Терморегулятор для паяльной станции своими руками на контроллере

Добавил пользователь Алексей Ф.
Обновлено: 18.09.2024

Здравствуйте. Как я мечтал о своем пальнике с термостабилизацией. В наших краях такая паяльная станция стоит не мало, а вот сам паяльник стоит копейки. Так почему бы не купить паяльник, а блок управления паяльником сам соберу.
Купил китайский паяльник LUT0035, начал искать о нем информацию и ничего не нашел. На этикетке характеристики 24В 48Вт и на этом все. От паяльника 5 проводов: два из которых тен, два на термодатчик и один для заземления.

Для измерения температуры на жале применяется термопара или терморезистор. Узнать что именно легко. Подаю питание 12В на нагреватель и с помощью вольтметра смотрю за показаниями. Если напряжение меняется от 0 до 0.025В то стоит термопара, если меняется сопротивление — то это терморезистор.

Определился с термодатчиком, у меня термопара. Теперь подумаю над управлением и функционалом.
Во-первых регулировка температуры от 180 до 360 градусов
Во-вторых должен быть режим ожидания. Когда паяльник на подставке температура поддерживалась на небольшом подогреве. Это нужно для экономии ресурса жала и быстром разогреве.
В-третьих ограничу ток на нагреватель. Это нужно что бы в начале нагрева нагреватель не перегружался. Да я потеряю в скорости нагрева, но выйграю в сроке службы паяльника.

Собирать все решил на Шим микросхеме TL494. В этой микросхеме предусмотрено почти все что нужно, но для усиления сигнала с термопары добавлю ОУ LM358. После некоторых размышлений появилась эта схема

Схема самодельной паяльной станции

С термопары операционным усилителем усиливается напряжение в 140 раз. Далее напряжение делиться резисторным делителем R16R6 и сравнивается на компараторе TL494 с опорным на R9R8R1.
Второй компаратор TL494 настроен на ограничение тока в районе 2А.
Переключатель S1 тот самый датчик подставки паяльника. Когда кнопка нажата скважность уменьшается и ток проходящий через нагреватель уменьшается.

Не сохранилось фото готового устройства, только фото сборки и испытаний паяльной станции

На тесте самодельный паяльник с терморегуляцией температуры показал не плохой результат. До 200C паяльник нагрелся за 85сек, до 350С на нагрев ушло 215сек.
Припой ПОС40 берет без проблем, массивные дорожки плат без проблем, а попробовал запаять КУ202— как масло расплавил припой.

Все с паяльником хорошо и в принципи я доволен своим новым инструментом. Осталось купить новые жала для паяльника

Нравятся моя статья? Добавьте в закладки, кнопки внизу страницы. А что бы получать новые интересные материалы, подпишитесь на обновления. Вверху страницы есть кнопки
Эта статья восстановлена из архива 2016 года, надеюсь оказалась полезной.

Не сохранилось фото готового устройства, только фото сборки и испытаний паяльной станции

Пайка электронных плат требует соблюдения определенного уровня температуры для различных деталей, ведь недостаток нагрева приведет к плохому соединению припоя, равно, как и чрезмерный нагрев вызовет преждевременное окисление олова и такое же низкое качество пайки.

Помимо этого на перегретой плате могут отслаиваться дорожки, обугливаться целые участки. Если раньше для работы с мелкими и крупными деталями, лужением относительно большой площади радиолюбители использовали набор из нескольких паяльников, сегодня эта функция решается одной паяльной установкой. Но из-за высокой стоимости такого устройства не все могут позволить себе ее приобретение, поэтому мы расскажем, как собирается паяльная станция своими руками.

Принцип действия и варианты реализации

Принцип работы паяльной станции заключается в способности устройства регулировать температуру нагрева и поддерживать ее в установленных пределах на протяжении всего процесса.

Разумеется, реализация всех вышеперечисленных функций задача не из простых, поэтому изготовление полноценного аналога под силу опытным электрикам, имеющим должное оборудование и опыт сборки электронных схем, изготовления печатных плат.

Поэтому сначала мы разберем относительно простые варианты изготовления, регулировка температуры в которых осуществляется вручную. Но и таких паяльных станций вполне достаточно, чтобы выполнить качественную пайку деталей, ориентируясь только по внешним признакам работы жала.

Способ №1. Контактная паяльная станция

Для такой паяльной станции вам понадобиться относительно классический паяльник мощностью хотя бы 80 – 100Вт, регулятор мощности (в данном примере мы будем использовать диммер), диодный мост, соединительные провода. Такая паяльная станция будет работать без обратной связи по температуре жала паяльника, поэтому результативность воздействия на припой придется определять опытным путем.

Рис. 1: схема изготовления простейшей станции

Так как в домашней сети напряжение может быть значительно ниже 220В, в схеме паяльной станции будет использоваться диодный мост.

Процесс изготовления состоит из следующих этапов:

Соберите из четырех диодов мост или возьмите готовую сборку с параметрами работы с 220 В на 300 В;
Отрежьте питающий шнур на расстоянии 10 – 15 см от ручки, запас нужен для подключения к паяльной станции;
Зачистите выводы проводов как возле паяльника, так и на шнуре, его также будем использовать для подключения;
Подключите одну из жил шнура питания к диодному мосту через диммер, а вторую напрямую;
Подсоедините выводы диодного моста к жилам паяльника, лучше использовать клеммное соединение, болтовое или пайку;
Места электрических соединений заизолируйте для предотвращения поражения электрическим током при работе паяльной станцией;
Установите мост и светорегулятор на диэлектрическое основание.

Простейшая паяльная станция готова к использованию, достаточно включить ее в розетку и повернуть ручку в нужное положение. Принцип работы с ней схож с прибором для выжигания по дереву. Работая с крупными элементами, регулятор мощности устанавливается в максимальное положение. С мелкими, выводится в половинное значение, следует отметить, что конструкция регулятора температуры на основе диммера изменяет напряжение питания от 220 до 0В, а вам ограничивать его меньше половины смысла не имеет.

Способ №2. Бесконтактная паяльная станция

Как показывает практика, далеко не всегда нагревом жала можно воздействовать на любые элементы платы, к примеру, к тем же smd деталям крайне трудно подобраться. В таких ситуациях используется паяльный фен, направляющий поток горячего воздуха на ножки.

Несмотря на схожесть, переделать обычное устройство для сушки волос в инфракрасную станцию не получится, так как рабочая температура должна достигать 500 — 800ºС. Для сборки такой паяльной станции вам понадобится компрессор для подачи воздуха, нагревательный элемент, корпус для элементов управления, сопло, понижающий трансформатор, выпрямитель, блок управления скоростью подачи воздуха.

Принципиальная схема такой паяльной станции приведена на рисунке ниже:

Рис. 2: электрическая схема термофена

Принцип действия паяльной станции основан на воздействии инфракрасного излучения от нагревательного элемента непосредственно в область пайки. Компрессор подает воздух от нагревателя через сужающееся сопло, создавая эффект турбины, производительность насоса желательно обеспечить в пределах от 20 до 30 л в минуту.

При изготовлении инфракрасной станции существует два способа для ее выполнения — ручная модель или стационарная. Первый вариант подходит в тех ситуациях, когда корпус ИК паяльной предвидится относительно небольших размеров и будет удобно помещаться в руке. Второй способ подойдет для крупногабаритных приспособлений, в которых станция установлена неподвижно, а заготовка перемещается под соплом.

Рассмотрим такой пример изготовления паяльной станции бесконтактного типа:

Намотайте нагревательную спираль из нихромовой проволоки, в данном случае используется диаметром 0,8мм. Можете взять и другой вариант, к примеру, от электрической плиты. Рис. 3: намотайте нагревательный элемент
Для намотки используйте жесткий каркас, укладывайте витки вплотную, но не делайте нахлестов и следите за тем, чтобы не закоротить намотку. Чем меньше диаметр проволоки у вас получится, тем эффективнее будет идти нагрев, достаточно будет спирали с наружным диаметром 8 – 10 мм.
В данном примере изготавливаются несколько спиралей, соединяемых параллельно для повышения температуры нагрева.
Установите полученную спираль на цилиндрический каркас из негорючего материала.

Предварительно удалите с каркаса все лишнее но если он уже готов, можете сразу осуществлять намотку.

Изготовьте металлический стакан для нагревательного элемента, в этом примере изготовления паяльной станции мы сделаем его из корпуса пальчиковой батарейки.
Из куска телескопической антенны от радиоприемника сделайте сопло, один край которого нужно расплескать и надеть на шайбу. Рис. 5. Наденьте шайбу
Прикрутите шайбу сопла к стакану из батарейки при помощи соразмерных болтов. Рис. 6: прикрутите сопло к стакану
Поместите внутрь стакана между спиралью и стенками термоизоляционный материал, чтобы предотвратить перегревание наружных деталей.
Соберите диодный мост из четырех полупроводниковых элементов, если под рукой уже есть готовая сборка, можете использовать и ее.
Изготовьте блок питания из понижающего трансформатора и выпрямительного агрегата, ваша задача получить на выходе низкое напряжение для снижения вероятности поражения электротоком. В рассматриваемом примере получается около 10 – 15В, мощность трансформатора составляет 150Вт. Аналогичная модель может браться с готового оборудования.
Корпус для паяльной станции мы изготовим из обычной пластиковой бутылки. В данном примере нам нужен прозрачный пластик, так как в нем легче подключать блок питания, нагнетатель воздуха и плату управления. Рис. 7. соедините все элементы в корпусе
Подключите куллер и нагревательную спираль к выводам блока питания, подсоедините регулятор напряжения. Рис. 8. установите кулер

Регулировка мощности теплового потока может осуществляться либо по скорости подачи воздуха, либо по уровню напряжения, подаваемого на нагреватель.

Способ №3. Автоматическая паяльная станция на базе Ардуино

Такая паяльная станция собирается на базе микроконтроллера Arduino, который выполняет роль логического элемента, обрабатывающего данные от индикатора температуры и регулирующего мощность нагрева жала. Отличительной особенностью такого устройства является полная автоматизация контроля за температурой – вам достаточно задать ее и дождаться нагревания. Пример схемы для сборки приведен на рисунке ниже:

Рис. 10. схема паяльной станции на базе ардуино

Чтобы собрать такую станцию вам понадобится:

сама плата Ардуино для управления работой паяльной станции;
цифровое табло для отображения температуры нагрева;
микросхему для программирования паяльной станции;
транзистор, стабилизатор и кнопки, магазин резисторов и емкостных элементов.

Для сборки такой паяльной станции воспользуйтесь приведенной схемой, в качестве нагревательного элемента будет выступать жало обычного паяльника с датчиком температуры, которые подключаются к собранной схеме.

К недостаткам такого устройства следует отнести его сложность, из-за чего начинающие радиолюбители могут попросту не собрать рабочую версию с первого раза. Также для пайки используемых в автоматической станции элементов вам понадобиться специальный паяльник и предварительные навыки работы с ним, чтобы не испортить детали.

Ещё пару месяцев назад я даже и не задумывался о самодельной паяльной станции. Собирался покупать Lukey 702, но глянув на цены, так и не понял, за что отдавать 6…8 тысяч.

Недостатки Lukey:

Мощность трансформатора слишком мала, трансформатор работает на пределе возможного.
Низкое качество трансформаторного железа, он греется даже на холостом ходу, на некоторых станциях ещё и гудит.
Неудобная настройка температуры (невозможно быстро накинуть 20-40-60 градусов).
Дискретность установки температуры 1 градус, которая в реальности не нужна.
В силовой цепи установлен сигнальный разъём (PS/2).
Постоянная запитка от сети, даже когда паяльная станция не используется.
Нет функции автоотключения.
Высокая цена.

Список не маленький, поэтому я решил не покупать Lukey. Начал смотреть в сторону самодельных паялок. Готовые конструкции, выложенные на просторах интернета, чем-то не устраивали.

Где-то автор пожалел транзисторов на индикаторы. Где-то через диодный мост прокачивают 2 ампера, и диоды раскаляются как утюги. Где-то автор прокачивает через кренки 35 вольт.

В общем однозначно было решено — изобрести свой велосипед.

Итак, представляю Вашему вниманию паяльную станцию ZSS-01.

Основные функции:

Удобная настройка температуры.
Одновременная индикация текущей и заданной температур.
Настраиваемый таймер автоотключения. После срабатывания таймера, станция самообесточивается.
Обработка и индикация ошибок. После возникновения ошибки, станция самообесточивается.
Нулевое потребление после самообесточивания.
Сохранение настроек с использованием циклической записи/чтения.

Схема паяльной станции:

Теперь подробно расскажу про каждый узел схемы.

Узел индикации.
Содержит два семисегментных индикатора. Первый индикатор отображает текущую температуру паяльника, второй — заданную. Индикаторы можно использовать как с общим анодом, так и с общим катодом, установив соответствующую прошивку.

Индикаторы подключены через буферную микросхему для снижения нагрузки на порты микроконтроллера. Вместо буфера можно поставить 12 транзисторов, но мне кажется, микросхема и паяется проще, и разводка платы упрощается, и стоит она дешевле, чем горсть транзисторов.

Также узел индикации содержит пищалку, которая пищит при возникновении ошибок, а также издаёт щелчки при нажатии кнопок. Пищалка использована обычная, без встроенного генератора. Я поставил пищалку от древней материнской платы.

Микроконтроллер генерирует меандр, затем меандр проходит через буферный транзистор и поступает на пищалку.

На первичную обмотку поступает напряжение, микроконтроллер запускается. После запуска МК включает реле, шунтируя кнопку. Трансформатор остаётся запитанным до тех пор, пока микроконтроллер не отключит реле.

Таким образом, после отключения питания, потребление устройства становится равным нулю, отпадает необходимость использования дежурного источника питания (трансформаторы с дополнительными обмотками, итд).

Самообесточивание происходит при:

Вторичная обмотка трансформатора выдаёт 24 вольта. После выпрямления и фильтрации, напряжение поднимается до 34 вольт. Для питания микроконтроллера использован импульсный преобразователь LM2596S-ADJ, понижающий напряжение до 5 вольт. На случай пробоя встроенного ключа преобразователя, на выходе установлен супрессор, снятый с платы жёсткого диска.

Узел измерения температуры.
Для сборки станции я купил паяльник от Lukey 702. В качестве термодатчика используется родная термопара K-типа, расположенная в кончике нагревателя. Для усиления напряжения с термопары используется ширпотребный операционный усилитель LM358.

Коэффициент усиления ОУ подобран таким образом, чтобы выходное напряжение 5 вольт соответствовало 1023 градусам, при этом 1 квант АЦП будет равен 1 градусу. Использованный ОУ не имеет Rail-to-Rail выхода, поэтому максимальная измеряемая температура будет примерно 800 градусов. Рабочий диапазон температур станции от 100 до 450 градусов, поэтому измерение до 800 градусов меня устраивает.

После сборки станции необходимо произвести калибровку температуры при помощи подстроечного резистора.

Узел кнопочного управления.
Для управления используется 1 силовая и 5 сигнальных кнопок. Для того, чтобы не портить внешний вид паяльной станции, всё кнопки были использованы одинаковые — силовые. Всё управление сводится к включению/отключению питания, настройке температуры, и настройке таймера автоотключения. При удерживании кнопок выполняется ускоренный перебор значений.

Теперь расскажу про дополнительный функционал.

Таймер автоотключения.
Позволяет задать временной интервал от 1 до 255 часов, по истечении которого паяльная станция самообесточится. Также имеется возможность отключения таймера. Для этого необходимо установить временной интервал, равный 0.

Защита от ненагрева паяльника / КЗ термодатчика.
При включении паяльная станция отсчитывает 1 минуту, после чего включается постоянный контроль температуры паяльника.

Также данная ошибка будет возникать при коротком замыкании термодатчика.

Защита от перегрева паяльника / обрыва термодатчика.
Защита от перегрева может пригодиться, например, при пробое управляющего симистора. Паяльник раскаляется до 470 градусов, срабатывает защита.

Также данная ошибка будет возникать при обрыве термодатчика, благодаря подтягивающему резистору на входе измерительного узла.

Сохранение настроек.
Структура с настройками занимает 3 байта. Микроконтроллер ATmega8 содержит 512 байт EEPROM памяти. Так как размер памяти позволяет сохранить 170 структур, был реализован алгоритм циклической записи/чтения настроек.

Алгоритм работает следующим образом. После включения питания, в памяти ищется последняя непустая структура, из неё считываются настройки. Перед отключением питания, ищется первая пустая структура, и в неё записываются настройки.

Таким образом, при каждом сохранении, настройки записываются в следующую структуру, и так 170 раз. Когда все структуры заполнятся и кончится свободное место, произойдёт полное стирание памяти, и настройки запишутся в первую структуру. И так по кругу.

Применение данного алгоритма позволяет продлить ресурс памяти в 170 раз, а также способствует равномерному износу ячеек.

Теперь немного расскажу о внутренностях станции. Трансформатор использован вот такой:

Фото основной платы в процессе сборки.

Конструктивно паяльная станция состоит из двух плат.

На плате индикации расположены только семисегментные индикаторы.

Один провод не подключен, т.к. не используется точка.

Все остальные компоненты находятся на основной плате.

Размеры плат подогнаны под использование заводского пластикового корпуса B12, имеющего размеры 200x165x70 мм.

Вот что получилось в итоге. Вид спереди.

Вид сзади. Для подключения паяльника я поставил какой-то советский разъём.

Настройка таймера автоотключения.
Индикация ошибки.
Подведём итоги.

В целом самоделкой доволен. Можно не напрягаясь прибавить 20…40 градусов, и не опасаться за оставленный без присмотра включенный паяльник. Некоторые компоненты были в наличии, кое-что пришлось купить. Список затрат:

Читайте также: