Регулятор температуры жала электропаяльника

Электронный регулятор температуры жала электропаяльника

Температура нагрева жала электропаяльника в большой степени влияет на качество пайки и ее долговечность. Любой радиолюбитель знает, что если паяльник перегрелся, паять им становится вообще невозможно. А последствия такого перегрева могут быть катастрофическими: отслоение контактных площадок и даже дорожек платы, выход из строя компонентов критичных к нагреву, да и сам паяльник от такого перегрева, скорее всего, быстро перестанет работать.

Если же паяльник недостаточно нагрет, припой недостаточно размягчается, становится вязким, а пайка становится некачественной – рыхлой. Каждая марка припоя имеет свою оптимальную температуру плавления. А поскольку используются различные припои, необходимо регулировать температуру паяльника. Вот для этого и применяют регуляторы температуры жала паяльника.

Электронный регулятор температуры паяльника, речь о котором пойдет в статье, отличается от других электронных регуляторов температуры тем, что уменьшение мощности происходит не за счет снижения напряжения питания, а за счет его прерывания на регулируемые по длительности промежутки времени. Так за счет тепловой инерции паяльника и происходит регулировка его температуры. Регулятор температуры жала паяльника также обладает функцией автоматического отключения паяльника, если тот долго лежит на подставке.

Электронный регулятор температуры разработан для работы с электропаяльниками с питанием 220В переменного тока. Паяльник подключается к сети питания через пару контактов электромагнитного реле. Когда контакты замкнуты, электропаяльник работает в обычном режиме, с номинальной мощностью. Когда же на обмотку реле подаются импульсы постоянного тока, его контакты будут периодически замыкаться/размыкаться. Как следствие средняя мощность нагревателя паяльника будет существенно снижена. Таким образом, мощность электропаяльника напрямую зависит от длительности замкнутого состояния контактов.

Схема регулятора температуры жала паяльника:

Управление выходным реле К1 осуществляется транзистором VT1, которое питается от источника напряжения 9 В. Инвертор DD1.4 преобразует выходной сигнал с DD1.3, когда элемент DD1.3 в состоянии – «0», транзистор VT1 открыт, на катушку реле K1 подается напряжение, светодиод HL2 “Паяльник включен” горит. Контакты реле, которые условно не показаны, находятся в замкнутом состоянии. Паяльник включен и разогревается.

На резисторах R4-R6, конденсаторе С2 и элементе DD1.3 собрана линия задержки времени. Микропереключатель SF2 установлен на подставке регулятора, таким образом, что когда паяльник не на подставке – контакты микропереключателя SF2 замкнуты. При этом конденсатор С2 разряжен через резистор R6, на обоих входах элемента DD1 3 – «1», а на выходе – «0». Соответственно на катушку реле К1 подается питание – паяльник включен.

Когда паяльник кладут на подставку, контакты SF2 размыкаются и через резисторы R4, R5 начинается зарядка конденсатора С2. Время зарядки зависит от суммарного сопротивления резисторов R4 и R5. Когда конденсатор С2 зарядится элемент DD1.3 переключится в состояние «1». После этого светодиод HL2 погаснет, транзистор VT1 закроется, катушка K1 обесточиться, паяльник выключится.

Попеременное включение/отключение регулятора температуры паяльника обеспечивается генератором прямоугольных импульсов собранном на DD1.1, DD1.2. Скважность импульсов изменяется переменным резистором R1, который совмещен с выключателем SF1. При замыкании контактов SF1, уровень напряжения на входе 8 элемента DD1.3 будет изменяться с высокого на низкий и обратно с частотой около 0,5 Гц (частота генератора).

Следует отметить, что эта частота практически не зависит от сопротивления резистора R1. Теоретически скважность импульсов изменяется от единицы до бесконечности. А реально из-за разброса параметров диодов VD1, VD2, логических элементов DD1, переменного резистора R1, предельные значения скважности не дотягивают ни до 1, ни до бесконечности. Получается, что, в одном крайнем положении движка R1 регулятор температуры будет включен практически постоянно, а в другом – выключен.

Когда движок резистора R1 находится в промежуточном положении, катушка реле получает импульсы напряжения и соответственно паяльник получает импульсы мощности от сети. Такой метод регулирования называется широтно-импульсным.

Читайте также:  Светомузыка своими руками на светодиодах

Для изготовления печатной платы регулятора температуры паяльника вполне подойдет 1 мм фольгированный стеклотекстолит. Печатная плата регулятора температуры жала паяльника, вид со стороны элементов:

Печатная плата регулятора температуры жала паяльника, вид со стороны выводов элементов:

Скачать печатную плату регуятора температуры в формате .lay можно в конце статьи (плата изображена со стороны выводов, при печати необходимо зеркалить).

Разводка платы выполнена из расчета на установку резисторов типа МЛТ. Конденсаторы – К50-35 – оксидные. Вместо стабилизатора КР142ЕН5А возможно установить импортный 7805. В качестве реле К1 применено реле РЭС22, исполнения РФ4.523.023-01, взамен его может быть использовано аналогичное с катушкой на напряжение 9. 12 В постоянного тока и контактами на 220 В, 5А переменного тока отечественное или импортное. Переменные резисторы R1 – СП3-48М, R4 – СП3-46М или их импортные аналоги.

Плата электронного регулятора температуры с установленными компонентами размещается в основании подставки электропаяльника. Также в подставке можно разместить маломощный выпрямитель (на схеме он не показан) для питания регулятора температуры или использовать внешний блок питания на 9 В. Микропереключатель SF2 – МИ 3А или аналогичный импортный. После сборки устройство не требует никакой наладки. Для изменения выдержки времени от момента размещения паяльника на подставке до его выключения, следует подобрать резистор R5.

Список файлов

Печатная плата в формате .lay

Печатная плата регуятора температуры жала паяльника

Стабилизатор температуры жала паяльника

Автор данной статьи, Л. ЕЛИЗАРОВ, из г. Макеевка Донецкой обл., предлагает доступное для повторения радиолюбителями устройство для поддержания оптимальной температуры жала паяльника путём измерения сопротивления его нагревателя во время периодических кратковременных отключений его от сети.

На страницах радиотехнических журналов неоднократно публиковались различные устройства управления температурой жала паяльника, использующие нагреватель паяльника в качестве датчика температуры и поддерживающие её на заданном уровне. При ближайшем рассмотрении оказывается, что все эти регуляторы являются всего лишь стабилизаторами тепловой мощности нагревателя. Они, конечно, дают определённый эффект: меньше выгорает жало и паяльник не так сильно перегревается, пока лежит на подставке. Но это ещё далеко до управления именно температурой жала.


Рис. 1. Графики изменения температуры

Рассмотрим кратко динамику тепловых процессов в паяльнике. На рис. 1 представлены графики изменения температуры нагревателя и жала паяльника с момента выключения нагревателя. На графиках видно, что в первые доли секунды разность температур настолько велика и непостоянна, что температуру нагревателя в этот момент никак нельзя использовать для точного определения температуры жала, а именно так работают все ранее опубликованные регуляторы, в которых нагреватель используют в качестве датчика температуры. Из рис. 1 видно, что кривые зависимости температуры жала и нагревателя от времени его выключения только через две и тем более три-четыре секунды достаточно сближаются для того, чтобы с достаточной точностью интерпретировать температуру нагревателя как температуру жала. Кроме того, разность температур становится не только малой, но и практически постоянной. По мнению автора, именно регулятор, измеряющий температуру нагревателя через определённое время после его отключения, способен более точно управлять температурой жала.

Интересно сравнить достоинства такого регулятора с паяльной станцией, использующей датчик температуры, встроенный в жало паяльника. В паяльной станции изменение температуры жала паяльника сразу вызывает реакцию устройства управления, причём повышение температуры нагревателя пропорционально изменению температуры жала. Волна изменения температуры доходит до жала паяльника через 5. 7 с. При изменении температуры жала обычного паяльника волна изменения температуры идёт от жала к нагревателю (при близких теплодинамических параметрах — 5. 7 с). Его узел управления сработает через 1.. .7 с (это зависит от установленного температурного порога включения) и поднимет температуру нагревателя. Обратная волна изменения температуры достигнет жала паяльника через те же 5. 7 с. Отсюда следует, что время реакции обычного паяльника, использующего нагреватель в качестве датчика температуры, в 2. 3 раза больше, чем у паяльника паяльной станции с датчиком температуры, встроенным в жало.

Читайте также:  Тестер концентрации алкогольных паров на avr

Очевидно, что у паяльной станции перед паяльником, использующим нагреватель в качестве датчика температуры, есть два основных преимущества. Первое (малозначительное) — цифровой индикатор температуры. Второе — датчик температуры, встроенный в жало. Цифровой индикатор сначала просто интересен, а потом регулирование идёт всё равно по принципу “чуть больше, чуть меньше”.

У паяльника, использующего нагреватель в качестве датчика температуры, перед паяльной станцией преимущества следующие:
— блок управления не загромождает пространство на столе, так как он может быть встроен в небольшой по размерам корпус в виде сетевого адаптера;
— меньшая стоимость;
— блок управления можно использовать практически с любым бытовым паяльником;
— простота повторения, посильная и начинающему радиолюбителю.

PW,ВтRX,ОмRГ,ОмRГ-RX,Ом
188601800940
2570017001000
3016671767100
401730177040
8054756518
10060462420

Рассмотрим конструктивные особенности паяльников разных конструкций и мощности. В таблице представлены значения сопротивлений нагревателей различных паяльников, где Pw — мощность паяльника, Вт; Rx — сопротивление нагревателя холодного паяльника, Ом; Rr — сопротивление горячего после прогрева в течение трёх минут, Ом. По разности этих температур видно, что ТКС нагревателей могут отличаться в 50 раз. Паяльники с большим ТКС имеют керамические нагреватели, хотя бывают и исключения. Паяльники с малым ТКС — устаревшей конструкции с нагревателями из нихрома. Необходимо отдельно заметить, что в некоторых паяльниках может быть встроен диод — датчик температуры, и один паяльник мне попался совсем интересный: в одной полярности включения ТКС у него был положительный, а в другой — отрицательный. В этой связи сопротивление паяльника надо сначала измерить в холодном и горячем состояниях с тем, чтобы подключить его к регулятору в правильной полярности.

Схема регулятора представлена на рис. 2. Длительность включённого состояния нагревателя фиксирована и составляет 4. 6 с. Длительность выключенного состояния зависит от температуры нагревателя, конструктивных особенностей паяльника и регулируется в интервале 0. 30 с. Может возникнуть предположение, что температура жала паяльника постоянно “качается” вверх и вниз. Измерения показали, что изменение температуры жала под воздействием управляющих импульсов не превышает одного градуса, и объясняется это значительной тепловой инерционностью конструкции паяльника.

Рассмотрим работу регулятора. По известной схеме на выпрямительном мосте VD6, гасящих конденсаторах С4, С5, стабилитронах VD2, VD3 и сглаживающем конденсаторе С2 собран источник питания узла управления. Сам узел собран на двух ОУ, включённых компараторами. На неинвертирующий вход (вывод 3) ОУ DA1.2 подано образцовое напряжение с резистивного делителя R1R2. На его инвертирующий вход (вывод 2) подано напряжение с делителя, верхнее плечо которого состоит из рези-стивной цепи R3—R5, а нижнее — нагревателя, подключённого к входу ОУ через диод VD5. В момент включения питания сопротивление нагревателя понижено и напряжение на инвертирующем входе ОУ DA1.2 меньше напряжения на неинвертирующем. На выходе (вывод 1) DA1.2 будет максимальное положительное напряжение. Выход DA1.2 нагружен последовательной цепью, состоящей из ограничительного резистора R8, светодиода HL1 и встроенного в оптрон U1 излучающего диода. Све-тодиодНЫ сигнализирует о включении нагревателя, а излучающий диод оптрона открывает встроенный фотосимистор. Выпрямленное мостом VD7 напряжение сети 220 В поступает на нагреватель. Диод VD5 будет закрыт этим напряжением. Высокий уровень напряжения с выхода DA1.2 через конденсатор СЗ воздействует на инвертирующий вход (вывод 6) ОУ DA1.1. На его выходе (вывод 7) возникает низкий уровень напряжения, которое через диод VD1 и резистор R6 уменьшит напряжение на инвертирующем входе ОУ DA1.2 ниже образцового. Это обеспечит поддержание высокого уровня напряжения на выходе этого ОУ Такое состояние остаётся стабильным в течение времени, которое задано дифференцирующей цепью C3R7. По мере зарядки конденсатора СЗ напряжение на резисторе R7 цепи падает, и когда оно станет ниже образцового, на выходе ОУ DA1.1 низкий уровень сигнала сменится высоким. Высокий уровень сигнала закроет диод VD1, и напряжение на инвертирующем входе DA1.2 станет выше образцового, что приведёт к смене на выходе ОУ DA1.2 высокого уровня сигнала низким и отключению светодиода HL1 и оптрона U1. Закрывшийся фотосимистор отключит мост VD7 и нагреватель паяльника от сети, а открытый диод VD5 подключит его к инвертирующему входу ОУ DA1.2. Погасший светодиод HL1 сигнализирует об отключении нагревателя. На выходе DA1.2 низкий уровень напряжения будет держаться до тех пор, пока в результате остывания нагревателя паяльника его сопротивление не понизится до точки переключения DA1.2, заданной, как уже сказано выше, образцовым напряжением с делителя R1R2. Конденсатор СЗ к тому времени успеет разрядиться через диод VD4. Далее, после переключения DA1.2, вновь включится оптрон U1 и весь процесс повторится. Время остывания нагревателя паяльника будет тем больше, чем выше температура всего паяльника и меньше расход тепла на процесс паяния. Конденсатор С1 уменьшает наводки и высокочастотные помехи из сети.

Читайте также:  После выключения света лампочка продолжает тускло гореть

Печатная плата размерами 42×37 мм изготовлена из односторонне фольги-рованного стеклотекстолита. Её чертёж и расположение элементов приведены на рис. 3.


Рис. 3. Печатная плата

Светодиод HL1, диоды VD1, VD4 — любые маломощные. Диод VD5 — любого типа на напряжение не менее 400 В. Стабилитроны КС456А1 заменимы на КС456А или один стабилитрон на 12 В с максимально допустимым током более 100 мА. Оксидный конденсатор СЗ надо обязательно проверить на утечку. При проверке конденсатора омметром его сопротивление должно быть больше 2 МОм. Конденсаторы С4, С5 — импортные плёночные на переменное напряжение 250 В или отечественные К73-17 на напряжение 400 В. Микросхема LM358P заменима на LM393R В этом случае правый по схеме вывод резистора R8 необходимо подключить к плюсовой линии питания узла управления, а анод светодиода HL1 — непосредственно к выходу DA1.2 (выводу 1). При этом диод VD1 можно не ставить. Сопротивление резистора R6 должно выбираться исходя из имеющегося нагревателя. Оно должно быть меньше сопротивления нагревателя в холодном состоянии примерно на 10 %. Сопротивление подстроечного резистора R5 выбирают так, чтобы интервал регулировки температуры не превышал 100 °С. Для этого вычисляют разность сопротивлений холодного и хорошо прогретого паяльника и умножают её на 3,5. Полученное значение и будет сопротивлением резистора R5 в омах. Тип резистора — любой многооборотный.

Собранный блок необходимо наладить. Цепь из резисторов R3—R5 временно заменяют двумя последовательно включёнными переменными или подстроенными сопротивлением 2,2 кОм и 200. 300 Ом. Далее блок с подключённым паяльником включают в сеть. Добившись движками временных резисторов нужной температуры жала, устройство отключают от сети. Резисторы отпаивают и измеряют общее сопротивление введённых частей. Из полученного значения вычитают половину вычисленного ранее сопротивления R5. Это и будет суммарное сопротивление постоянных резисторов R3, R4, которые выбирают из имеющихся в распоряжении по наиболее близкому к суммарному значению. В разрыв этой резистив-ной цепи можно поставить выключатель. При его выключении паяльник перейдёт на непрерывный нагрев. Для тех, кому нужен паяльник на несколько режимов пайки, предлагаю поставить переключатель и несколько резистивных цепей на разные режимы. Например, для мягкого припоя и для нормального припоя. При разрыве цепи — форсированный режим. Мощность применяемого паяльника ограничена предельным током выпрямительного моста КЦ407А (0,5 А) и оптрона МОС3063 (1 А). Поэтому для паяльников мощностью более 100 Вт необходимо установить более мощный выпрямительный мост, а опт-рон заменить оптоэлектронным реле нужной мощности.

Сравнение работы разных паяльников совместно с описанным устройством показало, что наиболее пригодны паяльники с керамическим нагревателем с большим ТКС. Внешний вид одного из вариантов собранного блока со снятой крышкой приведён на рис. 4.

Напоминаю о технике безопасности. Будьте внимательны, особенно при налаживании: блок не имеет гальванической развязки с питающим напряжением 220 В!

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Загрузка ...
Adblock
detector