Як зробити регулятор напруги для паяльника Паяльник із регулюванням температури. Опис схеми регулятора потужності, що підвищує

Основою стала стаття в журналі Радіо №10 за 2014р. Коли ця стаття потрапила на очі, мені сподобалася ідея та простота реалізації. Але сам я використовую малогабаритні низьковольтні паяльники.

Безпосередню схему для низьковольтних паяльників використовувати не можна через низький опір нагрівача паяльника і як наслідок значного струму вимірювального ланцюга. Я вирішив переробити схему.

Вийшла схема підходить для будь-якого паяльника з напругою живлення до 30В. Нагрівач якого має позитивний ТКС (гарячий має більший опір). Найкращий результат дасть керамічний нагрівач. Наприклад, можна запустити паяльник від паяльної станції зі згорілим термодатчиком. Але й паяльники з нагрівачем із ніхрому теж працюють.

Оскільки номінали у схемі залежать від опору та ТКС нагрівача, перш ніж реалізовувати треба вибрати і перевірити паяльник. Виміряти опір нагрівача в холодному та гарячому стані.

Також рекомендую перевірити реакцію на механічне навантаження. Один з моїх паяльників опинився з каверзою. Виміряйте опір холодного нагрівача короткочасно увімкніть та повторно проведіть вимірювання. Після прогріву вимірюючи опір натисніть на джало і легенько постукайте імітуючи роботу з паяльником, стежте на стрибки опору. Мій паяльник у результаті поводився як у нього не нагрівач, а вугільний мікрофон. У результаті при спробі роботи, трохи сильніше натискання призводило до відключення через збільшення опору нагрівача.

У результаті переробив зібрану схему під паяльник ЕПСП з опором нагрівача 6 ом. Паяльник ЕПСН це найгірший варіант для даної схеми, низький ТКС нагрівача та велика теплова інертність конструкції робить термостабілізацію млявою. Проте час нагріву паяльника скоротилося в 2 рази без перегріву, щодо нагрівання напругою, що дає приблизно таку ж температуру. І при тривалому лудженні чи пайці менше падіння температури.

Розглянемо алгоритм роботи.

1. У початковий момент часу на вході 6 U1.2 напруга близько 0, воно порівнюється з напругою з дільника R4, R5. На виході U1.2 утворюється напруга. (Резистор ПОС R6 збільшує гістерезис U1.2 для перешкод захисту.)

2. З виходу U1.2 напруга через резистор R8 відкриває Q1 транзистор. (Резистор R13 необхідний для гарантованого закриття Q1, якщо операційний підсилювач не може видати на виході напругу, що дорівнює негативному напрузі живлення)

3. Через нагрівач паяльника RN, діод VD3, резистор R9 та транзистор Q1 протікає вимірювальний струм. (Потужність резистора R9 і струм транзистора Q1 вибирають виходячи з величини вимірювального струму, при цьому падіння напрузі на паяльнику варто вибирати в районі 3 в, це компроміс між точністю вимірювання і потужністю розсіюється на R9. Якщо розсіювана потужність виходить занадто великий то можна збільшити опір R9 ,але точність стабілізації температури знизиться).

4. На вході 3 U1.1 при протіканні вимірювального струму з'являється напруга, залежна від співвідношення опорів R9 і RN, а також падіння напруги на VD3 і Q1, яке порівнюється з напругою дільника R1, R2, R3.

5. Якщо напруга на вході підсилювача 3 U1.1 перевищити напругу на вході 2 (холодний паяльник низький опір RN). На виході 1 U1.1 з'явиться напруга.

6. Напруга з виходу 1 U1.1 через розряджений конденсатор С2 та діод VD1 подає на вхід 6 U1.2, в результаті закриваючи Q1 і відключаючи R9 від вимірювального ланцюга. (Діод VD1 потрібен, якщо операційний підсилювач не допускає наявності на вході негативної напруги.)

7. Напруга з виходу 1 U1.1 через резистор R12 заряджає конденсатор С3 та ємність затвора транзистора Q2. І при досягненні порогової напруги транзистор Q2 відкривається, включаючи паяльник, при цьому діод VD3 закривається відключаючи опір нагрівача паяльника RN від вимірювального ланцюга. (Резистор R14 необхідний для гарантованого закриття Q2, якщо операційний підсилювач не може видати на виході напругу рівну негативному напрузі живлення, а також при вищому напругу живлення схеми на затворі транзистора напруга не перевищила 12 ст.)

8. Від вимірювального ланцюга відключено резистор R9 та опір нагрівача RN. Напруга на конденсаторі С1 підтримується резистором R7, компенсуючи можливі витоку через транзистор Q1 та діод VD3. Його опір має значно перевищувати опір нагрівача паяльника RN, щоб не вносити похибки у вимірі. При цьому конденсатор С3 був потрібен, щоб RN був відключений від вимірювального ланцюга після відключення R9, інакше схема не зафіксується в положенні нагріву.

9. Напруга з виходу U1.1 1 заряджає конденсатор С2 через резистор R10. Коли напруга на вході 6 U1.2 досягне половини напруги живлення, відкриється транзистор Q1 і почнеться новий цикл вимірювання. Час зарядки вибирається залежно від теплової інерції паяльника. його розмірів, для мініатюрного паяльника 0.5с для ЕПСП 5с . Робити занадто коротким цикл не варто, оскільки почнеться стабілізація тільки температури нагрівача. Вказані на схемі номінали дають тривалість циклу приблизно 0.5с.

10. Через відкритий транзистор Q1 та резистор R9 буде розряджений конденсатор С1. Після падіння напруги на вході 3 U1.1 нижче від входу 2 U1.1 на виході з'явиться низька напруга.

11. Низька напруга з виходу U1.1 1 через діод VD2 розрядить конденсатор С2. А також через ланцюжок резистор R12 конденсатор С3 закриє транзистор Q2.

12. При закритому транзисторі Q2 діод VD3 відкриється і через вимірювальний ланцюг RN, VD3, R9, Q1 потече струм. І розпочнеться зарядка конденсатора С1. Якщо паяльник нагрівся вище встановленої температури і опір RN збільшилося достатньо, щоб напруга на вході 3 U1.1 не перевищила напругу з дільника R1, R2, R3 на вході 2 U1.1, то на виході 1 U1.1 збережеться низька напруга. Такий стан триватиме до тих пір, поки паяльник не охолоне нижче встановленої резистором R2 температури, тоді повториться цикл роботи починаючи з першого пункту.

Вибір компонентів.

1. Операційний підсилювач я використав LM358 з нею схема може працювати до напруги 30 ст. Але можна використовувати TL 072 або NJM 4558 і т.д.

2. Транзистор Q1. Вибір залежить від величини вимірювального струму. Якщо струм близько 100 мА, то можна використовувати транзистори в мініатюрному корпусі, наприклад в корпусі SOT-23 2N2222 або BC -817, Для великих вимірювальних струмів можливо доведеться ставити потужніші транзистори в корпусі TO-252 або SOT -223 з максимальним струмом 1А більш наприклад, D 882, D1802 і.т.д.

3. Резистор R9. Найгарячіша деталь у схемі на ньому розсіюється майже весь вимірювальний струм, потужність резистора можна вважати (U^2)/R9 . Опір резистора підбирається, щоб падіння напруги під час вимірювання на паяльнику було близько 3В.

4. Діод VD3. Бажано для зменшення падіння напруги використовувати діод Шоттки із запасом струму.

5. Транзистор Q2. Будь-який силовий N MOSFET. Я використав знятий зі старої материнської плати 32N03.

6. Резистор R1, R2, R3. Сумарний опір резисторів може бути від одиниць кілоом до сотень кілоом, що дозволяє підібрати опори R1, R3 дільника, під наявний змінний резистор R2. Точно розрахувати значення резисторів дільника важко, оскільки у вимірювальному ланцюгу присутні транзистор Q1 і діод VD3, врахувати точне падіння напруги на них складно.

Зразкове співвідношення опорів:
Для холодного паяльника R1/(R2+R3)≈ RNхол/ R9
Для максимально нагрітого R1/R2 ≈ RNгор/ R9

7. Оскільки зміна опору для стабілізації температури набагато менша, ніж ома. То для підключення паяльника повинні використовуватися високоякісні роз'єми, а ще краще запаяти кабель паяльника до плати.

8. Усі діоди, транзистори та конденсатори повинні бути розраховані на напругу мінімум у півтора рази вище за напругу живлення.

Схема через наявність діода VD3 у вимірювальному ланцюгу має невелику чутливість до зміни температури та напруги живлення.Вже після виготовлення прийшла ідея, як зменшити ці ефекти.Необхідно замінити Q1 на N MOSFET з низьким опором у відкритому стані і додати ще один діод аналогічний VD3, Додатково обидва діоди можна з'єднати шматком алюмінію для теплового контакту.

Виконання.

Я виконав схему максимально використовуючи компоненти монтажу SMD. Резистори та керамічні конденсатори тип розміру 0805.Електроліти у корпусі В.Мікросхема LM358 у корпусі SOP-8. Діод ST34 у корпусі SMC. Транзистор Q1 можна монтувати в будь-якому з SOT-23, TO-252 або SOT -223 корпуси. Транзистор Q2 може бути в корпусах TO-252 або TO-263. Резистор R2 ВСП4-1. Резистор R9 як найгарячішу деталькраще розташувати поза платою, тільки для паяльників з потужністю менше 10Вт можна як R9 розпаяти 3 резистори 2512.

Плата із двох стороннього текстоліту. На одному боці мідь не труїться і використовується під землю на платі отвори, в які запаюються перемички, позначені як отвори з металізацією, інші отвори з боку суцільної міді зенкеруються свердлом більшого діаметру. Для плати треба роздруковувати в дзеркальному вигляді.

Небагато теорії. Або чому висока частота управління не завжди добре.

Якщо запитати, яка частота управління краще. Швидше за все буде відповідь, чим вище, тим краще, тобто точніше.

Спробую пояснити, як я розумію це питання.

Якщо брати варіант коли датчик знаходиться на кінчику жала, то ця відповідь правильна.

Але в нашому випадку датчиком є ​​нагрівач, хоча і в багатьох паяльних станціях датчик знаходиться не в шкоді, а поруч із нагрівачем. Ось для таких випадків така відповідь буде неправильною.

Почнемо з точності утримання температури.

Коли паяльник лежить на підставці і починають порівнювати регулятори температури, яка схема точніше тримає температуру і мова часто йде про цифри в один і менше градуса. Але чи така важлива точність температури в цей момент? Адже, по суті, важливіше утримання температури в момент паяння, тобто наскільки паяльник зможе утримати температуру при інтенсивному відборі потужності від жалу.

Уявимо спрощену модель паяльника. Нагрівач до якого підводиться потужність і жало від якого йде малий відбір потужності в повітря, коли паяльник лежить на підставці або великий під час паяння. Обидва ці елементи мають теплову інертність або інакше теплоємність, зазвичай нагрівач має значно нижчу теплоємність. Але між нагрівачем і жалом є тепловий контакт, який має свій тепловий опір, а це означає, щоб передати якусь потужність від нагрівача до жалу треба мати різницю температур. Тепловий опір між нагрівачем та жалом може мати різну величину залежно від конструкції. У китайських паяльних станціях теплопередача відбувається взагалі через повітряний зазор і в результаті паяльник потужність півсотні ват і по індикатору, що утримує температуру до градуса, не може пропаяти майданчик на платі. Якщо датчик температури знаходиться в шкоді, то можна просто збільшити температуру нагрівача. Але у нас датчик і нагрівач одне ціле і при збільшенні відбору потужності з жала в момент паяння температура жала падатиме оскільки через тепловий опір для передачі потужності потрібно падіння температури.

Цілком вирішити цю проблему не можна, але можна максимально зменшити. І дозволить це зробити нижча теплоємність нагрівача щодо жала. І так у нас протиріччя передачі потужності в жало треба збільшити температуру нагрівача для підтримки температури жала, але ми не знаємо температури жала оскільки вимірюємо температуру у нагрівача.

Варіант управління реалізований у цій схемі дозволяє розв'язати цю дилему простим способом. Хоча можна спробувати придумати і більш оптимальні моделі управління, але складність схеми зросте.

І так у схемі енергія в нагрівач подається фіксований час і він досить тривалий, щоб нагрівач встигав розігрівся значно вище за температуру стабілізації. Між нагрівачем і жалом з'являється значна різниця температур і відбувається передача теплової потужності жало. Після вимкнення нагрівання нагрівач і жало починають остигати. Нагрівник остигає передаючи потужність в жало, а жало остигає передаючи потужність у зовнішнє середовище. Але за рахунок меншої теплоємності нагрівач встигне охолонути до того, як температура жала значно зміниться, а також і під час нагрівання температура на шкоді не встигне сильно зміниться. Повторне включення відбудеться коли температура нагрівача впаде до температури стабілізації, оскільки передача потужності відбувається в основному в жало, то температура нагрівача в цей момент буде слабо відрізнятися від температури жала. І точність стабілізації буде тим вищою, чим менша теплоємність нагрівача і менше тепловий опір між нагрівачем і жалом.

Якщо тривалість циклу нагрівання буде занадто низькою (висока частота управління), то на нагрівачі не виникатимуть моменти перегріву, коли відбувається ефективне перенесення потужності в жало. І як наслідок в момент паяння буде сильне падіння температури джала.

При занадто великій тривалості нагрівання теплоємності жала не вистачатиме для згладжування кидків температури до прийнятної величини, і друга небезпека якщо при високій потужності нагрівача тепловий опір між нагрівачем і жалом велике, то можна отримати розігрів нагрівача вище за допустимі для його роботи температури, що призведе до його поломки.

У результаті як мені здається необхідно підбирати час задають елементи C2 R10 так, щоб при вимірюванні температури на кінці джала були видні незначні коливання температури. З урахуванням точності індикації тестера та інертності датчика помітні коливання в один або кілька градусів не призведуть до коливань реальної температури понад десяток градусів, а така нестабільність температури для радіоаматорського паяльника більш ніж достатня.

Ось що остаточно вийшло

Так як той паяльник на який спочатку розраховував виявився не придатним, то переробив у варіант під паяльник ЕПСН з 6-м нагрівачем. Без перегріву працював від 14в я подав на схему 19в, щоб запас на регулювання.

Допрацював під варіант із встановленням VD3та заміною Q1 на MOSFET. Плату не переробляв, просто встановив нові деталі.

Чутливість схеми до зміни напруги живлення повністю не зникла. Така чутливість не буде помітна на паяльниках з керамічним жалом, а для ніхрому помітно стає при зміні напруги живлення більше 10%.

Плата ЛУТ

Розпаювання не зовсім за схемою плати. Замість резисторів розпаяв діод VD5, розрізав доріжку до транзистора і просвердлив отвір під провід від резистора R9.

На передню панель виходять світлодіод та резистор. Плата кріпиться за змінний резистор, оскільки вона не велика і механічних навантажень не передбачається.

Остаточно схема придбала наступний вид вказую номінали, що вийшли у мене, під будь-який інший паяльник необхідно підбирати як писав вище. Опір нагрівача паяльника звичайно не точно 6 ом. Транзистор Q1 довелося брати цей із-за корпусу силовий не став просто змінювати хоча вони обидва можуть бути однакові. Резистор R9 навіть ПЕВ-10 нагрівається чутливо. Конденсатор С6 особливо не впливає на роботу, і я його прибрав. На платі ще розпаював кераміку паралельно С1, але нормально і без неї.

П.С. Цікаво якщо хтось збере для паяльника з керамічним нагрівачем, самому поки що перевірити нема на чому.Пишіть, якщо потрібні додаткові матеріали або пояснення.

При роботі з електричним паяльником температура його жала повинна залишатися постійною, що гарантує отримання високоякісного паяного з'єднання.

Однак у реальних умовах цей показник постійно змінюється, призводячи до остигання або перегріву нагрівального елемента та необхідності встановлювати в ланцюгах живлення спеціальний регулятор потужності паяльника.

Коливання температури натискання паяльного пристрою можуть бути пояснені такими об'єктивними причинами:

• нестабільність вхідної напруги живлення;
• великі теплові втрати при паянні об'ємних (масивних) деталей та провідників;
• значні коливання температури довкілля.

Для компенсації впливу цих факторів промисловістю освоєно випуск низки пристроїв, що мають спеціальний диммер для паяльника, що забезпечує підтримання температури тиску в заданих межах.

Однак за бажання заощадити на облаштуванні домашньої паяльної станції регулятор потужності цілком може бути виготовлений своїми руками. Для цього знання основ електроніки і гранична уважність при вивченні наведених нижче інструкцій.

Принцип роботи контролера паяльної станції

Відомо безліч схем саморобних регуляторів нагріву паяльника, що входять до складу станції, що експлуатується в домашніх умовах. Але всі вони працюють по тому самому принципу, що полягає в управлінні величиною потужності, що віддається в навантаження.

Поширені варіанти саморобних електронних регуляторів можуть відрізнятися за такими ознаками:

• вид електронної схеми;
• елемент, що використовується для зміни потужності, що віддається в навантаження;
• кількість ступенів регулювання та інші параметри.

Незалежно від варіанту виконання будь-який саморобний контролер паяльної станції є звичайним електронним комутатором, що обмежує або збільшує корисну потужність в нагрівальній спіралі навантаження.

Внаслідок цього основним елементом регулятора у складі станції або поза нею є потужний живильний вузол, що забезпечує можливість варіювання температури тиску в строго заданих межах.

Зразок класичної із вбудованим у неї регульованим модулем живлення наводиться на фото.

Перетворювачі на керованих діодах

Кожен із можливих варіантів виконання пристроїв відрізняється своєю схемою та регулюючим елементом. Існують схему регуляторів потужності на тиристорах, симисторах та інші варіанти.

Тиристорні пристрої

За своїм схемним рішенням більшість відомих блоків регулювання виготовляються за тиристорною схемою з керуванням від спеціально напруги, що формується для цих цілей.

Дворежимна схема регулятора на тиристорі низької потужності наводиться на фото.

За допомогою такого приладу вдається управляти паяльниками, потужність яких не перевищує 40 Ватт. Незважаючи на невеликі габарити і відсутність вентиляційного модуля, перетворювач практично не гріється при будь-якому допустимому режимі роботи.

Такий пристрій може працювати у двох режимах, один із яких відповідає стану очікування. У цій ситуації ручка варіюється за величиною резистора R4 встановлена ​​вкрай праве за схемою положення, а тиристор VS2 повністю закритий.

Живлення надходить на паяльник через ланцюжок з діодом VD4, на якому величина напруги знижується приблизно до 110 Вольт.

У другому режимі роботи регулятор напруги (R4) виводиться з правої позиції; причому в середньому його положенні тиристор VS2 трохи відкривається і починає пропускати змінний струм.

Перехід в цей стан супроводжується запаленням індикатора VD6, що спрацьовує при вихідному напругі живлення порядку 150 Вольт.

Шляхом подальшого обертання ручки регулятора R4 можна плавно збільшувати потужність на виході, піднімаючи його вихідний рівень до максимальної величини (220 Вольт).

Симісторні перетворювачі

Ще один спосіб організації управління паяльником передбачає застосування електронної схеми, побудованої на симисторі і розрахованої на навантаження невеликої потужності.

Ця схема працює за принципом зниження ефективного значення напруги на напівпровідниковому випрямлячі, до якого підключається корисне навантаження (паяльник).

Стан регулювального симистора залежить від положення "движка" змінного резистора R1, що змінює потенціал на його вході, що управляє. При повністю відкритому напівпровідниковому приладі потужність, що надходить у паяльник, знижується приблизно вдвічі.

Найпростіший варіант управління

Найпростіший регулятор напруги, що є «усіченим» варіантом двох розглянутих вище схем, передбачає механічне керування потужністю в паяльнику.

Такий регулятор потужності затребуваний в умовах, коли передбачаються тривалі перерви в роботі і не має сенсу тримати паяльник постійно включеним.

У розімкнутому положенні вимикача на нього надходить невелика по амплітуді напруга (приблизно 110 Вольт), що забезпечує невисоку температуру нагріву тиску.

Для приведення пристрою в робочий стан достатньо включити тумблер S1, після чого наконечник паяльника швидко нагрівається до потрібної температури і можна буде продовжити пайку.

Такий терморегулятор для паяльника дозволяє в проміжках між пайками знижувати температуру тиску до мінімального значення. Ця можливість забезпечує уповільнення окисних процесів у матеріалі наконечника та помітно продовжує термін його експлуатації.

На мікроконтролері

У тому випадку, коли виконавець повністю впевнений у своїх силах, йому можна буде взятися за виготовлення термостабілізатора паяльника, що працює на мікроконтролері.

Цей варіант регулятора потужності виконується у вигляді повноцінної паяльної станції, що має два робочі виходи з напругою 12 і 220 Вольт.

Перше з них має фіксовану величину і призначається для живлення мініатюрних слаботочних паяльників. Ця частина пристрою збирається за звичайною трансформаторною схемою, яку через її простоту можна не розглядати.

На другому виході зібраного власноруч регулятора для паяльника діє змінна напруга, амплітуда якої може змінюватися в діапазоні від 0 до 220 Вольт.

Схема цієї частини регулятора, суміщена з контролером типу PIC16F628A та цифровим індикатором вихідної напруги, наводиться також на фото.

Для безпечної експлуатації обладнання з двома вихідними напругами, що відрізняються за величиною, саморобний регулятор повинен мати різні по конструкції (несумісні між собою) розетки.

Подібна передбачливість унеможливлює помилки при підключенні паяльників, розрахованих на різні напруги.

Силова частина такої схеми виконана на симисторі марки ВТ 136600, а регулювання потужності в навантаженні здійснюється за допомогою комутатора кнопкового типу з десятьма положеннями.

Перемиканням кнопкового регулятора можна змінювати рівень потужності в навантаженні, що позначається цифрами від 0 до 9 (ці значення виводяться на табло вбудованого у пристрій індикатора).

Як приклад такого регулятора, зібраного за схемою з контролером SMT32, може бути розглянута станція, яка розрахована на підключення паяльників з жалами марки Т12.

Цей промисловий зразок пристрою, що управляє режимом нагріву паяльника, що підключається до нього, здатний регулювати температуру жала в діапазоні від 9-ти до 99-ти градусів.

З його допомогою також можливий автоматичний перехід у режим очікування, за якого температура наконечника паяльника знижується до встановленого інструкцією значення. Причому тривалість цього стану може регулюватися в інтервалі від 1 до 60 хвилин.

Додамо до цього, що в цьому пристрої також передбачено режим плавного зниження температури тиску протягом того ж регульованого проміжку часу (1-60 хвилин).

На завершення огляду регуляторів потужності паяльних пристроїв відзначимо, що їх виготовлення в домашніх умовах не є зовсім недоступним для рядового користувача.

За наявності певного досвіду роботи з електронними схемами та після уважного вивчення наведеного тут матеріалу будь-хто може впоратися з цим завданням цілком самостійно.

Типовою проблемою під час роботи з паяльником є ​​обгорання жала. Пов'язано це з великим нагрівом. Під час роботи паяльні операції вимагають різної потужності, тому доводиться використовувати паяльники з різною потужністю. Для захисту пристрою від перегріву та швидкості зміни потужності найкраще застосовувати паяльник із регулюванням температури. Це дозволить за лічені секунди змінити параметри роботи та продовжити термін експлуатації пристрою.

Історія походження

Паяльник – це інструмент, призначений для передачі тепла матеріалу при зіткненні з ним. Пряме призначення - створення нероз'ємного з'єднання у вигляді розплавлення припою.

До початку XX століття існували два типи паяльних пристроїв: газовий та мідний. В 1921 винахідник з Німеччини Ернст Сакс винайшов і зареєстрував патент на паяльник, нагрівання якого відбувався під дією електричного струму. В 1941 Карл Уеллер запатентував інструмент трансформаторного вигляду, що нагадує формою пістолет. Пропускаючи через свій наконечник струм, він швидко нагрівався.

Через двадцять років цей винахідник запропонував використовувати термоелемент у паяльнику для контролю температури нагрівання. У конструкцію входили спресовані одна з одною дві металеві пластинки з різним тепловим розширенням. З середини 60-х років через розвиток напівпровідникових технологій паяльний інструмент став випускатися імпульсного та індукційного типу роботи.

Види паяльників

Основна відмінність паяльних пристроїв полягає в їх максимальній потужності, від якої залежить температура нагріву. Крім цього, електричні паяльники розділяються за значенням напруги, що їх живить. Вони випускаються як для мережі змінної напруги 220 вольт, так і його постійного значення різної величини. Поділ паяльників відбувається також за видом та принципом дії.

За принципом роботи бувають:

• ніхромові;
• керамічні;
• імпульсні;
• індукційні;
• термоповітряні;
• інфрачервоні;
• газові;
• відкритого типу.

На вигляд вони бувають стрижневі та молоткові. Перші призначені для точкового нагрівання, а другі для прогрівання певної площі.

Принцип роботи

Більшість приладів в основі роботи використовують перетворення електричної енергії на теплову. Для цього у внутрішній частині пристрою знаходиться нагрівальний елемент. Але деякі типи пристроїв просто нагріваються на вогні або використовують підпалений спрямований потік газу.

У ніхромових пристроях використовується дротяна спіраль, якою пропускається струм. Спіраль розташовується на діелектриці. Нагріваючись, спіраль передає тепло мідному жалу. Температура нагріву регулюється термодатчиком, який при досягненні певного значення нагріву від'єднує спіраль від електричної лінії, а при охолодженні знову підключає її до неї. Термодатчик є не що інше, як термопара.

У керамічних паяльниках як нагрівачі використовуються стрижні. Регулювання в них найчастіше здійснюється методом зниження величини напруги, що подається на керамічні стрижні.

Індукційне обладнання працює рахунок індуктора. Жало покривається феромагнетиком. За допомогою котушки наводиться магнітне поле і з'являються у провіднику струми, що призводять до нагрівання джала. При роботі настає такий момент, що жало втрачає свої магнітні властивості, нагрівання зупиняється, а при охолодженні властивості повертаються і відновлюється нагрівання.

Робота імпульсних паяльників ґрунтується на використанні високочастотного трансформатора. Вторинна обмотка трансформатора має кілька витків, виконаних з товстого дроту, кінці якого є нагрівачами. Частотний перетворювач збільшує частоту вхідного сигналу, що знижується трансформаторі. Регулювання нагрівання відбувається за допомогою регулювання потужності.

Термоповітряний паяльник, або, як його називають, термофен, при роботі використовує гаряче повітря, яке нагрівається під час проходження через спіраль, виготовлену з ніхрому. Температуру в ньому можна регулювати як зниженням величини напруги, що подається на дріт, так і зміною потоку повітря.

Одним із видів паяльників стали пристрої, що використовують інфрачервоне випромінювання. В основі їх роботи лежить процес нагрівання випромінюванням із довжиною хвилі до 10 мкм. Для регулювання застосовується складний вузол управління, що змінює як довжину хвилі, і її інтенсивність.

Газові є звичайні пальники, замість жала використовують сопла різного діаметра. Управління температурою практично неможливе, крім зміни інтенсивності виходу газу за допомогою заслінки.

Розуміючи принцип роботи паяльника, можна не тільки здійснити його ремонт своїми руками, але й доопрацювати його конструкцію, наприклад, зробити його регульованим.

Пристрої для регулювання

Ціна паяльників із регулюванням температури перевищує ціну звичайних пристроїв у кілька разів. Тому в деяких випадках є сенс купити звичайний хороший паяльник, а регулятор виконати самому. Таким чином, управління паяльним обладнанням виконується двома способами контролю:

• потужністю;
• температурою.

Контроль температури дозволяє досягти більш точних показників, але реалізувати простіше керування потужністю. При цьому регулятор можна виконати незалежним та підключати до нього різні прилади.

Універсальний стабілізатор

Паяльник з терморегулятором можна виготовити, використовуючи заводське виконання диммер або сконструювати за його аналогією самостійно. Діммер - це регулятор, за допомогою якого змінюється потужність, що підводиться до паяльнику. У мережі 220 вольт протікає струм змінної величини із синусоїдальною формою. Якщо цей сигнал обрізати, то паяльник подаватиметься вже спотворена синусоїда, отже, зміниться і величина потужності. Для цього перед навантаженням у розрив включається пристрій, який пропускає струм лише в момент досягнення сигналом певної величини.

Дімери розрізняють за принципом дії. Вони можуть бути:

• аналоговими;
• імпульсними;
• комбінованими.

Схема диммера реалізується з використанням різних радіокомпонентів: тиристорів, симисторів, спеціалізованих мікросхем. Найпростіша модель диммера випускається з механічною ручкою регулятора. Принцип дії моделі заснований на зміні опору ланцюга. По суті, це той самий реостат. Димери на симісторах обрізають передній фронт вхідної напруги. Контролери використовують у роботі складну електронну схему зниження напруги.

Самостійно виконати димер простіше, використовуючи для цього тиристор. Для схеми не знадобляться дефіцитні деталіі збирається вона простим навісним монтажем.

Робота пристрою заснована на можливості відкривання тиристора в моменти часу при подачі сигналу на його висновок, що управляє. Вхідний струм, надходячи на конденсатор через ланцюжок резисторів, заряджає його. У цьому диністор відкривається і пропускає крізь себе короткочасно струм, що надходить управління тиристора. Конденсатор розряджається та тиристор закривається. При наступному циклі все повторюється. Змінюючи опір ланцюга, регулюється тривалість заряду конденсатора, отже час відкритого стану тиристора. Таким чином, встановлюється час, протягом якого паяльник підключається до мережі 220 вольт.

Простий терморегулятор

Використовуючи як основу стабілітрон TL431, можна зібрати простий терморегулятор своїми руками. Така схема складається з недорогих радіокомпонентів і практично не потребує настроювання.

Стабілітрон VD2 TL431 включений за схемою компаратора з одним входом. Розмір необхідної напруги визначається дільником, зібраним на резисторах R1-R3. Як R3 використовується термістор, властивість якого полягає у зменшенні опору при нагріванні. За допомогою R1 встановлюється значення температури, коли пристрій відключає паяльник від живлення.

При досягненні на стабілітроні значення сигналу, що перевищує 2,5 вольта, він пробивається і через нього надходить харчування на комутаційне реле K1. Реле подає сигнал на керуючий виведення симистора і паяльник вмикається. При нагріванні опір термодатчика R3 зменшується. Напруга на TL431 опускається нижче порівнюваного і ланцюг живлення симістора розривається.

Для паяльного інструменту потужністю до 200 Вт можна використовувати сімістор без радіатора. Як реле підійде РЕС55А з робочою напругою 12 вольт.

Підвищення потужності

Трапляється так, що виникає потреба не лише зменшити потужність паяльного обладнання, а й навпаки, збільшити. Сенс ідеї полягає в тому, що можна використовувати напругу, що виникає на мережевому конденсаторі, значення якого становить 310 вольт. Зумовлено це тим, що мережна напруга має амплітудне значення більше, ніж її ефективне в 1,41 рази. З цієї напруги формуються імпульси прямокутної амплітуди.

Змінюючи коефіцієнт заповнення, можна керувати ефективним значенням імпульсного сигналу від нуля до 1,41 ефективного значення вхідної напруги. Таким чином, потужність нагріву паяльника змінюватиметься від нуля до подвійної номінальної потужності.

Вхідна частина є стандартно зібраним випрямлячем. Вихідний блок виконаний на польовому транзисторі VT1 IRF840 та здатний комутувати паяльник з потужністю 65 Вт. Управління роботою транзистора відбувається мікросхемою із широтно-імпульсною модуляцією DD1. Конденсатор С2 стоїть у коригуючому ланцюжку і задає частоту генерації. Живлення мікросхеми складає радіодеталях R5, VD4, C3. Діод VD5 використовується захисту транзистора.

Паяльна станція

Паяльна станція, це в принципі, той самий регульований паяльник. Її відмінність від нього в наявності зручної індикації та додаткових пристроїв, що допомагають полегшити процес паяння. Зазвичай до такого обладнання підключається електричний паяльник та фен. Якщо є досвід радіоаматора, можна спробувати зібрати схему паяльної станції власноруч. У її основі лежить мікроконтролер (МК) ATMEGA328.

Програмується такий МК на програматорі, для цього підійде Adruino або саморобний пристрій. До мікроконтролера підключається індикатор, як який використовується рідкокристалічний дисплей LCD1602. Управління станцією просте, цього використовується змінний опір на 10 кОм. Поворотом першого виставляється температура паяльника, другого – фена, а третім можна зменшити чи збільшити потік повітря фена.

Польовий транзистор, що працює у ключовому режимі, разом із симістором встановлюється на радіатор через діелектричну прокладку. Світлодіоди використовуються з малим споживанням струму, трохи більше 20 мА. Паяльник та фен, що підключаються до станції, повинні мати вбудовану термопару, сигнал з якої обробляється МК. Рекомендована потужність паяльника 40 Вт, а фена – не більше 600 Вт.

Джерело живлення потрібно на 24 вольти зі струмом не менше двох ампер. Для живлення можна використовувати готовий адаптер від моноблока або ноутбука. Крім стабілізованої напруги він містить різноманітний захист. А можна виконати і самостійний аналоговий тип. Для цього знадобиться трансформатор з вторинною обмоткою, розрахованою на 18–20 вольт, та випрямний міст із конденсатором.

Після збирання схеми проводиться її налагодження. Усі операції полягають у підстроюванні температури. Насамперед виставляється температура на паяльнику. Наприклад, на індикаторі виставляємо 300 градусів. Потім, притиснувши термометр до жалу, за допомогою резистора, що регулюється, встановлюється температура, що відповідає реальним показанням. Так само калібрується і температура фена.

Всі радіоелементи зручно придбати у китайських інтернет-магазинах. Такий пристрій без урахування саморобного корпусу обійдеться близько ста доларів США з усім приладдям. Прошивку для пристрою можна завантажити тут: http://x-shoker.ru/lay/pajalnaja_stancija.rar.

Звичайно, зібрати радіоаматору-початківцю цифровий регулятор температури своїми руками буде складно. Тому можна придбати готові модулі стабілізації температури. Вони є плати з розпаяними роз'ємами і радіодеталями. Знадобиться лише купити корпус або виготовити його самостійно.

Таким чином, використовуючи стабілізатор нагріву паяльника, легко досягти його універсальності. При цьому діапазон зміни температури досягається від 0 до 140 відсотків.

Я впевнений, що кожен радіоаматор стикався з проблемою доріжок на гетинаксі і пухкого олова. Причиною є перегріте або недостатньо нагріте жало паяльника. Як вирішити цю проблему? Так дуже просто, вірніше дуже простим пристроєм, збірка якого буде під силу навіть радіоаматору-початківцю. Принципова схема регулятора колись публікувалася у журналі Радіо:

Про принцип роботи: ця схема дозволяє регулювати потужність паяльника або лампи від 50 до 100%. У нижньому положенні потенціометра тиристор VS1 закритий і живлення навантаження відбувається через VD2, тобто напруга зменшується наполовину. При обертанні потенціометра керуюча схема починає відкривати тиристор і відбувається поступове підвищення напруги.

Друк можна взяти . На платі два резистори Р5 – не лякайтеся, просто потрібного номіналу не було. За бажання друку можна мініатюризувати, у мене вона розмашиста з принципу - в безтрансформаторних і силових схемах завжди розводжу з розмахом - безпечніше.

Схема за рік використовувалася дуже часто і не мала жодної відмови.

Увага! Регулятор паяльника має безтрансформаторне живлення 220 В. Дотримуйтесь правил безпеки і випробовуйте схему тільки через лампочку - сотку!

Багато паяльників продаються без регулятора потужності. При включенні до мережі температура підвищується до максимальної і залишається в такому стані. Для її регулювання необхідно відключати прилад від джерела живлення. У таких паяльників флюс моментально випаровується, утворюються оксиди і жало перебуває у постійно забрудненому стані. Його часто доводиться чистити. Для припаювання великих компонентів потрібна висока температура, а невеликі деталі можна спалити. Щоб уникнути таких проблем, роблять регулятори потужності.

Як зробити надійний регулятор потужності для паяльника своїми руками

Регулятори потужності допомагають керувати ступенем нагрівання паяльника.

Підключення готового регулятора потужності нагрівання

Якщо у вас немає можливості або бажання возитися з виготовленням плати та електронними компонентами, можете купити готовий регулятор потужності в магазині радіотоварів або замовити в інтернеті. Регулятор ще називають димером. Залежно від потужності, пристрій коштує 100-200 рублів. Можливо, після покупки вам доведеться трохи доопрацювати його. Дімери до 1000 Вт зазвичай продаються без радіатора охолодження.

Регулятор потужності без радіатора

А пристрої від 1000 до 2000 Вт із маленьким радіатором.

Регулятор потужності із маленьким радіатором

І лише потужніші продаються з великими радіаторами. Але насправді диммер від 500 Вт повинен мати невеликий радіатор охолодження, а від 1500 Вт вже встановлюють великі алюмінієві пластини.

Китайський регулятор потужності з великим радіатором

Зважте на це при підключенні приладу. У разі потреби встановіть потужний радіатор охолодження.

Доопрацьований регулятор потужності

Для правильного підключення пристрою до ланцюга подивіться на зворотний бік друкованої плати. Там вказані клеми входу IN та виходу OUT. Вхід підключається до розетки, а вихід до паяльника.

Позначення клем входу та виходу на платі

Монтаж регулятора провадиться різними способами. Для їх здійснення не потрібні спеціальні знання, а з інструментів вам знадобляться лише ніж, дриль та викрутка. Наприклад, можна включити диммер у шнур живлення паяльника. Це найлегший варіант.

1. Розріжте кабель паяльника на дві частини.
2. Підключіть обидва дроти до клем плати. Відрізок із вилкою прикрутіть до входу.
3. Підберіть відповідний за розміром пластиковий корпус, проробіть у ньому два отвори та встановіть туди регулятор.

Ще один простий спосіб: можна встановити регулятор та розетку на дерев'яну підставку.

До такого регулятора можна підключати не лише паяльник. Тепер розглянемо складніший, але компактний варіант.

1. Візьміть велику вилку від непотрібного блоку живлення.
2. Вийміть із неї наявну плату з електронними компонентами.
3. Просвердліть отвори для ручки диммера та двох клем під вхідну вилку. Клеми продаються у радіомагазині.
4. Якщо ваш регулятор зі світловими індикаторами, то для них також зробіть отвори.
5. Встановіть у корпус вилки диммер та клеми.
6. Візьміть переносну розетку та увімкніть у мережу. Вставте штепсель з регулятором.

Цей пристрій, як і попередній, дозволяє підключати різні прилади.

Саморобний двоступінчастий регулятор температури

Найпростіший регулятор потужності – двоступінчастий. Він дозволяє перемикатися між двома значеннями: максимальним та половиною від максимального.

Двоступінчастий регулятор потужності

Коли ланцюг у розімкнутому стані, струм протікає через діод VD1. Вихідна напруга 110 В. При замиканні ланцюга вимикачем S1 струм обходить діод, оскільки він підключений паралельно і на виході виходить напруга 220 В. Діод підбирайте відповідно до потужності паяльника. Вихідна потужність регулятора розраховується за формулою: P = I*220, де I – струм діода. Наприклад, для діода зі струмом 0,3 А потужність вважається так: 0,3*220 = 66 Вт.

Так як наш блок складається всього з двох елементів, його можна розмістити в корпусі паяльника за допомогою навісного монтажу.

1. Припаяйте паралельно деталі мікросхеми одна до одної безпосередньо з використанням лапок самих елементів та дротів.
2. З'єднайте із ланцюгом.
3. Залийте все епоксидною смолою, яка служить ізолятором та захистом від зсувів.
4. У ручці зробіть отвір під кнопку.

Якщо корпус дуже малий, скористайтеся перемикачем для світильника. Вмонтуйте його в шнур паяльника та вставте паралельно вимикачу діод.

Перемикач для світильника

На симисторі (з індикатором)

Розглянемо просту схему регулятора на симисторі та виготовимо друковану плату йому.

Регулятор потужності на симісторі

Виготовлення друкованої плати

Так як схема дуже проста, немає сенсу через неї встановлювати комп'ютерну програму для обробки електросхем. Тим більше, що для друку потрібен спеціальний папір. І не всі мають лазерний принтер. Тому підемо найпростішим шляхом виготовлення друкованої плати.

1. Візьміть шматок текстоліту. Відріжте необхідний мікросхеми розмір. Поверхню зашкурьте та знежирте.
2. Візьміть маркер для лазерних дисків та намалюйте схему на текстоліті. Щоб не помилитись, спочатку малюйте олівцем.
3. Далі, приступаємо до травлення. Можна купити хлорне залізо, але після нього погано відмивається раковина. Якщо випадково капніть на одяг, залишаться плями, які неможливо остаточно вивести. Тому використовуватимемо безпечний і дешевий метод. Підготуйте пластикову ємність для розчину. Влийте перекис водню 100 мл. Додайте підлогу столової ложки солі та пакетик лимонної кислоти до 50 г. Розчин виготовляється без води. Із пропорціями можна експериментувати. І завжди робіть свіжий розчин. Мідь має вся стравитися. На це йде близько години.
4. Промийте плату під струменем колодної води. Висушіть. Просвердліть отвори.
5. Протріть плату спиртом - каніфольним флюсом або звичайним розчином каніфолі в ізопропіловому спирті. Візьміть трохи припою та залудіть доріжки.

Для нанесення схеми текстоліт можна зробити ще простіше. Намалювати схему на папері. Приклеїти її скотчем до вирізаного текстоліту та просвердлити отвори. І лише після цього малювати схему маркером на платі та цькувати її.

Монтаж

Підготуйте всі необхідні компоненти для монтажу:

• котушка з припоєм;
• штирі у плату;
• симистор bta16;
• конденсатор на 100 нФ;
• постійний резистор на 2 кому;
• диністор db3;
• змінний резистор із лінійною залежністю на 500 кОм.

Починайте монтаж плати.

1. Відкусіть чотири штирі і впаяйте їх у плату.
2. Встановіть диністор та інші деталі, крім змінного резистора. Симистор припаюйте останнім.
3. Візьміть голку та щіточку. Почистіть проміжки між доріжками, щоб усунути можливе замикання.
4. Візьміть алюмінієвий радіатор для охолодження симистора. Просвердліть у ньому отвір. Сімістор вільним кінцем з отвором буде закріплений на алюмінієвий радіатор для охолодження.
5. Дрібним наждачним папером зачистіть область кріплення елемента. Візьміть теплопровідну пасту марки КПТ-8 та нанесіть невелику кількість пасти на радіатор.
6. Закріпіть симистор гвинтом та гайкою.
7. Акуратно відігніть плату так, щоб симістор прийняв вертикальне положення по відношенню до неї. Для того, щоб конструкція стала компактною.
8. Оскільки всі деталі нашого пристрою знаходяться під напругою мережі, для регулювання будемо застосовувати ручку із ізолюючого матеріалу. Це дуже важливо. Металеві утримувачі тут застосовувати небезпечно для життя. Одягніть пластмасову ручку на змінний резистор.
9. Шматком дроту з'єднайте крайній та середній висновки резистора.
10. Тепер до крайніх висновків припаяйте два дроти. Протилежні кінці проводів з'єднайте із відповідними висновками на платі.
11. Візьміть розетку. Зніміть верхню кришку. Підключіть два дроти.
12. Припаяйте до плати один провід від розетки.
13. А другий підключіть до проводу двожильного кабелю з вилкою. У мережевого шнура залишилася одна вільна жила. Припаяйте її до відповідного контакту на друкованій платі.

Фактично виходить, що регулятор послідовно включений в ланцюг живлення навантаження.

Схема підключення регулятора до ланцюга

Якщо захочете встановити світлодіодний індикатор регулятор потужності, то використовуйте іншу схему.

Схема регулятора потужності зі світлодіодним індикатором

Тут додані діоди:

• VD 1 – діод 1N4148;
• VD 2 – світлодіод (індикація роботи).

Схема з симістором дуже громіздка для включення в рукоять паяльника, як у випадку з двоступінчастим регулятором, тому її треба підключити зовні.

Установка конструкції в окремий корпус

Усі елементи цього пристрою знаходяться під напругою мережі, тому не можна використовувати металевий корпус.

1. Візьміть пластикову коробочку. Намітьте, як у ній розміщуватиметься плата з радіатором і з якого боку підключатиме мережевий шнур. Просвердліть три отвори. Два крайні потрібні для кріплення розетки, а середнє для радіатора. Головка гвинта, до якого кріпиться радіатор, повинна бути захована під розеткою через електробезпеку. Радіатор має контакт зі схемою, а вона має безпосередній контакт із мережею.
2. Зробіть ще один отвір збоку корпусу мережного кабелю.
3. Встановіть гвинт кріплення радіатора. З протилежного боку надягніть шайбу. Прикрутіть радіатор.
4. Просвердліть отвір відповідного розміру під потенціометр, тобто під ручку змінного резистора. Вставте деталь у корпус та закріпіть штатною гайкою.
5. Накладіть розетку на корпус і просвердліть два отвори під дроти.
6. Закріпіть розетку двома гайками на М3. Вставте дроти в отвори та закрутіть кришку гвинтом.
7. Прокладіть дроти усередині корпусу. Один із них припаяйте до плати.
8. Інший до жили мережного кабелю, який попередньо вставте у пластиковий корпус регулятора.
9. Заізолюйте місце з'єднання ізолентою.
10. Вільний дріт шнура з'єднайте з платою.
11. Закрийте корпус кришкою та закрутіть гвинтами.

Регулятор потужності входить у мережу, а паяльник - в розетку регулятора.

Відео: монтаж схеми регулятора на симисторі та складання в корпусі

На тиристорі

Регулятор потужності можна зробити на тиристорі bt169d.

Регулятор потужності на тиристорі

Компоненти схеми:

• VS1 – тиристор BT169D;
• VD1 – діод 1N4007;
• R1 – резистор 220k;
• R3 – резистор 1k;
• R4 – резистор 30k;
• R5 – резистор 470E;
• C1 – конденсатор 0,1mkF.

Резистори R4 та R5 є дільниками напруги. Вони знижують сигнал, тому що тиристор bt169d малопотужний і дуже чутливий. Схема збирається аналогічно регулятору на симисторі. Оскільки тиристор слабкий, він перегріватиметься. Тому радіатор охолодження не потрібен. Таку схему можна вмонтувати в невелику коробку без розетки та з'єднати послідовно з проводом паяльника.

Регулятор потужності у маленькому корпусі

Схема на потужному тиристорі

Якщо в попередній схемі замінити тиристор bt169d більш потужний ку202н і прибрати резистор R5, то вихідна потужність регулятора підвищиться. Такий регулятор збирається із радіатором на тиристорі.

Схема на потужному тиристорі

На мікроконтролері з індикацією

Простий регулятор потужності зі світловою індикацією можна зробити на мікроконтролері.

Схема регулятора на мікроконтролері ATmega851

Підготуйте такі компоненти для його збирання:

За допомогою кнопок S3 та S4 буде змінюватися потужність та яскравість світлодіода. Схема збирається аналогічно до попереднього.

Якщо ви хочете, щоб прилад показував відсоток потужності замість простого світлодіода, то використовуйте іншу схему і відповідні компоненти, включаючи числовий індикатор.

Схема регулятора на мікроконтролері PIC16F1823

Схему можна вмонтувати у розетку.

Регулятор на мікроконтролері у розетці

Перевірка та регулювання схеми блоку терморегулятора

Перед підключенням блоку до інструмента випробувайте його.

1. Візьміть зібрану схему.
2. З'єднайте її з мережним дротом.
3. Підключіть лампу на 220 до плати та симистору або тиристору. Залежно від вашої схеми.
4. Мережевий провід вставте в розетку.
5. Повертайте ручку змінного резистора. Лампа повинна змінювати ступінь розжарювання.

Схема із мікроконтролером перевіряється аналогічно. Тільки на цифровому індикаторі буде відображатися відсоток вихідної потужності.

Для регулювання схеми змінюйте резистори. Чим більший опір, тим менша потужність.

Нерідко доводиться ремонтувати чи допрацьовувати різні прилади, використовуючи паяльник. Від якості паяння залежить робота цих пристроїв. Якщо ви придбали паяльник без регулятора потужності, обов'язково встановіть його. При постійному перегріві постраждають не тільки електронні компоненти, але і паяльник.