

Сварочное устройство «Разряд-250». Это устройство разработано на базе сварочного трансформатора ТСМ-250 и стабилизатора сварочной дуги, выдающего импульсы частотой 100 Гц.

Функциональная схема сварочного устройства и осциллограмма напряжения холостого хода на выходе устройства показаны на рис. 4, а, б.

Рис. 3. : а - схема: 1 - стабилизатор, 2 - трансформатор варочный, 3 - электрод, 4 - изделие; б - осцилограмма: 1 - стабилизирующий импульс, 2 - напряжение на вторичной обмотке трансформатора	Рис. 4. а - схема устройства; б - осциллограмма напряжения холостого хода на выходе устройства

Устройство «Разряд-250» предназначено для ручной дуговой сварки переменным током плавящимися электродами любого типа, в том числе предназначенными для сварки на постоянном токе. Устройство может использоваться при сварке неплавящимися электродами, например, при сварке алюминия.

Устойчивое горение дуги обеспечивается подачей на дугу в начале каждой половины периода переменного напряжения сварочного трансформатора импульса напряжения прямой полярности, т. е. совпадающего с полярностью указанного напряжения.

Микросхема предназначена для управления мощными импульсными стабилизаторами напряжения, схемами управления электроприводом с током коммутации до 5 А.

В состав микросхемы входят: стабилизатор напряжения, ШИМ, усилитель сигнала рассогласования, компаратор, генератор пилообразного напряжения, узлы температурной и токовой защиты и силовой биполярный транзистор.

Микросхема изготавливается в 8-выводном металлостеклянном корпусе типа 4.106.010.

Рис. 1 Структурная схема микросхемы

Назначение выводов микросхемы представлено в таблице, структурная схема приведена на рис. 1, а типовая схема включения - на рис. 2.

Электрические параметры

Режимы эксплуатации

Примечание: Рассеиваемая мощность в диапазоне температуры от 25 до 125°С снижается линейно на 0,16 Вт/°С.

При монтаже микросхемы необходимо учитывать, что ее корпус электрически связан с общим проводом ее внутренних узлов.

Принцип действия микросхемы основан на ШИМ преобразовании входного напряжения. Выходное напряжение усилителя сигнала рассогласования (УСР) с помощью коммутатора ШИМ сравнивается с напряжением генератора пилообразного напряжения G. Если напряжение генератора не превышает напряжение УСР, то выход коммутатора находится в состоянии лог. «0», а ключевой транзистор в это время открыт. В процессе формирования фронта пилообразного напряжения генератор вырабатывает прямоугольный импульс, который используется для синхронизации ШИМ. Во время действия синхроимпульса ключевой транзистор находится в закрытом состоянии, т.е. передний фронт управляющих импульсов на выходе формирователя (база ключевого транзистора) совпадает с началом формирования линейно нарастающего участка пилообразного напряжения. Этим исключается влияние нелинейности спадающего участка пилообразного напряжения на параметры ШИМ.

Рис. 2 Типовая схема включения

При использовании микросхемы в схемах с заземленным эмиттером ключевого транзистора (выв. 8) значение времязадающего конденсатора, подключаемого к выв. 3, должно быть не менее 0,025 мкФ.

Работа практически любой электронной схемы требует наличия одного или нескольких источников постоянного напряжения, причем в подавляющем большинстве случаев используется стабилизированное напряжение. В стабилизированных источниках питания применяются либо линейные, либо импульсные стабилизаторы. Каждый тип преобразователей имеет свои достоинства и, соответственно, свою нишу в схемах электропитания. К несомненным достоинствам импульсных стабилизаторов относятся более высокие значения коэффициента полезного действия, возможность получения высоких значений выходного тока и высокая эффективность при большой разнице между значениями входного и выходного напряжений.

Принцип работы понижающего импульсного стабилизатора

На рисунке 1 представлена упрощенная схема силовой части ИПСН.

Рис. 1.

Полевой транзистор VT осуществляет высокочастотную коммутацию тока. В импульсных стабилизаторах транзистор работает в ключевом режиме, то есть может находиться в одном из двух стабильных состояний: полной проводимости и отсечки. Соответственно, работа ИПСН состоит из двух сменяющих друг друга фаз — фазы накачки энергии (когда транзистор VT открыт) и фазы разряда (когда транзистор закрыт). Работа ИПСН иллюстрируется рисунком 2.

Рис. 2. Принцип работы ИПСН: а) фаза накачки; б) фаза разряда; в) временные диаграммы

Фаза накачки энергии продолжается на протяжении интервала времени Т И. В это время ключ замкнут и проводит ток I VT . Далее ток проходит через дроссель L к нагрузке R, шунтированной выходным конденсатором C OUT . В первой части фазы конденсатор отдает ток I C в нагрузку, а во второй половине — отбирает часть тока I L от нагрузки. Величина тока I L непрерывно увеличивается, и происходит накопление энергии в дросселе L, а во второй части фазы — и на конденсаторе C OUT . Напряжение на диоде V D равно U IN (за вычетом падения напряжения на открытом транзисторе), и диод на протяжении этой фазы закрыт — ток через него не протекает. Ток I R , протекающий через нагрузку R, постоянен (разность I L — I C), соответственно, напряжение U OUT на выходе также постоянно.

Фаза разряда протекает в течение времени Т П: ключ разомкнут и ток через него не протекает. Известно, что ток, протекающий через дроссель, не может измениться мгновенно. Ток IL, постоянно уменьшаясь, протекает через нагрузку и замыкается через диод V D . В первой части этой фазы конденсатор C OUT продолжает накапливать энергию, отбирая часть тока I L от нагрузки. Во второй половине фазы разряда конденсатор тоже начинает отдавать ток в нагрузку. На протяжении этой фазы ток I R , протекающий через нагрузку, также постоянен. Следовательно, напряжение на выходе также стабильно.

Основные параметры

В первую очередь отметим, что по функциональному исполнению различают ИПСН с регулируемым и с фиксированным выходным напряжением. Типичные схемы включения обоих типов ИПСН представлены на рисунке 3. Различие между ними заключается в том, что в первом случае резисторный делитель, определяющий значение выходного напряжения, находится вне интегральной схемы, а во втором — внутри. Соответственно, в первом случае значение выходного напряжения задается пользователем, а во втором — устанавливается при изготовлении микросхемы.

Рис. 3. Типичная схема включения ИПСН: а) с регулируемым и б) с фиксированным выходным напряжением

К важнейшим параметрам ИПСН относят:

• Диапазон допустимых значений входного напряжения U IN_MIN …U IN_MAX .
• Максимальное значение выходного тока (тока в нагрузке) I OUT_MAX .
• Номинальное значение выходного напряжения U OUT (для ИПСН с фиксированным значением выходного напряжения) или диапазон значений выходного напряжения U OUT_MIN …U OUT_MAX (для ИПСН с регулируемым значением выходного напряжения). Часто в справочных материалах указывается, что максимальное значение выходного напряжения U OUT_MAX равно максимальному значению входного напряжения U IN_MAX . В действительности это не совсем так. В любом случае выходное напряжение меньше входного, как минимум, на величину падения напряжения на ключевом транзисторе U DROP . При значении выходного тока, равного, например, 3А, величина U DROP составит 0,1…1,0В (в зависимости от выбранной микросхемы ИПСН). Примерное равенство U OUT_MAX и U IN_MAX возможно только при очень малых значениях тока нагрузки. Отметим также, что и сам процесс стабилизации выходного напряжения предполагает потерю нескольких процентов входного напряжения. Декларируемое равенство U OUT_MAX и U IN_MAX следует понимать только в том смысле, что других причин снижения U OUT_MAX , кроме тех, что указаны выше в конкретном изделии, не существует (в частности, нет явных ограничений на максимальную величину коэффициента заполнения D). В качестве U OUT_MIN обычно указывают значение напряжения обратной связи U FB . В реальности U OUT_MIN всегда должно быть на несколько процентов выше (из тех же соображений стабилизации).
• Точность установления выходного напряжения. Задается в процентах. Имеет смысл только в случае ИПСН с фиксированным значением выходного напряжения, поскольку в этом случае резисторы делителя напряжения находятся внутри микросхемы, а их точность является параметром, контролируемым при изготовлении. В случае ИПСН с регулируемым значением выходного напряжения параметр теряет смысл, поскольку точность резисторов делителя выбирается пользователем. В этом случае можно говорить только о величине колебаний выходного напряжения относительно некоторого среднего значения (точность отработки сигнала обратной связи). Напомним, что в любом случае этот параметр для импульсных стабилизаторов напряжения в 3…5 раз хуже по сравнению с линейными стабилизаторами.
• Падение напряжения на открытом транзисторе R DS_ON . Как уже отмечалось, с этим параметром связано неизбежное уменьшение напряжения на выходе по отношению к входному напряжению. Но важнее другое- чем выше значение сопротивления открытого канала, тем большая часть энергии рассеивается в виде тепла. Для современных микросхем ИПСН хорошим значением являются величины до 300мОм. Более высокие значения характерны для микросхем, разработанных не менее чем пять лет назад. Заметим также, что значение R DS_ON не является константой, а зависит от величины выходного тока I OUT .
• Длительность рабочего цикла Т и частота коммутации F SW . Длительность рабочего цикла Т определяется как сумма интервалов Т И (длительность импульса) и Т П (длительность паузы). Соответственно, частота F SW — величина, обратная длительности рабочего цикла. Для некоторой части ИПСН частота коммутации — величина постоянная, определяемая внутренними элементами интегральной схемы. Для другой части ИПСН частота коммутации задается внешними элементами (как правило, внешней RC-цепью), в этом случае определяется диапазон допустимых частот F SW_MIN …F SW_MAX . Более высокая частота коммутации позволяет применять дроссели с меньшим значением индуктивности, что положительно сказывается и на габаритах изделия, и на его цене. В большинстве ИСПН используется ШИМ-регулирование, то есть величина Т постоянна, а в процессе стабилизации регулируется величина Т И. Существенно реже используется частотно-импульсная модуляция (ЧИМ-регулирование). В этом случае величина Т И постоянна, а стабилизация осуществляется за счет изменения длительности паузы Т П. Таким образом величины Т и, соответственно, F SW становятся переменными. В справочных материалах в этом случае, как правило, задается частота, соответствующая скважности, равной 2. Отметим, что следует отличать диапазон частот F SW_MIN …F SW_MAX регулируемой частоты от «ворот» допуска на фиксированную частоту, поскольку величина допуска часто указывается в справочных материалах производителя.
• Коэффициент заполнения D, который равен процентно
  му отношению Т И к Т. Часто в справочных материалах указывают «до 100%». Очевидно, что это преувеличение, поскольку если ключевой транзистор постоянно открыт, то отсутствует процесс стабилизации. В большинстве моделей, выпущенных на рынок примерно до 2005-го года, из-за ряда технологических ограничений значение этого коэффициента было ограничено сверху величиной 90%. В современных моделях ИПСН большая часть этих ограничений преодолена, но фразу «до 100%» не следует понимать дословно.
• Коэффициент полезного действия (или эффективность). Как известно, для линейных стабилизаторов (принципиально понижающих) это процентное отношение выходного напряжения ко входному, поскольку величины входного и выходного тока почти равны. Для импульсных стабилизаторов входной и выходной токи могут существенно отличаться, поэтому в качестве КПД берется процентное отношение выходной мощности ко входной. Строго говоря, для одной и той же микросхемы ИПСН значение этого коэффициента может существенно отличаться в зависимости от соотношения значений входного и выходного напряжения, величины тока в нагрузке и частоты коммутации. Для большинства ИПСН максимум КПД достигается при значении тока в нагрузке порядка 20…30% от максимально допустимого значения, поэтому численное значение не очень информативно. Целесообразнее пользоваться графиками зависимости, которые приводятся в справочных материалах производителя. На рисунке4 в качестве примера приведены графики эффективности для стабилизатора . Очевидно, что использование высоковольтного стабилизатора при невысоких реальных значениях входного напряжения не является хорошим решением, поскольку значение КПД существенно падает при приближении тока в нагрузке к максимальному значению. Вторая группа графиков иллюстрирует более предпочтительный режим, поскольку значение эффективности слабо зависит от колебаний выходного тока. Критерием правильного выбора преобразователя является даже не столько численное значение КПД, сколько именно плавность графика функции от тока в нагрузке (отсутствие «завала» в области больших токов).

Рис. 4.

Приведенным перечнем весь список параметров ИПСН не исчерпывается. С менее значимыми параметрами можно ознакомиться в литературе .

Специальные функции
импульсных стабилизаторов напряжения

В большинстве случаев ИПСН имеют ряд дополнительных функций, расширяющих возможности их практического применения. Наиболее часто встречаются следующие:

• Вход отключения нагрузки «On/Off» или «Shutdown» позволяет разомкнуть ключевой транзистор и, таким образом, отключить напряжение от нагрузки. Как правило, используется для дистанционного управления группой стабилизаторов, реализуя определенный алгоритм подачи и отключения отдельных напряжений в системе электропитания. Кроме того, может применяться как вход для аварийного выключения питания при нештатной ситуации.
• Выход нормального состояния «Power Good»- обобщающий выходной сигнал, подтверждающий, что ИПСН находится в нормальном рабочем состоянии. Активный уровень сигнала формируется после завершения переходных процессов от подачи входного напряжения и, как правило, используется или в качестве признака исправности ИПСН, или для запуска следующих ИСПН в последовательных системах электропитания. Причины, по которым этот сигнал может быть сброшен: падение входного напряжения ниже определенного уровня, выход выходного напряжения за определенные рамки, отключение нагрузки по сигналу Shutdown, превышение максимального значения тока в нагрузке (в частности, факт короткого замыкания), температурное отключение нагрузки и некоторые другие. Факторы, которые учитываются при формировании этого сигнала, зависят от конкретной модели ИПСН.
• Вывод внешней синхронизации «Sync» обеспечивает возможность синхронизации внутреннего генератора с внешним синхросигналом. Используется для организации совместной синхронизации нескольких стабилизаторов в сложных системах электропитания. Отметим, что частота внешнего синхросигнала не обязательно должна совпадать с собственной частотой FSW, однако, она должна лежать в допустимых пределах, оговоренных в материалах производителя.
• Функция плавного старта «Soft Start» обеспечивает относительно медленное нарастание выходного напряжения при подаче напряжения на вход ИПСН или при включении по заднему фронту сигнала Shutdown. Данная функция позволяет снизить броски тока в нагрузке при включении микросхемы. Параметры работы схемы плавного старта чаще всего являются фиксированными и определяются внутренними компонентами стабилизатора. В некоторых моделях ИПСН присутствует специальный вывод Soft Start. В этом случае параметры запуска определяются номиналами внешних элементов (резистор, конденсатор, RC-цепь), подключенных к данному выводу.
• Температурная защита предназначена для предотвращения выхода из строя микросхемы в случае перегрева кристалла. Повышение температуры кристалла (независимо от причины) выше определенного уровня вызывает срабатывание защитного механизма — снижение тока в нагрузке или ее полное отключение. Это предотвращает дальнейшее повышение температуры кристалла и повреждение микросхемы. Возврат схемы в режим стабилизации напряжения возможен только после остывания микросхемы. Отметим, что температурная защита реализована в подавляющем большинстве современных микросхем ИПСН, однако отдельная индикация именно этого состояния не предусмотрена. Инженеру предстоит самому догадаться, что причиной отключения нагрузки является именно срабатывание температурной защиты.
• Защита по току заключается либо в ограничении величины тока, протекающего через нагрузку, либо в отключении нагрузки. Защита срабатывает, если сопротивление нагрузки оказывается слишком малым (например, имеет место короткое замыкание), а ток превышает определенное пороговое значение, что может привести к выходу микросхемы из строя. Как и в предыдущем случае, диагностика этого состояния является заботой инженера.

Последнее замечание, касающееся параметров и функций ИПСН. На рисунках 1 и 2 присутствует разрядный диод V D . В довольно старых стабилизаторах этот диод реализован именно как внешний кремниевый. Недостатком такого схемотехнического решения было высокое падение напряжения (примерно 0,6 В) на диоде в открытом состоянии. В более поздних схемах использовался диод Шоттки, падение напряжения на котором составляло примерно 0,3 В. В разработках последних пяти лет эти решения используются только для высоковольтных преобразователей. В большинстве современных изделий разрядный диод выполняется в виде внутреннего полевого транзистора, работающего в противофазе с ключевым транзистором. В этом случае падение напряжения определяется сопротивлением открытого канала и при небольших токах нагрузки дает дополнительный выигрыш. Стабилизаторы, использующие это схемотехническое решение, называются синхронными. Обратим внимание, что возможность работы от внешнего синхросигнала и термин «синхронный» не связаны никаким образом.

с малым входным напряжением

Учитывая тот факт, что в номенклатуре STMicroelectronics присутствует примерно 70 типов ИПСН с встроенным ключевым транзистором, имеет смысл систематизировать все многообразие. Если в качестве критерия взять такой параметр, как максимальное значение входного напряжения, то можно выделить четыре группы:

1. ИПСН с малым входным напряжением (6 В и менее);

2. ИПСН с входным напряжением 10…28 В;

3. ИПСН с входным напряжением 36…38 В;

4. ИПСН с высоким входным напряжением (46 В и выше).

Параметры стабилизаторов первой группы приведены в таблице 1.

Таблица 1. ИПСН с малым входным напряжением

Наименование	Вых. ток, A	Входное напряжение, В		Выходное напряжение, В		КПД, %	Частота коммутации, кГц		Функции и флаги
	I OUT	V IN		V OUT		h	F SW	R DSON	On/Off	Sync. Pin	Soft Start	Pow Good
	Макс	Мин	Макс	Мин	Макс	Макс	Тип
L6925D	0,8	2,7	5,5	0,6	5,5	95	600	240	+	+	+	+
L6926	0,8	2,0	5,5	0,6	5,5	95	600	240	+	+	+	+
L6928	0,8	2,0	5,5	0,6	5,5	95	1450	240	+	+	+	+
PM8903A	3,0	2,8	6,0	0,6	6,0	96	1100	35	+	+	+	+
ST1S06A	1,5	2,7	6,0	0,8	5,0	92	1500	150	+	–	+	–
ST1S09	2,0	4,5	5,5	0,8	5,0	95	1500	100	*	–	+	+
ST1S12	0,7	2,5	5,5	0,6	5,0	92	1700	250	+		+	–
ST1S15	0,5	2,3	5,5	Фикс. 1,82 и 2,8 В		90	6000	350	+	–	+	–
ST1S30	3,0	2,7	6,0	0,8	5,0	85	1500	100	*	–	+	+
ST1S31	3,0	2,8	5,5	0,8	5,5	95	1500	60	+	–	+	–
ST1S32	4,0	2,8	5,5	0,8	5,5	95	1500	60	+	–	+	–
* – функция присутствует не для всех исполнений.

Еще в 2005 году линейка стабилизаторов этого типа была неполной. Она ограничивалась микросхемами . Эти микросхемы обладали хорошими характеристиками: высокой точностью и КПД, отсутствием ограничений на значение коэффициента заполнения, возможностью регулировки частоты при работе от внешнего синхросигнала, приемлемым значением R DSON . Все это делает данные изделия востребованными и в настоящее время. Существенный недостаток — невысокие значения максимального выходного тока. Стабилизаторы на токи нагрузки от 1 А и выше в линейке низковольтных ИПСН компании STMicroelectronics отсутствовали. В дальнейшем этот пробел был ликвидирован: сначала появились стабилизаторы на 1,5 и 2 А ( и ), а в последние годы — на 3 и 4 А ( , и ). Кроме повышения выходного тока, увеличилась частота коммутации, снизилось значение сопротивления открытого канала, что положительно сказалось на потребительских свойствах конечных изделий. Отметим также появление микросхем ИПСН с фиксированным выходным напряжением ( и ) — в линейке STMicroelectronics таких изделий не очень много. Последняя новинка — со значением RDSON в 35 мОм — это один из лучших показателей в отрасли, что в сочетании с широкими функциональными возможностями обещает этому изделию хорошие перспективы.

Основная область применения изделий данного типа — мобильные устройства с батарейным питанием. Широкий диапазон входного напряжения обеспечивает устойчивую работу аппаратуры при различных уровнях заряда аккумуляторной батареи, а высокий КПД минимизирует преобразование входной энергии в тепло. Последнее обстоятельство определяет преимущества импульсных стабилизаторов по сравнению с линейными именно в этой области пользовательских приложений.

В целом, данная группа у компании STMicroelectronics развивается достаточно динамично — примерно половина всей линейки появилась на рынке в последние 3-4 года.

Импульсные понижающие стабилизаторы
с входным напряжением 10…28 В

Параметры преобразователей этой группы приведены в таблице 2.

Таблица 2. ИПСН со входным напряжением 10…28 В

Наименование	Вых. ток, A	Входное напряжение, В		Выходное напряжение, В		КПД, %	Частота коммутации, кГц	Сопротивление открытого канала, мОм	Функции и флаги
	I OUT	V IN		V OUT		h	F SW	R DSON	On/Off	Sync. Pin	Soft Start	Pow Good
	Макс	Мин	Макс	Мин	Макс	Макс	Тип
L5980	0,7	2,9	18,0	0,6	18,0	93	250…1000	140	+	+	+	–
L5981	1,0	2,9	18,0	0,6	18,0	93	250…1000	140	+	+	+	–
L5983	1,5	2,9	18,0	0,6	18,0	93	250…1000	140	+	+	+	–
L5985	2,0	2,9	18,0	0,6	18,0	93	250…1000	140	+	+	+	–
L5986	2,5	2,9	18,0	0,6	18,0	93	250…1000	140	+	+	+	–
L5987	3,0	2,9	18,0	0,6	18,0	93	250…1000	140	+	+	+	–
L5988D	4,0	2,9	18,0	0,6	18,0	95	400…1000	120	+	+	+	–
L5989D	4,0	2,9	18,0	0,6	18,0	95	400…1000	120	+	–	+	+
L7980	2,0	4,5	28,0	0,6	28,0	93	250…1000	160	+	+	+	–
L7981	3,0	4,5	28,0	0,6	28,0	93	250…1000	160	+	+	+	–
ST1CC40	2,0	3,0	18,0	0,1	18,0	н.д.	850	95	+	–	+	–
ST1S03	1,5	2,7	16,0	0,8	12,0	79	1500	280	–	–	+	–
ST1S10	3,0	2,7	18,0	0,8	16,0	95	900	120	+	+	+	–
ST1S40	3,0	4,0	18,0	0,8	18,0	95	850	95	+	–	+	–
ST1S41	4,0	4,0	18,0	0,8	18,0	95	850	95	+	–	+	–
ST763AC	0,5	3,3	11,0	Фикс. 3,3		90	200	1000	+	–	+	–

Восемь лет назад данная группа была представлена только микросхемами , и с входным напряжением до 11 В. Диапазон от 16 до 28 В оставался не заполненным. Из всех перечисленных модификаций в настоящее время в линейке присутствует только , но параметры этого ИПСН современным требованиям соответствуют слабо. Можно считать, что за это время номенклатура рассматриваемой группы обновлена полностью.

В настоящее время база данной группы — микросхемы . Данная линейка рассчитана на весь диапазон токов нагрузки от 0,7 до 4 А, обеспечивает полный комплект специальных функций, частота коммутации регулируется в достаточно широких пределах, отсутствуют ограничения на значение коэффициента заполнения, значения КПД и сопротивления открытого канала отвечают современным требованиям. Существенных минусов в данной серии два. Во-первых, отсутствует встроенный разрядный диод (кроме микросхем с суффиксом D). Точность регулирования выходного напряжения достаточно высока (2%), но наличие трех и более внешних элементов в цепи компенсации обратной связи нельзя отнести к достоинствам. Микросхемы и отличаются от серии L598x только иным диапазоном входных напряжений, но схемотехника, а, следовательно, достоинства и недостатки аналогичны семейству L598x. В качестве примера на рисунке 5 представлена типовая схема включения трехамперной микросхемы . Присутствует и разрядный диод D, и элементы цепи компенсации R4, C4 и C5. Входы F SW и SYNCH остаются свободными, следовательно, преобразователь работает от внутреннего генератора с частотой F SW , заданной по умолчанию.

Импульсный стабилизатор горения дуги (ИСГД) представляет собой генератор пиковых импульсов высокого напряжения, подаваемых на дугу в момент перехода тока через нуль. Благодаря этому обеспечива­ется надежное повторное зажигание дуги, что и гарантирует высокую устойчивость горения дуги переменного тока.

Рассмотрим схему стабилизатора СД-3 (рисунок. 5.31). Его основными частями являются трансформатор питания Г, коммутирующий конден­сатор С и тиристорный коммутатор VS 1, VS 2с системой управления А. Стабилизатор питает дугу параллельно основному источнику G - сварочному трансформатору. Сначала проанализируем его работу при хо­лостом ходе сварочного трансформатора. В начале полупериода откры­вается тиристор VS 1, в результате по цепи, показанной тонкой линией, пройдет импульс тока. При этом согласно действующие ЭДС трансфор­матора T источника G создают на конденсаторе заряд с полярностью, указанной на рисунке. Ток заряда конденсатора нарастает до тех пор, пока напряжение на нем не сравняется с суммарным напряжением транс­форматора Г и источника G. После этого ток начинает спадать, что вы­зовет появление в цепи ЭДС самоиндукции, стремящейся сохранить ток неизменным. Поэтому заряд конденсатора С будет продолжаться и да­лее, пока напряжение на конденсаторе не достигнет двойного напряже­ния питания. Напряжение заряда конденсатора, приложенное к VS 1в обратном направлении, закроет тиристор. Во втором полупериоде от­крывается тиристор VS 2, и импульсный ток пойдет в противоположном направлении. В этом случае импульс будет уже мощнее, поскольку он вызывается согласным действием ЭДС трансформаторов T и G , а также заряда конденсатора С. В результате произойдет перезаряд конденсатора до еще более высокого уровня. Такой резонансный характер перезаряда позволяет получить на межэлектродном промежутке стабилизирующие импульсы напряжения с амплитудой около 200 В при сравнительно низком напряжении трансформатора питания около 40 В (рисунок. 5.31, б). Частота генерирования импульсов - 100 Гц. На межэлектродный проме­жуток подается также напряжение от основного источника (рисунок. 5.31, г). При указанной на рисунок. 5.31,афазировке трансформаторов T и G поляр­ности напряжений, подаваемых на межэлектродный промежуток от ос­новного источника (показано пунктирной линией) и от стабилизатора (тонкая линия), противоположны. Такое включение стабилизатора названо встречным. На рисунок. 5.31, в показано напряжение на межэлектродном промежутке при совместном действии стабилизатора и основного источника.

Рисунок. 5.31 – Импульсный стабилизатор горения дуги

Если сменить фазировку основного трансформатора G или стаби­лизатора, то полярности напряжений на дуге от основного источника и от стабилизатора будут совпадать (рисунок. 5.31, а). Такое соединение на­зывается согласным, оно используется в конструкции других стабили­заторов. Повторное зажигание происходит в момент подачи стабили­зирующего импульса, обычно время зажигания не превышает 0,1 мс.

При встречном включении стабилизирующий импульс, хоть и не совпадает по направлению с напряжением трансформатора G, также способствует повторному зажиганию (см. рисунок. 5.31, в). В то же время на рисунок. 5.31, а видно, что часть импульсного тока, проходящая по вто­ричной обмотке G (тонкая линия), совпадает с собственным током этой обмотки (пунктирная линия) и поэтому не препятствует быстро­му нарастанию ее тока до необходимой для повторного зажигания ве­личины.

Стабилизатор СД-3 может быть использован как при ручной сварке покрытым электродом, так и при сварке алюминия неплавящимся элек­тродом. Система управления запускает стабилизатор только после зажи­гания дуги. После обрыва дуги он работает не более 1 секунды, что по­вышает безопасность труда.

Описанный автономный стабилизатор может использоваться в ком­плекте с любым трансформатором для ручной сварки с напряжением холостого хода не ниже 60 В, при этом устойчивость дуги повышается настолько, что становится возможна сварка на переменном токе элек­тродами с фтористо-кальциевым покрытием, у которого стабилизирую­щие свойства считаются низкими.

Более эффективно использование стабилизаторов, встроенных в кор­пус источника. Со встроенными стабилизаторами выпускаются трансформаторы Разряд-160, Разряд-250 и ТДК-315, они имеют реактивную обмотку из трех секций. Переключатель диапазонов, обеспечивающий сначала согласное, а затем встречное соединение реактивной обмотки с первичной, позволяет увеличивать ток семью ступенями. Благодаря использованию импульсного стабилизатора стало возможным снижение напряжения холостого хода трансформаторов до 45 В. А это в свою очередь резко снизило потребляемый из сети ток и массу трансформаторов. В отличие от автономных встроенный стабилизатор запускается с помощью двойного управления - не только за счет обратной связи по напряжению, но еще и по току. Это повышает надежность его работы, в частности предотвращает ложные срабатывания при коротких замы­каниях каплями электродного металла. Со встроенным стабилизатором выпускаются трансформаторы ТДМ-402 с подвижными обмотками и ТДМ-201 с магнитным шунтом.

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано при производстве или модернизации сварочных источников питания. Цель изобретения - повышение мощности и стабильности поджигающих дугу импульсов за счет изменения схемы ключевого каскада, что позволяет улучшить эксплуатационные свойства стабилизатора, расширить сферу его применения. Импульсный стабилизатор сварочной дуги содержит два трансформатора 1, 2, два тиристора 7, 8, четыре диода 10 13, конденсатор 9, резистор 14. 1 ил.

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано при производстве или модернизации сварочных источников питания. Целью изобретения является разработка устройства, обеспечивающего повышенную мощность и стабильность поджигающих дугу импульсов за счет изменения схемы ключевого каскада, что позволяет улучшить эксплуатационные свойства стабилизатора, расширить сферу его применения. Для стабилизации процесса дуговой сварки на переменном токе в начале каждого полупериода сварочного напряжения на дугу подают кратковременный мощный импульс тока, сформированный за счет перезаряда конденсатора, подключаемого в цепь питания дуги с помощью тиристорных ключей. В известной схеме конденсатор не может перезарядиться до амплитудных значений питающих его напряжений, что снижает мощность импульса, поджигающего дугу. При этом на мощность этого импульса сказывается момент открывания тиристоров относительно начала полупериода напряжения, питающего дугу. Это связано с досрочным закрыванием тиристоров, так как ток зарядки конденсатора, протекающий через них, определяется реактивным сопротивлением конденсатора. Этот ток может поддерживать тиристор открытым до тех пор, пока он превышает ток удержания тиристоров в открытом состоянии. Указанное условие обеспечивается (после прихода на управляющий электрод тиристора отпирающего импульса) в течение весьма короткого времени, после чего тиристор закрывается. На чертеже изображена электрическая схема стабилизатора. Позициями 1 и 2 соответственно обозначены дополнительный и сварочный трансформаторы; 3 и 4 точки подключения к схемам ключевого тиристорного каскада; 5 и 6 соответственно сварочный электрод и свариваемое изделие; 7 и 8 ключевые тиристоры; 9 конденсатор; 10 и 11 силовые диоды; 12 и 13 маломощные диоды; 14 резистор. На схеме не показано устройство формирования управляющих импульсов, отпирающих тиристоры. Управляющие сигналы U y с этого устройства поступают на соответствующие электроды тиристоров 7 и 8. Устройство работает следующим образом. При появлении на дуге положительной полуволны напряжения и включении в начале этого полупериода тиристора 8 конденсатор 9 мгновенно зарядится через него и диод 11. Но тиристор при этом остается открытым, так как до момента достижения на вторичной обмотке трансформатора 1 амплитудного значения напряжения ток через тиристор протекает по двум цепям: тиристор 8 диод 11 конденсатор 9 и тиристор 8 диод 13 резистор 14. Ток, протекающий по первой цепи, весьма мал (недостаточен для удержания тиристора в открытом состоянии), а по второй цепи достаточен для поддержания тиристора открытым. По мере роста напряжения данного полупериода до амплитудного его значения конденсатор дозаряжается до суммы этого напряжения с напряжением на дуге. Далее напряжение на вторичной обмотке трансформатора 1 начнет снижаться и напряжением заряженного конденсатора 9 диод 13 закроется, что повлечет за собой запирание тиристора 8 и конденсатор 9 будет оставаться заряженным экстремальным значением суммы указанных напряжений до изменения полярности напряжения на дуге. После смены полярности в начале очередного полупериода откроется управляющим импульсом тиристор 7 и конденсатор мгновенно перезарядится до суммы действующих в этот момент напряжений на вторичных обмотках трансформаторов 1 и 2. Открывается диод 12, поддерживая тиристор 7 открытым до момента достижения амплитудного значения напряжения на вторичной обмотке трансформатора 1. Соответственно и конденсатор 9 перезаряжается до суммы амплитудного значения указанного напряжения и напряжения на дуге. Введение указанных элементов в электрическую схему стабилизатора позволяет увеличить размах импульса по амплитуде в два и более раза и сделать его (размах) независимым от момента открывания тиристоров относительно начала полупериода напряжения на дуге. В приведенных рассуждениях упоминается только амплитудное значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора 1 и ничего не говорится о характере изменения напряжения на дуге. Дело в том, что электрическая дуга обладает существенной стабилизирующей способностью и в процессе ее горения переменное напряжение на ней имеет прямоугольную форму с плоской вершиной (меандр), т.е. напряжение на дуге в течение полупериода является практически постоянным по амплитуде (не изменяется по величине) и не оказывает влияния на характер заряда конденсатора 9. Применение изобретения позволило повысить амплитуду поджигающего дугу импульса в 1,8.2 раза, стабилизировать ее при изменении в широких пределах момента открывания тиристоров относительно начала полупериода переменного напряже- ния на дуге. За счет обеспечения указанных эффектов обеспечена возможность интенсивного разрушения окисной пленки при аргонодуговой сварке алюминия и его сплавов, стабилизировать процесс горения дуги в широком диапазоне сварочных токов, особенно в сторону его снижения. Отмечено высокое качество формирования сварочного шва.

Формула изобретения

ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР СВАРОЧНОЙ ДУГИ, включающий последовательно соединенные вторичную обмотку сварочного трансформатора, цепь из встречно параллельно включенных тиристоров со схемой их управления, конденсатора и вторичной обмотки дополнительного трансформатора, включенной согласно вторичной обмотке сварочного трансформатора, которая соединена со сварочными электродами, отличающийся тем, что в него введены два силовых и два маломощных диода и резистор, причем силовые диоды включены последовательно согласно тиристорам, точка соединения одного тиристора и катода первого силового диода подключена к катоду первого маломощного диода, а точка соединения катода другого тиристора и анода второго силового диода подключена к аноду второго маломощного диода, анод и катод соответственно первого и второго маломощных диодов подключены через резистор к обкладке конденсатора, соединенной с вторичной обмоткой дополнительного трансформатора.