Регулятор мощности для паяльника — это устройство, которое позволяет контролировать процесс пайки. Качество данного процесса можно значительно увеличить, если взять под контроль основные параметры. Паяльник — это необходимый инструмент в домашнем хозяйстве для человека, который любит все делать своими руками.
Главной характеристикой пайки является максимальная температура на жале паяльника. Регулятор мощности для паяльника обеспечивает изменение ее в нужном режиме. Это позволяет не только улучшить качество соединения металлов, но и увеличить срок службы самого аппарата.
Для чего нужен регулятор?
Пайка металлов производится за счет того, что расплавленный припой заполняет пространство между соединяемыми заготовками и частично проникает в их материал. Прочность соединительного шва во многом зависит от качества расплава, т.е. от температуры его разогрева. Если жало паяльника имеет недостаточную температуру, то приходится увеличивать время разогрева, что может разрушить материал деталей и ведет к преждевременному выходу из строя самого прибора. Избыточный прогрев присадочного металла приводит к образованию продуктов термического разложения, что заметно снижает качество шва.
Температура рабочей зоны жала паяльника и время ее набора зависят от мощности нагревательного элемента. Плавное изменение напряжения позволяет подобрать оптимальный режим работы нагревателя. Следовательно, главная задача, которую должен решить регулятор мощности для паяльника, это установка нужной величины электрического напряжения и поддержание ее в процессе пайки.
Вернуться к оглавлению
Простейшие схемы
Самая простая схема регулятора мощности для паяльника приведена на рис.1. Такая схема известна уже более 30 лет и прекрасно показала себя в домашних условиях. Она позволяет паять детали при регулировании мощности в пределах 50-100%.
Такая элементарная схема собрана на выводных концах переменного резистора R1 и объединяется четырьмя точками спаивания. Положительный вывод конденсатора С1, ножку резистора R2 и управляющий электрод тиристора VD2 спаивают вместе. Корпус тиристора исполняет роль анода, поэтому его следует изолировать. Вся схема имеет небольшие размеры и помещается в корпус от ненужного блока питания любого прибора.
На стенке корпуса сверлится отверстие диаметром 10 мм, в котором закрепляется переменный резистор своей резьбовой ножкой. В качестве нагрузки можно использовать любую лампочку мощностью 20-40 Вт. Патрон с лампочкой закрепляется в корпусе, а верх лампочки выводится в отверстие, для того чтобы работу устройства можно было контролировать по ее свечению.
Детали, которые следует использовать в рекомендованной схеме: диод 1N4007 (можно любой аналогичный на ток 1 А и напряжение до 600 В); тиристор КУ101Г; конденсатор электролитический емкостью 4,7 мкФ на напряжение 100 В; резистор 27-33 кОм мощностью до 0,5 Вт; переменный резистор СП-1 сопротивлением до 47 кОм. Регулятор мощности паяльника с такой схемой показал себя надежно с паяльниками типа ЭПСН.
Простая, но более современная схема может основываться на замене тиристора и диода симистором, а в качестве нагрузки также может использоваться неоновая лампочка типа МН3 или МН4. Рекомендуются следующие детали: симистор КУ208Г; электролитический конденсатор 0,1 мкФ; переменный резистор до 220 кОм; два резистора сопротивлением 1 кОм и 300 Ом.
Вернуться к оглавлению
Усовершенствование конструкции
Регулятор мощности, собранный на базе простейшей схемы, дает возможность поддержания режима пайки, но не гарантирует полной стабильности процесса. Существует ряд достаточно простых конструкций, позволяющих обеспечить стабильное поддержание и регулирование температуры на жале паяльника.
Электрическую часть прибора можно условно разделить на силовой участок и схему управления. Силовая функция определяется тиристором VS1. Напряжение от электрической сети (220 В) подается в схему регулирования с анода этого тиристора.
Управление работой силового тиристора осуществляется на базе транзисторов VT1 и VT2. Питание управляющей системы обеспечивается параметрическим стабилизатором, включающим в себя сопротивление R5 (для устранения избыточного напряжении) и стабилитрон VD1 (для ограничения увеличения напряжения). Переменный резистор R2 обеспечивает ручное регулирование напряжения на выходе прибора.
Сборка регулятора с монтажа силового участка схемы происходит так. К выводам тиристора подпаиваются ножки диода VD2. Ножки сопротивления R6 присоединяются к управляющему электроду и катоду тиристора, а одна ножка сопротивления R5 — к аноду тиристора, вторая ножка — к катоду стабилитрона VD1. Управляющий электрод соединяется с блоком управления путем присоединения к эмиттеру транзистора VT1.
Основу блока управления составляют кремниевые транзисторы КТ315 и КТ361. С их помощью задается величина напряжения, создающегося на управляющем электроде тиристора. Тиристор пропускает ток только в том случае, если на его управляющий электрод подается отпирающее напряжение, причем его величина определяет силу пропускаемого тока.
Вся схема регулятора имеет малогабаритное исполнение и легко помещается в корпус накладной розетки. Следует подбирать пластмассовый корпус для упрощения сверления отверстий. Силовую часть и блок управления целесообразно собирать на разных панельках, а затем соединить тремя проводами. Самый оптимальный вариант — это сборка панелей на текстолите с покрытием фольгой, но на практике все соединения можно произвести тонкими проводами и собрать панели на любой изоляционной пластине (даже на плотном картоне).
Вернуться к оглавлению
Сборка регулятора мощности своими руками
Сборка устройства производится внутри корпуса розетки. К контактам розетки подключаются выводные концы, что даст возможность подключения паяльника простым вставлением его вилки в гнезда розетки. В корпусе, вначале, следует закрепить переменный резистор, а его резьбовую часть вывести наружу через просверленное отверстие. Затем следует поместить в корпус тиристор с навешенной силовой частью. Окончательно в любое свободное место устанавливается панелька управления. Снизу розетка закрывается крышкой. На ввод силовой части подсоединяется шнур с вилкой, который выводится из корпуса розетки для подключения к электрической сети.
Перед подключением паяльника регулятор мощности следует проверить. Для этого на выводы устройства (в розетку) подключается вольтметр или мультиметр. На ввод устройства подается напряжение 220 В. Плавно вращая ручку переменного резистора, наблюдают за изменением показания прибора. Если напряжение на выходе регулятора плавно увеличивается, то устройство собрано правильно. Практика использования прибора показывает, что оптимальное значение выходного напряжения — 150 В. Это значение и следует зафиксировать красной меткой, указывающей положение ручки переменного резистора. Целесообразно отметить несколько значений напряжения.
Я уверен, что каждый радиолюбитель сталкивался с проблемой отваливающихся дорожек на гетинаксе и рыхлого олова. Причиной тому является перегретое или недостаточно нагретое жало паяльника. Как решить эту проблему? Да очень просто, вернее очень простым устройством, сборка которого будет под силу даже начинающему радиолюбителю. Принципиальная схема регулятора когда-то публиковалась в журнале Радио :
О принципе работы: сия схема дает возможность регулировать мощность паяльника или лампы от 50 до 100%. В нижнем положении потенциометра тиристор VS1 закрыт, и питание нагрузки происходит через VD2, то есть напряжение уменьшается наполовину. При вращении потенциометра управляющая схема начинает открывать тиристор и происходит постепенное повышение напряжения.
Печатку можно взять . На плате два резистора Р5 - не пугайтесь, просто нужного номинала не было. При желании печатку можно миниатюризировать, у меня она размашистей из принципа - в бестрансформаторных и силовых схемах всегда развожу с размахом - безопаснее.
Схема за год использовалась очень часто и не имела ни одного отказа.
Внимание! Регулятор паяльника имеет бестрансформаторное питание 220 В. Соблюдайте правила безопасности и испытывайте схему только через лампочку - сотку!
Для многих опытных радиолюбителей изготовление регулятора мощности для паяльника своими руками вполне обычное дело. Для начинающих из-за отсутствия опыта такие конструкции представляют определенную сложность. Основная проблема — подключение к сети питания 220 В. При наличии ошибок в схеме или монтаже может возникнуть довольно неприятный эффект, сопровождаемый громким звуком и отключением напряжения. Поэтому при отсутствии опыта желательно вначале приобрести простейшее устройство для регулировки мощности, а после его эксплуатации и изучения на основе приобретенного опыта изготовить свое, более совершенное.
Электрический паяльник, это ручной инструмент предназначенный для расплавления припоя и разогрева до нужной температуры соединяемых деталей.
Для предотвращения аварийных ситуаций следует на рабочем месте установить автоматический выключатель с небольшим максимально допустимым током и одной или двумя розетками. Розетки нужно использовать для первичного подключения изготовленных устройств. Такая мера безопасности позволит избежать общего отключения и походов к щитку, а также язвительных комментариев от членов семейства.
Ступенчатый регулятор мощности
Для изготовления регулирующего устройства нужно подобрать:
- трансформатор на 220 В с мощностью, превышающей мощность паяльника на 20-25% (напряжение на вторичной обмотке должно быть не менее 200 В);
- переключатель на 3-4 положения, можно больше. Максимально допустимый ток контактов должен соответствовать потребляемому току паяльника;
- корпус необходимого размера;
- шнур с вилкой;
- розетку.
Также понадобятся крепежные элементы, шурупы, винты с гайками. Вторичную обмотку следует перемотать, установив выводы на напряжение от 150 до 220 В. Количество выводов будет зависеть от типа переключателя, напряжение на выводах желательно распределить равномерно. В цепь питания можно установить выключатель и индикатор напряжения для отображения состояния вкл/выкл.
Устройство работает следующим образом. При наличии питания на первичной обмотке на вторичной образуется напряжение соответствующей величины. В зависимости от положения переключателя S1 на паяльник будет поступать напряжение от 150 до 220 В. Меняя положение переключателя, можно изменять температуру нагрева. При наличии деталей изготовить такое устройство по силам даже новичку.
Регулятор с плавной регулировкой мощности
Эта схема позволяет собрать компактный регулятор небольших размеров с плавной регулировкой потребляемой мощности. Устройство можно смонтировать в розетке или корпусе зарядного устройства от мобильного телефона. Устройство может работать с нагрузкой до 500 Вт. Для изготовления понадобятся:
- тиристор КУ208Г или его аналоги;
- диод КР1125КП2, возможна замена на аналогичные диоды;
- конденсатор емкостью 0,1 мкФ с напряжением не менее 160 В;
- резистор 10 кОм;
- переменный резистор 470 кОм.
Устройство довольно простое, при отсутствии ошибок сборки начинает работать сразу, без дополнительной наладки. В цепь питания желательно включить индикатор наличия напряжения и плавкий предохранитель. Потребляемая мощность паяльника регулируется переменным резистором. В качестве регулятора температуры нагрева паяльника можно использовать трансформатор необходимой мощности. Оптимальным вариантом является использование устройства с названием «ЛАТР», но такие приборы давно сняты с производства. К тому же они имеют значительный вес и габариты, использовать их можно только стационарно.
Регулятор с контролем температуры
Устройство представляет собой терморегулятор, отключающий нагрузку при достижении заданного параметра. Измерительный элемент следует закрепить на жале паяльника. Для подключения нужно использовать провод в термостойкой изоляции, вывести их на общий разъем для подключения паяльника. Можно использовать отдельные соединения, но это неудобно.
Контроль температуры осуществляется терморезистором КМТ-4 или другим с аналогичными параметрами. Принцип работы довольно прост. Термосопротивление и регулирующий резистор представляют собой делитель напряжения. Переменное сопротивление устанавливает определенный потенциал в средней точке делителя. Терморезистор при нагревании изменяет свое сопротивление и, соответственно, изменяет установленное напряжение. В зависимости от уровня сигнала микросхема выдает управляющий сигнал на транзистор.
Питание низковольтной схемы реализовано через ограничивающий резистор и поддерживается на необходимом уровнем стабилитроном и сглаживающим электролитическим конденсатором. Транзистор током эмиттера открывает или закрывает тиристор. Паяльник подключается последовательно с тиристором.
Максимально допустимая мощность паяльника — не более 200 Вт. При необходимости использовать более мощный паяльник, нужно использовать диоды с большим максимально допустимым током для выпрямительного моста, вместо тиристора — тринистор. Все силовые элементы схемы нужно установить на отводящие тепло радиаторы из алюминия или меди. Необходимый размер при мощности в 2 кВт для диодов выпрямительного моста не менее 70 см 2 , для тринистора 300 см 2 .
Регулятор для паяльника на симисторе
Наиболее оптимальной схемой для регулировки мощности паяльника является симисторный регулятор. Паяльник включается последовательно с симистором. Все элементы управления работают на падении напряжения силового регулирующего элемента. Схема довольно проста и может быть выполнена радиолюбителями с небольшим опытом работы. Номинал регулирующего резистора можно менять в зависимости от требуемого диапазона на выходе регулятора. При значении в 100 кОм можно изменять напряжение от 160 до 220 В, при 220 кОм — от 90 до 220 В. При максимальном режиме работы регулятора напряжение на паяльнике отличается от сетевого на 2-3 В, что отличает его в лучшую сторону от устройств с тиристорами. Изменение напряжения плавное, можно установить любое значение. Светодиод в схеме предназначен для стабилизации работы, а не в качестве индикатора. Заменять или исключать его из схемы не рекомендуется. Устройство начинает работать нестабильно. При необходимости можно установить дополнительный светодиод в качестве индикатора наличия напряжения с соответствующими ограничительными элементами.
Для монтажа можно использовать обычную установочную коробку. Монтаж можно сделать навесным способом или изготовить плату. Для подключения паяльника желательно установить на выходе регулятора розетку.
При установке выключателя во входной цепи нужно использовать устройство с двумя парами контактов, которое будет отключать оба провода. Изготовление устройства не требует значительных материальных затрат, довольно просто может быть выполнено начинающими радиолюбителями. Наладка при работе заключается в подборе оптимального диапазона напряжения для работы паяльника. Выполняется подбором номинала переменного резистора.
Простейшая схема регулятора
Самый простой регулятор температуры для паяльника можно собрать из диода с максимальным прямым током соответственно мощности паяльника и выключателя. Схема собирается очень просто — диод подключается параллельно контактам выключателя. Принцип работы: при разомкнутых контактах на паяльник поступают только полупериоды одной полярности, напряжение будет равно 110 В. Паяльник будет иметь низкую температуру. При замыкании контактов на паяльник поступит полное напряжение сети номиналом 220 В. Паяльник за несколько секунд прогреется до максимальной температуры. Такая схема позволит предохранить жало инструмента от перегрева и окисления, поможет значительно снизить расход электроэнергии.
Конструктивное исполнение может быть любым. Можно использовать ручной выключатель или установить выключатель с системой рычагов на подставке. При опускании инструмента на подставку выключатель должен разомкнуть контакты, при поднятии замкнуть.
Основой послужила статья в журнале Радио №10 за 2014г. Когда эта статья попалась на глаза, мне понравилась идея и простота реализации. Но сам я использую малогабаритные низковольтные паяльники.
Напрямую схему для низковольтных паяльников использовать нельзя из-за низкого сопротивления нагревателя паяльника и как следствие значительного тока измерительной цепи. Я решил переделать схему.
Получившиеся схема подходит для любого паяльника с напряжением питания до 30В. Нагреватель которого имеет положительный ТКС (горячий имеет большее сопротивление). Лучший результат даст керамический нагреватель. Например можно запустить паяльник от паяльной станции со сгоревшим термодатчиком. Но и паяльники с нагревателем из нихрома тоже работают.
Поскольку номиналы в схеме зависят от сопротивления и ТКС нагревателя то, прежде чем реализовывать надо выбрать и проверить паяльник. Измерить сопротивление нагревателя в холодном и горячем состоянии.
А также рекомендую проверить реакцию на механическую нагрузку. Один из моих паяльников оказался с подвохом. Измерьте сопротивление холодного нагревателя кратковременно включите и повторно проведите измерение. После прогрева измеряя сопротивление надавите на жало и легонько постучите имитируя работу с паяльником, следите на скачки сопротивления. Мой паяльник в итоге вел себя как будто у него не нагреватель а угольный микрофон. В итоге при попытке работы, чуть более сильное нажатие приводило к отключению из-за увеличения сопротивления нагревателя.
В итоге переделал собранную схему под паяльник ЭПСН с сопротивлением нагревателя 6 ом. Паяльник ЭПСН это худший вариант для данной схемы, низкий ТКС нагревателя и большая тепловая инертность конструкции делает термостабилизацию вялой. Но тем не менее время нагрева паяльника сократилось в 2 раза без перегрева, относительно нагрева напряжением дающим примерно такую же температуру. И при длительном лужении или пайке меньше падение температуры.
Рассмотрим алгоритм работы.
1. В начальный момент времени на входе 6 U1.2 напряжение близко к 0, оно сравнивается с напряжением с делителя R4,R5. На выходе U1.2 появляется напряжение. (Резистор ПОС R6 увеличивает гистерезис U1.2 для помеха защиты.)
2. С выхода U1.2 напряжение через резистор R8 открывает транзистор Q1. (Резистор R13 необходим для гарантированного закрытия Q1, если операционный усилитель не может выдать на выходе напряжение равное отрицательному напряжению питания)
3. Через нагреватель паяльника RN, диод VD3, резистор R9 и транзистор Q1 протекает измерительный ток. (мощность резистора R9 и ток транзистора Q1 выбирают исходя из величины измерительного тока, при этом падение напряжении на паяльнике стоит выбирать в районе 3 в, это компромисс между точностью измерения и мощностью рассеиваемой на R9. Если рассеиваемая мощность получается слишком большой то можно увеличить сопротивление R9,но точность стабилизации температуры снизится).
4. На входе 3 U1.1 при протекании измерительного тока появляется напряжение, зависимое от соотношения сопротивлений R9 и RN, а также падения напряжения на VD3 и Q1, которое сравнивается с напряжением с делителя R1, R2, R3.
5. Если напряжение на входе 3 усилителя U1.1 превысить напряжение на входе 2 (холодный паяльник низкое сопротивлении RN). На выходе 1 U1.1 появится напряжение.
6. Напряжение с выхода 1 U1.1 через разряженный конденсатор С2 и диод VD1 подает на вход 6 U1.2, в итоге закрывая Q1 и отключая R9 от измерительной цепи. (Диод VD1 требуется если операционный усилитель не допускает наличия на входе отрицательного напряжения.)
7. Напряжение с выхода 1 U1.1 через резистор R12 заряжает конденсатор С3 и емкость затвора транзистора Q2. И при достижении порогового напряжения транзистор Q2 открывается включая паяльник, при этом диод VD3 закрывается отключая сопротивление нагревателя паяльника RN от измерительной цепи. (Резистор R14 необходим для гарантированного закрытия Q2, если операционный усилитель не может выдать на выходе напряжение равное отрицательному напряжению питания, а также при более высоком напряжение питания схемы на затворе транзистора напряжение не превысило 12 в.)
8. От измерительной цепи отключены резистор R9 и сопротивление нагревателя RN. Напряжение на конденсаторе С1 поддерживается резистором R7, компенсируя возможные утечки через транзистор Q1 и диод VD3. Его сопротивление должно значительно превышать сопротивление нагревателя паяльника RN, чтобы не вносить погрешности в измерении. При этом конденсатор С3 требовался, что бы RN был отключен от измерительной цепи после отключения R9, иначе схема не защелкнется в положении нагрева.
9. Напряжение с выхода 1 U1.1 заряжает конденсатор С2 через резистор R10. Когда напряжение на входе 6 U1.2 достигнет половины напряжения питания откроется транзистор Q1 и начнется новый цикл измерения. Время зарядки выбирается в зависимости от тепловой инерции паяльника т.е. его размеров, для миниатюрного паяльника 0.5с для ЭПСН 5с . Делать слишком коротким цикл не стоит поскольку начнется стабилизация только температуры нагревателя. Указанные на схеме номиналы дают длительность цикла примерно 0.5с.
10. Через открытый транзистор Q1 и резистор R9 будет разряжен конденсатор С1. После падения напряжения на входе 3 U1.1 ниже входа 2 U1.1 на выходе появится низкое напряжение.
11. Низкое напряжение с выхода 1 U1.1 через диод VD2 разрядит конденсатор С2. А также через цепочку резистор R12 конденсатор С3 закроет транзистор Q2.
12. При закрытом транзисторе Q2 диод VD3 откроется и через измерительную цепь RN, VD3, R9, Q1 потечет ток. И начнется зарядка конденсатора С1. Если паяльник нагрелся выше установленной температуры и сопротивление RN увеличилось достаточно что бы напряжение на входе 3 U1.1 не превысило напряжение с делителя R1, R2, R3 на входе 2 U1.1, то на выходе 1 U1.1 сохранится низкое напряжение. Такое состояние продлится до тех пор пока паяльник не остынет ниже установленной резистором R2 температуры, тогда повторится цикл работы начиная с первого пункта.
Выбор компонентов.
1. Операционный усилитель я использовал LM358 с ней схема может работать до напряжения 30 в. Но можно например использовать TL 072 или NJM 4558 и т.д.
2. Транзистор Q1. Выбор зависит от величины измерительного тока. Если ток около 100 мА, то можно использовать транзисторы в миниатюрном корпусе, например в корпусе SOT-23 2N2222 или BC -817, Для больших измерительных токов возможно придется ставить более мощные транзисторы в корпусе TO-252 или SOT -223 с максимальным током 1А и более например D 882, D1802 и.т.д.
3. Резистор R9. Самая горячая деталь в схеме на нем рассеивается почти весь измерительный ток, мощность резистора можно примерно считать (U^2)/R9 . Сопротивление резистора подбирается, чтобы падение напряжение во время измерения на паяльнике было около 3В.
4. Диод VD3. Желательно для уменьшения падения напряжения использовать диод Шоттки с запасом по току.
5. Транзистор Q2. Любой силовой N MOSFET. Я использовал снятый со старой материнской платы 32N03.
6. Резистор R1, R2, R3. Суммарное сопротивление резисторов может быть от единиц килоом до сотен килоом, что позволяет подобрать сопротивления R1, R3 делителя, под имеющейся в наличие переменный резистор R2. Точно рассчитать значение резисторов делителя затруднительно поскольку в измерительной цепи присутствует транзистор Q1 и диод VD3, учесть точное падение напряжения на них сложно.
Примерное соотношение сопротивлений:
Для холодного паяльника R1/(R2+R3)≈ RNхол/ R9
Для максимально нагретого R1/R2≈ RNгор/ R9
7. Так как изменение сопротивления для стабилизации температуры намного меньше ома. То для подключения паяльника должны использоваться высококачественные разъемы, а еще лучше напрямую запаять кабель паяльника к плате.
8. Все диоды, транзисторы и конденсаторы должны быть рассчитаны на напряжение минимум в полтора раза выше напряжения питания.
Схема из-за наличия диода VD3 в измерительной цепи имеет небольшую чувствительность к изменению температуры и напряжения питания. Уже после изготовления пришла идея как уменьшить эти эффекты. Необходимо заменить Q1 на N MOSFET с низким сопротивлением в открытом состоянии и добавить еще один диод аналогичный VD3, Дополнительно оба диода можно соединить куском алюминии для теплового контакта.
Исполнение.
Я выполнил схему максимально используя компоненты SMD монтажа.Резисторы и керамические конденсаторы тип размера 0805. Электролиты в корпусе В. Микросхема LM358 в корпусе SOP-8. Диод ST34 в корпусе SMC. Транзистор Q1 можно монтировать в любом из SOT-23, TO-252 или SOT -223 корпусах. Транзистор Q2 может быть в корпусах TO-252 или TO-263. Резистор R2 ВСП4-1. Резистор R9 как самую горячую деталь лучше расположить вне платы, только для паяльников с мощностью менее 10вт можно в качестве R9 распаять 3 резистора 2512.
Плата из двух стороннего текстолита. На одной стороне медь не травится и используется под землю на плате отверстия в которые запаиваются перемычки обозначены как отверстия с металлизацией, остальные отверстия со стороны сплошной меди зенкеруются сверлом большего диаметра. Для плату надо распечатывать в зеркальном виде.
Немного теории. Или почему высокая частота управления не всегда хорошо.
Если спросить какая частота управления лучше. Скорее всего будет ответ чем выше тем лучше, т. е. тем точнее.
Попытаюсь объяснить как я понимаю этот вопрос.
Если брать вариант когда датчик находится на кончике жала то этот ответ правильный.
Но в нашем случае датчиком является нагреватель, хотя и во многих паяльных станциях датчик находится не в жале а рядом с нагревателем. Вот для таких случаев такой ответ будет не верен.
Начнем с точности удержания температуры.
Когда паяльник лежит на подставке и начинают сравнивать регуляторы температуры какая схема точнее держит температуру и речь зачастую идет о цифрах в один и меньше градуса. Но так ли важна точность температуры в этот момент? Ведь по сути более важно удержание температуры в момент пайки, т. е. насколько паяльник сможет удержать температуру при интенсивном отборе мощности от жала.
Представим упрощенную модель паяльника. Нагреватель к которому подводится мощность и жало от которого идет малый отбор мощности в воздух когда паяльник лежит на подставке или большой во время пайки. Оба эти элемента имеют тепловую инертность или по другому теплоемкость, как правило нагреватель имеет значительно более низкую теплоемкость. Но между нагревателем и жалом имеется тепловой контакт который имеет свое тепловое сопротивление, а это значит чтобы передать какую то мощность от нагревателя к жалу надо иметь разность температур. Тепловое сопротивление между нагревателем и жалом может иметь разную величину в зависимости от конструкции. В китайских паяльных станциях теплопередача происходит вообще через воздушный зазор и в итоге паяльник мощность пол сотни ват и по индикатору удерживающий температуру до градуса не может пропаять площадку на плате. Если датчик температуры находится в жале то можно просто увеличить температуру нагревателя. Но у нас датчик и нагреватель одно целое и при увеличении отбора мощности с жала в момент пайки температура жала будет падать поскольку из-за теплового сопротивление для передачи мощности нужно падение температуры.
Полностью решить эту проблему нельзя, но можно максимально уменьшить. И позволит это сделать более низкая теплоемкости нагревателя относительно жала. И так у нас противоречие для передачи мощности в жало надо увеличить температуру нагревателя для поддержания температуры жала, но мы не знаем температуры жала поскольку измеряем температуру у нагревателя.
Вариант управления реализованный в этой схеме позволяет разрешить эту дилемму простым способом. Хотя можно попытаться придумать и более оптимальные модели управления но сложность схемы возрастет.
И так в схеме энергия в нагреватель подается фиксированное время и оно достаточно длительное, чтобы нагреватель успевал разогрелся значительно выше температуры стабилизации. Между нагревателем и жалом появляется значительная разность температур и происходит передача тепловой мощности в жало. После выключения нагрева нагреватель и жало начинают остывать. Нагреватель остывает передавая мощность в жало, а жало остывает передавая мощность во внешнюю среду. Но за счет меньшей теплоемкости нагреватель успеет остыть до того как температура жала значительно изменится, а также и во время нагрева температура на жале не успеет сильно изменится. Повторное включение произойдет когда температура нагревателя упадет до температуры стабилизации, а так как передача мощности происходит в основном в жало, то температура нагревателя в этот момент будет слабо отличатся от температуры жала. И точность стабилизации будет тем выше чем меньше теплоемкость нагревателя и меньше тепловое сопротивление между нагревателем и жалом.
Если длительность цикла нагрева будет слишком низкой (высокая частота управления) то на нагревателе не будут возникать моменты перегрева когда происходит эффективный перенос мощности в жало. И как следствие в момент пайки будет сильное падение температуры жала.
При слишком большой длительности нагрева теплоемкости жала не будет хватать для сглаживания бросков температуры до приемлемой величины, и вторая опасность если при высокой мощности нагревателя тепловое сопротивление между нагревателем и жалом велико, то можно получить разогрев нагревателя выше допустимых для его работы температур, что приведет к его поломке.
В итоге как мне кажется необходимо подбирать время задающие элементы C2 R10 так, что бы при измерении температуры на конце жала были видны незначительные колебания температуры. С учетом точности индикации тестера и инертности датчика заметные колебания в один или несколько градусов не приведут к колебаниям реальной температуры более десятка градусов, а такая нестабильность температуры для радиолюбительского паяльника более чем достаточная.
Вот что окончательно получилось
Так как тот паяльник на который первоначально рассчитывал оказался не пригодным, то переделал в вариант под паяльник ЭПСН с 6 ом нагревателем. Без перегрева работал от 14в я подал на схему 19в, что бы был запас на регулирование.
Доработал под вариант с установкой VD3 и заменой Q1 на MOSFET. Плату не переделывал просто установил новые детали.
Чувствительность схемы к изменению напряжения питания полностью не пропала. Такая чувствительность не будет заметна на паяльниках с керамическим жалом, а для нихрома заметно становится при изменении питающего напряжения более 10%.
Плата ЛУТ
Распайка не совсем по схеме платы. Вместо резисторов распаял диод VD5 разрезал дорожку к транзистору и просверлил отверстие под провод от резистора R9.
На переднюю панель выходят светодиод и резистор. Плата будет крепится за переменный резистор, поскольку она не большая и механических нагрузок не предполагается.
Окончательно схема приобрела следующий вид указываю получившиеся у меня номиналы под любой другой паяльник необходимо подбирать как писал выше. Сопротивление нагревателя паяльника конечно не точно 6 ом. Транзистор Q1 пришлось брать этот из-за корпуса силовой не стал просто менять хотя они оба могут быть одинаковые. Резистор R9 даже ПЭВ-10 чувствительно нагревается. Конденсатор С6 особо не влияет на работу и я его убрал. На плате еще распаивал керамику параллельно С1 но нормально и без неё.
П.С. Интересно если кто соберет для паяльника с керамическим нагревателем, самому пока проверить не на чем. Пишите если нужны дополнительные материалы или пояснения.
Из-за проблемы с электричеством люди все чаще покупают регуляторы мощности. Не секрет, что резкие перепады, а также чрезмерно пониженное или повышенное напряжение пагубно влияют на бытовые приборы. Для того чтобы не допустить порчи имущества, необходимо пользоваться регулятором напряжения, который защитит от короткого замыкания и различных негативных факторов электронные приборы.
Типы регуляторов
В наше время на рынке можно увидеть огромное количество различных регуляторов как для всего дома, так и маломощных отдельных бытовых приборов. Существуют транзисторные регуляторы напряжения, тиристорные, механические (регулировка напряжения осуществляется при помощи механического бегунка с графитовым стержнем на конце). Но самым распространенным является симисторный регулятор напряжения. Основой этого прибора являются симисторы, которые позволяют резко среагировать на скачки напряжения и сгладить их.
Симистор представляет собой элемент, который содержит пять p-n переходов. Этот радиоэлемент имеет возможность пропускать ток как в прямом направлении, так и в обратном.
Эти компоненты можно наблюдать в различной бытовой технике начиная от фенов и настольных ламп и заканчивая паяльниками, где необходима плавная регулировка.
Принцип работы симистора довольно прост. Это своего рода электронный ключ, который то закрывает двери, то открывает их с заданной частотой. При открытии P-N перехода симистора он пропускает небольшую часть полуволны и потребитель получает только часть номинальной мощности. То есть чем больше открывается P-N переход, тем больше мощности получает потребитель.
К достоинствам этого элемента можно отнести:
В связи с вышесказанными достоинствами симисторы и регуляторы на их основе используются довольно часто.
Эта схема довольно проста в сборке и не требует большого количества деталей. Такой регулятор можно применить для регулировки не только температуры паяльника, но и обычных ламп накаливания и светодиодных. К этой схеме можно подключать различные дрели, болгарки, пылесосы, шлифмашинки, которые изначально шли без плавной регулировки скорости.
Вот такой регулятор напряжения 220в своими руками можно собрать из следующих деталей:
- R1 - резистор 20 кОм, мощностью 0,25 Вт.
- R2 - переменный резистор 400−500 кОм.
- R3 - 3 кОм, 0,25 Вт.
- R4-300 Ом, 0,5 Вт.
- C1 C2 - конденсаторы неполярные 0,05 Мкф.
- C3 - 0,1 Мкф, 400 в.
- DB3 - динистор.
- BT139−600 - симистор необходимо подобрать в зависимости от нагрузки которая будет подключен. Прибор, собранный по этой схеме, может регулировать ток величиной 18А.
- К симистору желательно применить радиатор, так как элемент довольно сильно греется.
Схема проверена и работает довольно стабильно при разных видах нагрузки .
Существует еще одна схема универсального регулятора мощности.
На вход схемы подается переменное напряжение 220 В, а на выходе уже 220 В постоянного тока. Эта схема имеет в своем арсенале уже больше деталей, соответственно и сложность сборки повышается. На выход схемы возможно подключить любой потребитель (постоянного тока). В большинстве домов и квартир люди стараются поставить энергосберегающие лампы. Не каждый регулятор справится с плавной регулировкой такой лампы, например, тиристорный регулятор использовать нежелательно. Эта схема позволяет беспрепятственно подключать эти лампы и делать из них своего рода ночники.
Особенность схемы заключается в том, что при включении ламп на минимум все бытовые приборы должны быть отключены от сети. После этого в счетчике сработает компенсатор, и диск медленно остановится, а свет будет продолжать гореть. Это возможность собрать симисторный регулятор мощности своими руками. Номиналы деталей нужных для сборки, можно увидеть на схеме.
Еще одна занимательная схема, которая позволяет подключить нагрузку до 5А и мощностью до 1000Вт.
Регулятор собран на базе симистора BT06−600. Принцип работы этой схемы заключается в открытии перехода симистора. Чем больше элемент открыт, тем больше мощность поступает на нагрузку. А также в схеме присутствует светодиод, который даст знать, работает устройство или нет. Перечень деталей, которые понадобятся для сборки аппарата:
- R1 - резистор 3.9 кОм и R2 - 500 кОм своеобразный делитель напряжения, который служит для зарядки конденсатора С1.
- конденсатор С1- 0,22 мкФ.
- динистор D1 - 1N4148.
- светодиод D2, служит для индикации работы устройства.
- динисторы D3 - DB4 U1 - BT06−600.
- клемы для подключения нагрузки P1, P2.
- резистор R3 - 22кОм и мощностью 2 вт
- конденсатор C2 - 0.22мкФ рассчитан на напряжение не меньше 400 В.
Симисторы и тиристоры с успехом используются в качестве пускателей. Иногда необходимо запустить очень мощные тэны, управлять включением сварочного мощного оборудования, где сила тока достигает 300−400 А. Механическое включение и выключение с помощью контакторов уступает симисторному пускателю из-за быстрого износа контакторов, к тому же при механическом включении возникает дуга, которая также пагубно влияет на контакторы. Поэтому целесообразным будет использовать симисторы для этих целей. Вот одна из схем.
Все номиналы и перечень деталей указаны на Рис. 4. Достоинством этой схемы является полная гальваническая развязка от сети, что обеспечит безопасность в случае повреждения.
Нередко в хозяйстве необходимо выполнить сварочные работы. Если есть готовый инверторный сварочного аппарата, то сварка не представляет особых трудностей, поскольку в аппарате присутствует регулировка тока. У большинства людей нет такого сварочного и приходится пользоваться обычным трансформаторным сварочным, в котором регулировка тока осуществляется путем смены сопротивления, что довольно неудобно.
Тех, кто пробовал использовать в качестве регулятора симистор, ждет разочарование. Он не будет регулировать мощность. Это связано с фазовым сдвигом, из-за чего за время короткого импульса полупроводниковый ключ не успевает перейти в «открытый» режим.
Но существует выход из этой ситуации. Следует подать на управляющий электрод однотипный импульс или подавать на УЭ (управляющий электрод) постоянный сигнал, пока не будет проход через ноль. Схема регулятора выглядит следующим образом:
Конечно, схема довольно сложная в сборке, но такой вариант решит все проблемы с регулировкой. Теперь не нужно будет пользоваться громоздким сопротивлением, к тому же очень плавной регулировки не получится. В случае с симистором возможна довольно плавная регулировка.
Если существуют постоянные перепады напряжения, а также пониженное или повышенное напряжение, рекомендуется приобрести симисторный регулятор или по возможности сделать регулятор своими руками. Регулятор защитит бытовую технику, а также предотвратит ее порчу.
