Avaliação e Reparo de maquina TIG/PLASMA TOSENSE 520TSC - Placa de controle e transistores de chaveamento

A placa superior da fonte é onde acontece as coisas mais interessantes da fonte:

1. PWM: esta pequena placa faz o controle PWM que chaveia os transformadores de potência e geram corrente. Aqui a corrente ajustada é comparada com a corrente medida e o PWM é ajustado. Nesta placa também está a lógica para controle de erros (como erro de temperatura ou sobrecarga. O sinal PWM sai desta placa e vai para o driver do transistores de potência.
2. Na placa também estão duas fontes 24 V (??). É um pouco estranho ter duas fontes 24V numa mesma placa. Como não foi feito todo  o esquemático desta placa, não sei qual o motivo de ter 2 fontes de 24 V.
3. trafo: esse transformador é utilizado para medir a corrente no primário do transformador principal, e assim a corrente de saída do equipamento pode ser estimada.
4. driver: este é o driver dos transistores de potência. Ele é baseado em transformador isolador, e tem 4 saidas para controle dos transistores da ponte de chaveamento.

A placa do PWM esta na figura abaixo.  Ela é baseada no controlador SMPS KA3525A. Este controlador ajusta o PWM que controla os transistores de potência. O circuito integrado menor é um ampop que compara o setpoint com a corrente medida.
Os LEDs são utilizados com limitadores do  PWM, e em caso de algum problema de sobre corrente eles devem acender. Em caso de operação normal os LEDs ficam apagado.

O esquema elétrico obtido é apresentado abaixo. Na esquerda está o ampop,  com duas entradas. Uma deve ser o setpoint e outra a corrente medida. O capacitor no ampop sugere um controlador PI. O LEDs limitam a tensão de saida do ampop.
O circuito de proteção inibe o funcionamento do circuito KA3252A.

O sinal PWM vai para o driver dos transistores de potencia (20N50) que estão em um arranjo de ponte. cada perna da ponte é composta por 3 transistores em paralelos, por isso é importante que sejam todos do mesmo modelo.

A tensão na ponte é a tensão retificada da linha, portanto depende se o equipamento esta ligado a 110 ou 220 V. A conexão ao borne negativo passa por um transformador que gera a tensão/corrente proporcional a corrente do primário do transformador principal e este valor é utilizado para medir e regular o PWM para obter a corrente desejada.

Os arranjos de resistores e capacitores em paralelo com os transistores são snubbers para absorver energia residual do chaveamento dos transistores.

É interessante notar os capacitores em série com os transformadores principais 1 e 2. Isso é muito utilizado em conversores LLC ressonantes. Entretanto nesse tipo de circuito geralmente o controle é por modulação em frequencia e não PWM como encontrado aqui. Este deve ser um arranjo ching ling. Por outro lado isso protege os transformadores caso algum transistor entre em curto, visto que apenas corrente AC passa pelos capacitores.

O driver dos transistores serve para isolar o circuito de alta tensão do de baixa. Também permite controlar os quatro braços da ponte.

 Os defeitos encontrados nesta placa foram:

1. Tiristor de controle de erro em curto: o tiristor que fazia o latch do erro esta em curto. Foi trocado mas o LED de erro continuava aceso.
2. Uma saida do driver dos transistores não estava conectado ao gate de uma perna da ponte de transistores.
3. Um transistor de potencia estava em curto. Todos os 3 transistores em paralelo da perna foram trocados pois eu tinha outro modelo.

Teste de maquina de solda TOSENSE 520TSC após reparo.

Hoje foi dia de teste da máquina!!

Queira ver se nada fazia BUM, e se acontecia alguma coisa. Não tenho as pontas de solda, por isso o teste foi feito somente com alguns fios que encontrei por aqui. O primeiro teste foi o teste do BUM. 

Ligar e ver se faz BUM:

Depois de passar pelo teste do BUM, foi medida a corrente para saber se o controle de corrente estava funcionando corretamente.

A maquina foi testada no modo solda de arco. Neste modo a maquina é somente uma fonte de corrente até 200 A. Utilizei um amperímetro de efeito hall (pois a corrente é DC) para conferir a saída. Tudo parece estar funcionando corretamente.
Não foram testados os outros modos (TIG e corte de Plasma) porque nestes modos existe o starter HF, alta tensão! Não achei seguro testar isso sem as pontas adequadas.

Foi quase um ano consertando esta fonte, mas no final parece que valeu a pena. Muitas coisas estavam estragadas por isso o reparo foi demorado. Os problemas encontrados foram:

1. Fonte 24V na entrada não estava operando. Foi encontrado um resistor errado no circuito chaveado, oque é muito estranho. Ou a fonte nunca funcionou ou alguém tentou reparar e utilizou um resistor de valor errado. A fonte chegou para mim com uma fonte 24 V externa que foi removida.
2. Erro de temperatura: após reparar a fonte 24 V a fonte apresentava erro de temperatura. Foi verificado o sensor de temperatura mas o mesmo estava operando corretamente.
3. Foi encontrado um transistor de potencia em curto. Foi necessário trocar 3 transistores!! Isso aconteceu por que não tinha um transistor do mesmo modelo. No chaveamento do transformador são utilizados transistores em paralelo e é muito importante que eles sejam do mesmo modelo, caso contrário a corrente entre eles pode ser dividida de forma diferente e acabar queimando um deles. Isso também resolveu o problema de erro de temperatura - que na verdade era um erro de corrente devido ao curto. A documentação da fonte é  muito ruim nesse sentido.
4. Não existia conexão entre o driver do gate e um conjunto de transistores. Foi encontrado um dano na placa, provavelmente devido a tentativa de reparo anterior. A conexão foi restabelecida com um fio.

Devido aos diferentes problemas encontrados foi necessário entender todo o funcionamento da fonte e puxar o esquema elétrico. Nos próximos posts serão compartilhados os esquemáticos de algumas partes da fonte.

Avaliação e Reparo de maquina TIG/PLASMA TOSENSE 520TSC - Descrição geral.

Um amigo tinha uma maquina de solda TIG/ARCO e plasma encostada, que nunca funcionou. É uma maquina chinesa, marca TOSENSE, modelo 520TSC. As especificação é até 200 A para tig/arco e 50 A para corte de plasma.

Resolvi pega a máquina e tentar reparar...afinal é só uma maquina de solda...deve ser fácil reparar!! Grande engano, foi quase um ano entre indas e vindas até conseguir entender e reparar a máquina.

A fonte é composta por diversas placas:

1. Ponte retificadora e fonte de 24V: nesta placa é feita a retificação do 127/220 VAC para DC utilizado no circuito de chaveamento principal, e também tem uma pequena fonte 24V para alimentar o ventilador. Este circuito tem um soft start para carregar os capacitores e evitar corrente de in rush.
2. Controle e chaveamento: nesta placa esta o controle do PWM, driver do MOSFET e os MOSFETs de chaveamento.
3. Na placa do meio estão dois transformadores, diodos retificadores, indutores para filtro e reles, que alteram o arranjo de saída dos transformadores, alterando a corrente de saída de 50 A para 200 A. Existe 4 enrolamentos de saída dos transformadores. Para 200 A eles devem ser ligados em paralelo. Para a saída de 50 A (utilizada para corte de plasma) eles devem ser ligados em série. A tensão de operação para o corte de plasma é mais alta que no caso de solda TIG/Arco.
4. Fonte hf: fonte de alta frequência e tensão para iniciar o plasma no caso do corte de plasma.

A topologia utilizada no chaveamento da fonte de corrente é ponte completa com controle PWM. Entretanto existem capacitores em série com o enrolamento dos transformadores, sugerindo operação em ressonância (full bridge LLC ressonant). Entretanto o controle desse tipo é geralmente feito por modulação em frequência, mas neste caso o controle é feito por PWM.

O circuito acima foi retirado da internet. Ele não é o esquema desta fonte,mas utiliza uma topologia parecida. Existe um circuito de controle que ajusta o PWM de acordo coma corrente desejada e medida. Esse sinal PWM é aplicado em um driver isolador baseado em transformador (tr2). Os MOSFETs de potencia chaveam a corrente no transformador principal. A corrente no primário do transformador (tr1) é medida com outro transformador (tr3) e utilizado no controle do PWM. No secundário do transformador (tr1) a corrente é retificada e passa por um indutor.

Este circuito serve para dar uma ideia básica do funcionamento de uma fonte desse tipo. Maiores detalhes sobre cada placa serão discutidos nos próximos posts.