Reparatur Akkuzellen Punktschweißgerät

[rincewind]

Hallo.

Wie hier zu sehen hat mein China Punktschweißgerät recht schnell die Grätsche gemacht.

Vorweg: Das Teil ist nicht generell Kernschrott. Ich vermute die meisten negativen Berichte kommen durch Fehlbedienung (falscher Akku), so wie bei mir auch.

Nach etwas YT Recherche glaube ich auch den Grund dafür zu kennen: Mangelhafte Ansteuerung der MOSFET Gates, so dass diese nicht vollkommen durchschalten. Die Spannung des 3S LiPo Akkus ist beim Schweißen wahrscheinlich zu stark eingebrochen, da ich mit einem 20C Akku getestet habe anstatt ~60C wie ausdrücklich in der "Anleitung" empfohlen. Die Versorgungsspannung reichte nicht mehr um die MOSFETs ganz aufzusteuern und der magische Rauch entwich.
--> Mein Fehler.

Andererseits gibt es anscheinend einen einfach zu behebenden Designfehler bei dem Gerät. Ein zusätzlicher Elko an der Versorgungsspannung des MCP1407 MOSFET Treibers kann genug Ladung liefern um die MOSFETs während der üblichen Schweißzeiten anzusteuern, auch bei einbrechender Akkuspannung (auf YT gesehen, nicht meine eigene Erkenntnis).
--> Hersteller Fehler


Da die Steuerungsplatine noch funktioniert und mir ganz gut gefällt soll ein neues Leistungsteil dazu gebaut werden. Anstatt der Fake-Infineon FETs für Oberflächenmontage wird etwas wartungsfreundlicheres mit THT Bauteilen entstehen.

Als MOSFETs benutze ich 8 Stück IRF1324, die sahen recht kompatibel zu den 4N04R8 aus und 8 Stück sollten vom MCP1407 noch in akzeptabler Zeit angesteuert werden können.
Montiert werden de Transistoren direkt auf Aluschienen.
Soweit bin ich momentan





Bei der weiteres Beschaltung der FETs bin ich mir noch nicht sicher. Das kaputte Teil hat je FET einen Gatewiderstand und eine Zenerdiode zum Schutz vor Überspannung.
Ich meine aber auch schon Schaltungen gesehen zu haben mit einem gemeinsamen Gatewiderstand und einer Zenerdiode. Muß mich mal schlau machen wie andere das machen (kWeld, malectrics).
Eventuell kommt auch eine dicke TVS Diode zwischen D und S um die FETs vor induzierter Spannung zu schützen.

Falls jemand Vorschläge hat wie man die FETs noch beschalten sollte... jederzeit gerne gesehen


Gruß und guten Rutsch

 

[powersupply]

Hi
Interessanter Bericht.

Kann man die Steuerspannung nicht komplett separat einspeisen. Beispielsweise mittels einem 4S Akkupack?
Was ich an der Platine auch nachteilig finde, hatte ich glaub ich im anderen Thread auch schon erwähnt, ist die direkt neben dem explodierten Fet angebrachte Anschlußschraube. Diese beiden nächstliegenden Fets bekommen natürlich den größten Strom ab. Diesbezüglich ist dein "Design" deutlich optimaler ausgeführt.

PS

 

[rincewind]

Kann man die Steuerspannung nicht komplett separat einspeisen. Beispielsweise mittels einem 4S Akkupack?

Könnte man auch machen, dann sollten natürlich keine Probleme mit der Gate-Ansteuerung mehr bestehen. Ich hoffe die Lösung mit dem Stützkondensator ist zuverlässig.


Mit meinem angelesenen Halbwissen habe ich mich für separate Gatewiderstände (33R) entschieden und eine 15V Zenerdiode vor den Widerständen..


So sieht das Gesamtkunstwerk jetzt aus, montiert auf ein Stück Plexiglas.


Das Steuerteil hat den erwähnten Stütz-Elko für den MOSFET Treiber bekommen, bei mir 3300uF 25V, weil der grad da war. Das ganze wird dann noch in ein Gehäuse eingebaut.



Hier ein erster Test. Die Verbindung vom Steuerteil zur Drain-Schiene dient dazu den Kontakt der Schweißelektroden zu erkennen um im Automatikmodus den Schweißpuls auszulösen.


Laut meinem hochpräzisen DSO150 stimmen die Pulszeiten, wenn man davon ausgeht, dass ein "E" einer ms entspricht.


Hier noch ein Versuch die Anstiegszeit am Gate zu messen. Allerdings wenig erfolgreich.
Mir ist erst später aufgefallen, dass ich vor dem Gate-Widerstand gemessen habe und nicht direkt an einem MOSFET. Mein 15€ DSO hat auch unter 50uS/Div nicht mehr getriggert.


Eine Autobatterie steht bereit (eventuell besorg ich auch einen 3S LiPo mit 60-80C).
Nickelband ist bestellt.

Sobald ich ein paar Schweißpunkte gemacht habe kommt hier nochmal eine Rückmeldung.


Und jetzt wo ich in Ruhe nochmal die Bilder anschaue fällt mir auf, dass ich von den TVS Dioden eigentlich noch eine über die Batterieanschlüsse machen könnte...


Gruß

 

[rincewind]

Hallo.

Erste Testschweißung mit 0,15mm Hiluminband sieht gut aus.
Die Punkte auf den Fotos wurden mit 10, 20, 25 und 30ms gemacht.
25ms und 30ms machen einen brauchbaren Eindruck.
Eine Erwärmung der MOSFETs ist nach 10 Schweißungen nicht festzustellen.

Vorne



Hinten




Die Akkuspannung bricht beim Schweißen mit einem 3S 80C 5200mAh LiPo trotzdem noch auf 4V ein. Ich hätte vielleicht nicht den billigsten kaufen sollen. Vielleicht ist das auch normal?
Ich denke ich mache noch einen Vergleich mit dem alten 20C Akku und einer Autobatterie. Aber funktionieren tuts ja auch so...

 

[powersupply]

Hey,
Klasse dass das Gerätchen wieder funktioniert!
Hatte den Bericht vom 3. 1. irgendwie übersehen.
Sieht gut aus dein Aufbau und macht nun Lust auf ein eigenes Gerätchen.
Dann aber gleich in modifizierter Form mit verbesserter Mosfetversorgung.

PS

 

[Dev]

Das Steuerteil hat den erwähnten Stütz-Elko für den MOSFET Treiber bekommen, bei mir 3300uF 25V, weil der grad da war.

Die Werte für den Elko sollten ok sein. Wirksam ist der aber nur, wenn du eine Diode in die Zuleitung zur Steuerung setzt, die verhindert, dass der Elko rückwärts wieder entladen wird.
Sonst trägt er einfach mit zum Schweißstrom bei. Du willst aber, dass die gespeicherte Energie für die Steuerungsplatine zur Verfügung steht.
Auf den Bildern kann ich nicht erkennen, ob eine Diode vorhanden ist.

und eine 15V Zenerdiode vor den Widerständen.

Wenn die Mosfets wirklich vor Überspannung am Gate geschützt werden sollen, würde ich erstens keine Zenerdiode nehmen, sondern eine TVS-Diode, und zweitens diese direkt an das Gate setzen, nicht hinter den Widerstand. Das bedeutet natürlich, dass eine pro Mosfet benötigt wird.
Wie sehr der Überspannungsschutz hinter dem Widerstand noch wirken kann, kann man sich einfach überlegen. Die unerwünschte Gatespannung wird überwiegend durch die Miller-Kapazität (Q_gd) eingekoppelt als Folge der schnellen Spannungsänderung am Drain beim Schalten. Vergleiche mal die Zeitkonstante, den der Tiefpass aus Gatekapazität und 33 Ohm Widerstand bildet, mit der Anstiegs- und Abfallzeit deines Pulses.
Dein Glück ist: Bedingt durch die niedrigen Spannungen, die hier geschaltet werden, brauchst du meines Erachtens keinen Überspannungsschutz am Gate.
Von daher ist es nicht so schlimm, dass er unwirksam ist.

Schön dass das Gerät wieder läuft. Wie gut die Schweißpunkte sind, merkst du am ehesten, wenn du sie gewaltsam wieder trennst. Aber grundsätzlich sieht das schon brauchbar aus.

 

[rincewind]

Sieht gut aus dein Aufbau und macht nun Lust auf ein eigenes Gerätchen.
Dann aber gleich in modifizierter Form mit verbesserter Mosfetversorgung.

Ich könnte mir vorstellen, dass die Originalversion + Elko schon funktioniert.
Ich hatte letztendlich kein Werkzeug und keine Lust mit SMD FETs rumzuhantieren.

Die Werte für den Elko sollten ok sein. Wirksam ist der aber nur, wenn du eine Diode in die Zuleitung zur Steuerung setzt, die verhindert, dass der Elko rückwärts wieder entladen wird.

Die Diode ist ja komischerweise schon auf dem Board.

Dein Glück ist: Bedingt durch die niedrigen Spannungen, die hier geschaltet werden, brauchst du meines Erachtens keinen Überspannungsschutz am Gate.
Von daher ist es nicht so schlimm, dass er unwirksam ist.

Schön dass das Gerät wieder läuft. Wie gut die Schweißpunkte sind, merkst du am ehesten, wenn du sie gewaltsam wieder trennst. Aber grundsätzlich sieht das schon brauchbar aus.

"Schad nix, hilft nix"

Die Schweißpunkte sollten einigermaßen brauchbar sein. Der "auseinanderreißen hinterlässt Loch" Test wird bestanden.

 

[Jürgi]

Vor einiger Zeit habe ich mir auch so ein Schweißgerät aus einem Mikrowellen Trafo gebastelt. Davon gibt's auch hier einen Thread.
Was mich an deinem Gerät wundert ist der geringe Querschnitt bei den Schweisskabeln. Ich verwende da ca 35mm² und selbst die werden nach ein paar Scheißungen warm.
Ansonsten finde ich den Ansatz mit den hochstromfähigen Lipos durchaus interessant. Mein Trafo ist doch ein ganz schöner Klopp.
Interessant wäre noch der Vergleich mit der Autobatterie.
Gruß Jürgen

 

[rincewind]

Vor einiger Zeit habe ich mir auch so ein Schweißgerät aus einem Mikrowellen Trafo gebastelt. Davon gibt's auch hier einen Thread.
Was mich an deinem Gerät wundert ist der geringe Querschnitt bei den Schweisskabeln. Ich verwende da ca 35mm² und selbst die werden nach ein paar Scheißungen warm.
Ansonsten finde ich den Ansatz mit den hochstromfähigen Lipos durchaus interessant. Mein Trafo ist doch ein ganz schöner Klopp.
Interessant wäre noch der Vergleich mit der Autobatterie.

Ein Gerät aus einem Mikrowellen-Trafo hatte ich auch auf dem Schirm und deinen Beitrag auch gesehen.
Aber ein günstiger Trafo hat sich nicht ergeben. Und der Preis von den akkubasierten Geräten ist schon verlockend.

Die beigelegten Leitungen sind 10AWG, also weniger als 6mm2.
Hatte auch schon überlegt die aufzurüsten, aber ich habe weder Leitung noch größere Kabelschuhe hier.
Solange Schweißen funktioniert und die Leitungen nicht zu heiß werden laß ich das wohl so.

Messungen mache ich noch, interessiert mich auch.
Eventuell kann meine Stromzange (Uni-T UT216C) sogar irgendeinen Spitzenwert ausspucken. Vielleicht kein genauer Absolutwert aber als Vergleich zwischen den Akkus.

 

[Jürgi]

Du kannst ja an das Schweisskabel zwischen Spitze und den Transistoren dein Oszilloskop anschließen. Dann siehst du den Spannungsabfall.
Mein Zangenamperemeter war bei Kurzschluss damals "out of Range", also weit über 300A. Auf der Primärseite des Trafos waren es über 10A glaube ich. Da die Sekundärspannung nur ca 2V sind, dürften da sekundär 1.000A durch sausen. Gut, der Schweißpunkt selber ist der eigentliche Widerstand, aber trotzdem sind da gigantische Ströme unterwegs. Zumindest bei meinem Trafo Gerät.