Punktschweissvorrichtung mit N76E003AT20 (8052)

[Willi S. (wiso_45)]

Datei:  p1002211
Thema: Punktschweißvorrichtung

Hallo an alle, die eine preiswerte Punktschweißvorrichtung bauen wollen.
Ich hab mir im Internet mal die diversen Punktschweißvorrichtungen 
angeschaut. So richtig überzeugt hat mich eigentlich kein Vorschlag.
Folgende Konzepte habe ich gefunden:
1.) 50Hz Netztrafo
Hier wird bevorzugt ein Trafo aus einer alten Mikrowelle verwendet.
Den Trafo muss man aber erst einmal haben. Dann finde ich den recht 
schwer und klobig. Außerdem weiß ich nicht so recht, wie man die 
Ausgangsleistung vernünftig steuern kann, wenn innerhalb 10msec die 
Schweißung erfolgen soll. Das ist bei 50Hz gerade mal eine Halbwelle.

2.) Autoakku
Eine geeignete Steuerung dafür bekommt man bei Ali für einige Euro. Der 
Innenwiderstand des Akkus muß aber möglichst klein sein, sonst klappt 
das nicht. Leider sind geeignete Akkus recht schwer und nicht gerade 
preiswert.

3.) Kondensatorentladung
Gefällt mir am besten. Viele verwenden als Kondensator PowerCaps (1F, 
12V). War mir zu klobig und zu teuer. Hab hier selbst noch einige 
hochkapazitive Elkos rumliegen. Klappte damit auch gut, die aber haben 
die Abmaße einer 1,5l Flasche.
Letztendlich habe ich bei Ali Low ESR Elkos gefunden, (22000uF/16V, 20 
Stück für 13,-EUR). Gleichzeitig hab ich einige Supercaps (350F, 2,7V) 
mitbestellt.
Ich habe 3 Schaltungen aufgebaut.

a.) 2 Supercaps in Serienschaltung.
Die Schaltung dazu ist relativ aufwendig, da man die Caps balancen muß.
Leider war der Innenwiderstand der Caps zu hoch, so dass man keine 
befriedigende Ergebnisse bekam. Ich hätte natürlich 4 Caps (2 in Serie, 
2 parallel) nehmen können. War mir aber zu klobig.

b.) 5 Low ESR Elkos 22000uF/16V parallel
Klappte eigentlich schon recht gut, aber bei dickeren Blechen hatte die 
Schaltung nicht genug Wumm.

c.) 14 Low ESR Elkos 22000uF/16V parallel
Ok, das knallt bei voller Spannung. Auch relativ dickere Bleche sind 
kein Problem mehr.
Bevor ich die Schaltung beschreibe, hier einige Anmerkungen.
Bei PcbWay und Seeed (beide China) bekommt ihr je 10 Leiterplatten für 
5,-EUR, die dürfen aber nicht größer  als 100x100mm sein.
Bei ebay bekommt man Al-Gehäuse 100x100x50mm (sacheshop_de, ab 3 Stück: 
7,70EUR/Stk), die ich auch schon für andere Projekte verwendet habe. Da 
passen meine Leiterplatten (94,5x99mm) genau in die Führungsnuten.

Das zentrale Steuerelement ist ein N76E003AT20 der Fa. NUVOTON. Gibt es 
für 0,20....0,50 EUR bei Ali. Ihr braucht auch noch ein Nuvo-Link (Ca. 
5,-EUR, Ali) zum Programmieren und Debuggen.
Als Spannungsquelle verwende ich ein altes Notebooknetzteil mit 18V/3A. 
Die Ladung der Kondensatorbatterie erfolgt durch PWM. Die PWM wird so 
gesteuert, dass das Steckernetzteil nicht überlastet wird. Mit einem 
Poti (10K) stelle ich die Ladeendspannung der Elkos ein.
Nicht vergessen: E=1/2CU^2, das heißt, die Energie steigt mit dem 
Quadrat der Elkospannung!
Zum Entladen verwende ich 6 parallel geschaltete PowerMosfets. Die 
Drainanschlüsse habe ich mit einem 2,5mm Cu-Draht verbunden (gelötet) 
und nahe am Ausgang in die Leiterplatte geführt. Außerdem habe ich mit 
demselben Cu-Draht einige Leiterbahnen auf der Rückseite verstärkt.
Den Schweißvorgang löse ich z.Zt. mit einem Fußschalter aus. Das 
Aufsetzen der Elektroden kann aber auch vom uC erkannt und dann der 
Schweißvorgang ausgelöst werden.
Die Schaltung und Software funktionieren recht gut, können aber noch 
verbessert werden. Vorschläge sind willkommen.
Noch ein paar Tipps:
Liefert euer Steckernetzteil mehr als 18V, empfehle ich als Gatedriver 
MIC4120 (20V) oder IXDD609SIA (35V). Bitte beachtet auch die max. 
GateSourcespannung der MosFets (Datenblatt!!!)
Als MosFet empfehlen sich IRFB3077 (ca. 0,3EUR/Stk, Ali) oder IRFB3206 
(ca. 0,20 EUR/Stk, Ali).
Achtung!! beim Schweißen (10msec) fließen einige Kiloampere.

Viel Spass beim basteln.