Тиристорный регулятор паяльника. Стабилизатор температуры паяльника

Работа многих связана с применением паяльника. Для кого-то это просто хобби. Паяльники бывают разные. Могут быть простые, но надежные, могут представлять собой современные паяльные станции, в том числе инфракрасные. Для получения качественной пайки требуется иметь паяльник нужной мощности и нагревать его до определенной температуры.

Рисунок 1. Схема регулятора температуры, собранная на тиристоре КУ 101Б.

Для помощи в этом деле предназначены различные регуляторы температуры для паяльника. Они продаются в магазинах, но умелые руки могут самостоятельно собрать подобное устройство с учетом своих требований.

Достоинства регуляторов температуры

Большинство из домашних мастеров с юных лет пользуется паяльником мощностью в 40 Вт. Раньше трудно было что-то купить с другими параметрами. Паяльник сам по себе удобный, с его помощью можно паять многие предметы. Но пользоваться им при монтаже радиоэлектронных схем неудобно. Тут и пригодится помощь регулятора температуры для паяльника:

Рисунок 2. Схема простейшего регулятора температуры.

жало паяльника прогревается до оптимальной температуры;
продлевается срок службы жала;
радиодетали никогда не перегреются;
не произойдет отслоения токоведущих элементов на печатной плате;
при вынужденном перерыве в работе паяльник не нужно выключать из сети.

Не в меру нагретый паяльник не держит на жале припой, с перегретого паяльника он капает, делая место пайки очень непрочным. Жало покрывается слоем окалины, которую счищают только шкуркой и напильниками. В результате появляются кратеры, которые тоже нужно удалять, сокращая длину жала. Если использовать регулятор температуры, такого не произойдет, жало всегда будет готово к работе. При перерыве в работе достаточно уменьшить его нагрев, не выключая из сети. После перерыва горячий инструмент быстро наберет нужную температуру.

Вернуться к оглавлению

Простые схемы регулятора температуры

В качестве регулятора можно использовать ЛАТР (лабораторный трансформатор), регулятор освещенности для настольной лампы, блок питания КЭФ-8, современную паяльную станцию.

Рисунок 3. Схема выключателя для регулятора.

Современные паяльные станции способны регулировать температуру жала паяльника в разных режимах — в ручном, в полностью автоматическом. Но для домашнего мастера стоимость их довольно значительна. Из практики видно, что автоматическая регулировка практически не нужна, так как напряжение в сети обычно стабильное, температура в помещении, где ведется пайка, тоже не меняется. Поэтому для сборки может использоваться простая схема регулятора температуры, собранная на тиристоре КУ 101Б (рис.1). Этот регулятор с успехом используется для работы с паяльниками и лампами мощностью до 60 Вт.

Этот регулятор очень прост, но позволяет менять напряжение в пределах 150-210 В. Продолжительность нахождения тиристора в открытом состоянии зависит от положения переменного резистора R3. Этим резистором и осуществляется регулировка напряжения на выходе прибора. Пределы регулировки устанавливаются резисторами R1 и R4. С помощью подбора R1 устанавливается минимальное напряжение, R4 — максимальное. Диод Д226Б можно заменить на любой с обратным напряжением более 300 В. Тиристор подойдет КУ101Г, КУ101Е. Для паяльника мощностью свыше 30 Вт диод нужно брать Д245А, тиристор КУ201Д-КУ201Л. Плата после сборки может выглядеть примерно так, как показано на рис. 2.

Для индикации работы прибора можно регулятор оснастить светодиодом, который будет светиться при наличии напряжения на его входе. Не будет лишним и отдельный выключатель (рис. 3).

Рисунок 4. Схема регулятора температуры с симистором.

Следующая схема регулятора зарекомендовала себя с хорошей стороны (рис. 4). Изделие получается очень надежным и простым. Деталей требуется минимум. Главная из них — симистор КУ208Г. Из светодиодов достаточно оставить HL1, который будет сигнализировать о наличии напряжения на входе и о работе регулятора. Корпусом для собранной схемы может быть подходящих размеров коробочка. Можно для этой цели использовать корпус электрической розетки или выключателя с установленным проводом питания и вилкой. Ось переменного резистора нужно вывести наружу и надеть на нее пластмассовую ручку. Рядом можно нанести деления. Такой простейший прибор способен регулировать нагрев паяльника в пределах примерно 50-100%. При этом мощность нагрузки рекомендуется в пределах 50 Вт. На практике схема работала с нагрузкой 100 Вт без последствий в течение часа.

Для пайки радиосхем и других деталей нужны разные инструменты. Главный из них — паяльник. Для более красивой и качественной пайки его рекомендуется оснастить регулятором температуры. Вместо него можно использовать разные приборы, которые продаются в магазинах.

Можно своими руками без проблем собрать приспособление из нескольких деталей.

Это обойдется очень дешево, да интерес представляет больший.

Чтобы пайка была качественной, надо собрать регулятор мощности паяльника своими руками. Ниже будут приведены такие устройства, которые собраны на тиристорах. В некоторых из них регулирование мощности паяльника осуществляется без гальванической развязки с электрической сетью, поэтому все токоведущие части должны быть тщательно заизолированы.

Простой регулятор на тиристоре

Это самый простой вариант. В нем использовано минимальное количество деталей. Вместо обычного диодного мостика применен всего один диод. Регулировка температуры проходит только во время положительной полуволны тока, а во время отрицательного промежутка напряжение идет через упомянутый диод без изменений. Поэтому регулировка мощности паяльника своими руками в этом случае может быть осуществлена в пределах от 50 до 100%. Если снять диод, то она сместится в диапазон 0-49%. Если в разрыв цепочки сопротивлений вставить динистор (КН102А), то электролит можно будет поменять на обычный конденсатор емкостью 0,1 микрофарад.

Чтобы сделать подобный регулятор мощности, надо использовать тиристоры типа КУ103В, КУ201Л, КУ202М, которые работают при прямом напряжении более 350 В. Диоды можно использовать любые на обратную разницу потенциалов не меньше 400 вольт.

Вернуться к оглавлению

Классический вариант устройства на тиристоре

Он дает радиопомехи в сеть и требует установки фильтра. Но его можно с успехом применить для изменения яркости света ламп накаливания или изменения температуры нагревательных элементов мощностью от 20 до 40 Вт.

Работает такой прибор по следующему принципу:

питание устройства осуществляется через прибор, температура или яркость которого должны быть изменены;
затем ток проходит на диодный мостик;
он преобразует переменный ток в постоянный;
через переменный резистор и фильтр из двух сопротивлений и конденсатора попадает на управляющий вывод тиристора, который открывается и пропускает через лампочку или паяльник максимальное значение тока;
если повернуть ручку переменного резистора, то этот процесс пройдет с задержкой, которая зависит от времени разряда конденсатора;
от этого и зависит уровень температуры, до которой нагреется жало паяльника.

Вернуться к оглавлению

Регулятор мощности паяльника без радиопомех

Отличие этого варианта от предыдущего заключается в отсутствии наводок в электрическую сеть. Она работает в тот период, когда напряжение питания проходит через нулевую точку. Сделать такой регулятор паяльника своими руками несложно, а его КПД достигает 98%. Хорошо поддается последующей модернизации.

Работает устройство так: напряжение сети сглаживается диодным мостиком, и постоянная составляющая имеет вид синусоиды, которая пульсирует с периодичностью 100 Гц.

Пройдя через сопротивление и стабилитрон, ток имеет максимальную амплитуду напряжения, равную 8,9 В. Его форма меняется и становится импульсной, и он подзаряжает конденсатор.

Микросхемы получают необходимое питание, а сопротивления нужны для уменьшения амплитуды напряжения около 20-21 В и обеспечения тактового сигнала для БИС и отдельных логических ячеек 2ИЛИ-НЕ, которые все преобразовывают в импульсы прямоугольной формы. На других выводах микросхем происходит инвертирование и формирование импульсного такта для того, чтобы тиристор не смог повлиять на логику. При прохождении на управляющий вывод тиристора положительного сигнала, он открывается и можно производить пайку.

Этот имеет диапазон 49- 98%, что позволяет настроить инструмент в интервале от 21 до 39 Вт.

Вернуться к оглавлению

Внутренний монтаж устройства и другие его части

Все детали, из которых собран регулятор, располагаются на печатной плате, которая сделана из стеклотекстолита. Это устройство не содержит гальванической развязки и прямо соединено с питающей сетью, поэтому лучше установить устройство в коробку из любого изоляционного материала, например, пластмассы. Она должна быть не больше адаптера. Еще понадобится электрический шнур с вилкой.

На ось переменного резистора надо надеть ручку из любого изоляционного материала, например, текстолита или пластика. Вокруг нее на корпусе регулятора мощности паяльника наносят риски с соответствующими цифрами, которые будут показывать степень нагрева жала.

Шнур, соединяющий регулятор с паяльником, припаян прямо к плате. Можно установить вместо этого на корпус разъемы и тогда можно будет подсоединить несколько паяльников. Ток, который потребляет описанное выше устройство, довольно мал. Он равен 2 мА, а это меньше, чем берет светодиод в выключателе с подсветкой. Поэтому можно не применять никаких усилий для обеспечения температурного режима.

После сборки прибор в наладке не нуждается. Если нет ошибок в монтаже и все детали исправны, то регулятор мощности должен заработать сразу после включения вилки в сеть.

Если вышеописанное устройство кажется сложным в изготовлении, то можно сделать более простое, но для уменьшения радиопомех придется смонтировать дополнительные фильтры. Они изготовляются из ферритовых колец, на которые намотаны витки медного провода.

Можно использовать аналогичные элементы, снятые с компьютерных блоков питания, принтеров, телевизоров и другой подобной техники.

Фильтр устанавливают перед входом на регулятор, между устройством и сетевым шнуром.

Он должен быть как можно ближе установлен к тиристору, который и является источником радиопомех. Фильтр также можно разместить во внутренней части корпуса или на нем. Чем больше на нем намотано витков, тем надежнее защищена сеть от наводок. На самый простой случай можно намотать на кольцо 2-3 провода сетевого шнура. Можно снять ферритовые сердечники с компьютеров, негодных принтеров, старых мониторов или сканеров. Системный блок ПК соединен с ними шнуром, который имеет утолщение. В нем и смонтирован ферритовый фильтр.

Рассказать в:
Для того, что бы получить качественную и красивую пайку требуется поддерживать определенную температуру жала паяльника в зависимости от марки применяемого припоя. Предлагаю самодельный регулятор температуры нагрева паяльника, которая с успехом может заменить многие промышленные несравнимые по цене и сложности.

Главное отличие схемы представляемого регулятора температуры паяльника от многих существующих, это простота и полное отсутствие излучающих радиопомех в электрическую сеть, так как все переходные процессы происходят во время, когда напряжение в питающей сети равно нулю.

Электрические принципиальные схемы регуляторов температуры паяльника

Внимание, ниже приведенные схемы регуляторов температуры гальванически не развязаны с эклектической сетью и прикосновение к токоведущим элементам схемы опасно для жизни!

Для регулировки температуры жала паяльника применяют паяльные станции, в которых в ручном или автоматическом режиме поддерживается оптимальная температура жала паяльника. Доступность паяльной станции для домашнего мастера ограничена высокой ценой. Для себя я вопрос по регулированию температуры решил, разработав и изготовив регулятор с ручной плавной регулировкой температуры. Схему можно доработать для автоматического поддержания температуры, но я не вижу в этом смысла, да и практика показала, вполне достаточно ручной регулировки, так как напряжение в сети стабильно и температура в помещении тоже.

Приступая к разработке регулятора температуры для паяльника, я исходил из следующих соображений. Схема должна быть простой, легко повторяемой, комплектующие должны быть дешевыми и доступными, высокая надежность, габариты минимальными, КПД близок к 100%, отсутствие излучающих помех, возможность модернизации.

Классическая тиристорная схема регулятора

Классическая тиристорная схема регулятора температуры паяльника не соответствовала одному из главных моих требований, отсутствию излучающих помех в питающую сеть и эфир. А для радиолюбителя такие помехи делают невозможным полноценно заниматься любимым делом. Если схему дополнить фильтром, то конструкция получиться громоздкой. Но для многих случаев использования такая схема тиристорного регулятора может с успехом применяться, например, для регулировки яркости свечения ламп накаливания и нагревательных приборов мощностью 20-60вт. Поэтому я и решил представить эту схему.

Для того, что понять как работает схема, остановлюсь подробнее на принципе работы тиристора. Тиристор, это полупроводниковый прибор, который либо открыт, либо закрыт. Что бы его открыть, нужно на управляющий электрод подать положительное напряжение 2-5В в зависимости от типа тиристора, относительно катода (на схеме обозначен k). После того, как тиристор открылся (сопротивление межу анодом и катодом станет равно 0), закрыть его через управляющий электрод не возможно. Тиристор будет открыт до тех пор, пока напряжение межу его анодом и катодом (на схеме обозначены a и k) не станет близким к нулевому значению. Вот так все просто.

Работает схема классического регулятора следующим образом. Сетевое напряжение подается через нагрузку (лампочку накаливания или обмотку паяльника), на мостовую схему выпрямителя, выполненную на диодах VD1-VD4. Диодный мост преобразует переменное напряжение в постоянное, изменяющееся по синусоидальному закону (диаграмма 1). При нахождении среднего вывода резистора R1 в крайнем левом положении, его сопротивление равно 0 и когда напряжение в сети начинает увеличиваться, конденсатор С1 начинает заряжаться. Когда С1 зарядиться до напряжения 2-5В, через R2 ток пойдет на управляющий электрод VS1. Тиристор откроется, закоротит диодный мост и через нагрузку пойдет максимальный ток (верхняя диаграмма). При повороте ручки переменного резистора R1, его сопротивление увеличиться, ток заряда конденсатора С1 уменьшиться и надо будет больше времени, что бы напряжение на нем достигло 2-5В, по этому тиристор уже откроется не сразу, а спустя некоторое время. Чем больше будет величина R1, тем больше будет время заряда С1, тиристор будет открываться позднее и получаемая мощность нагрузкой будет пропорционально меньше. Таким образом, вращением ручки переменного резистора, осуществляется управление температурой нагрева паяльника или яркостью свечения лампочки накаливания.

Простейшая тиристорная схема регулятора

Вот еще одна самая простая схема тиристорного регулятора мощности, упрощенный вариант классического регулятора. Количество деталей сведено к минимуму. Вместо четырех диодов VD1-VD4 используется один VD1. Принцип работы ее такой же, как и классической схемы. Отличаются схемы только тем, что регулировка в данной схеме регулятора температуры происходит только по положительному периоду сети, а отрицательный период проходи через VD1 без изменений, поэтому мощность можно регулировать только в диапазоне от 50 до 100%. Для регулировки температуры нагрева жала паяльника большего и не требуется. Если диод VD1 исключить, то диапазон регулировки мощности станет от 0 до 50%.

Если в разрыв цепи от R1 и R2 добавить динистор, например КН102А, то электролитический конденсатор С1 можно будет заменить на обыкновенный емкостью 0,1mF. Тиристоры для выше приведенных схем подойдут, КУ103В, КУ201К (Л), КУ202К (Л, М, Н), рассчитанные на прямое напряжение более 300В. Диоды тоже практически любые, рассчитанные на обратное напряжение не менее 300В.

Приведенные выше схемы тиристорных регуляторов мощности с успехом можно применять для регулирования яркости свечения светильников, в которых установлены лампочки накаливания. Регулировать яркость свечения светильников, в которых установлены энергосберегающие или светодиодные лампочками, не получится, так как в таких лампочках вмонтированы электронные схемы, и регулятор просто будет нарушать их нормальную работу. Лампочки будут светить на полную мощность или мигать и это может даже привести к преждевременному выходу их из строя.

Схемы можно применять для регулировки при питающем напряжении в сети переменного тока 36В или 24В. Нужно только на порядок уменьшить номиналы резисторов и применить тиристор, соответствующий нагрузке. Так паяльник мощностью 40 ватт при напряжении 36В будет потреблять ток 1,1А.

Тиристорная схема регулятора не излучающая помехи

Так как меня регуляторы, излучающие помехи не устраивали, а подходящей готовой схемы регулятора температуры для паяльника не нашлось, пришлось взяться за разработку самому. Более 5 лет регулятор температуры служит безотказно.

Работает схема регулятора температуры следующим образом. Напряжение от питающей сети выпрямляется диодным мостом VD1-VD4. Из синусоидального сигнала получается постоянное напряжение, изменяющееся по амплитуде как половина синусоиды с частотой 100 Гц (диаграмма 1). Далее ток проходит через ограничительный резистор R1 на стабилитрон VD6, где напряжение ограничивается по амплитуде до 9 В, и имеет уже другую форму (диаграмма 2). Полученные импульсы заряжают через диод VD5 электролитический конденсатор С1, создавая питающее напряжение около 9В для микросхем DD1 и DD2. R2 выполняет защитную функцию, ограничивая максимально возможное напряжение на VD5 и VD6 до 22В, и обеспечивает формирование тактового импульса для работы схемы. С R1 сформированный сигнал подается еще на 5 и 6 выводы элемента 2ИЛИ-НЕ логической цифровой микросхемы DD1.1, которая инвертирует поступающий сигнал и преобразовывает в короткие импульсы прямоугольной формы (диаграмма 3). С 4 вывода DD1 импульсы поступают на 8 вывод D триггера DD2.1, работающего в режиме RS триггера. DD2.1 тоже, как и DD1.1 выполняет функцию инвертирования и формирования сигнала (диаграмма 4). Обратите внимание, что сигналы на диаграмме 2 и 4 практически одинаковые, и казалось, что можно сигнал с R1 подавать прямо на 5 вывод DD2.1. Но исследования показали, что в сигнале после R1 находится много приходящих из питающей сети помех и без двойного формирования схема работала не стабильно. А ставить дополнительно LC фильтры, когда есть свободные логические элементы не целесообразно.

На триггере DD2.2 собрана схема управления регулятора температуры паяльника и работает она следующим образом. На вывод 3 DD2.2 с вывода 13 DD2.1 поступают прямоугольные импульсы, которые положительным фронтом перезаписывают на выводе 1 DD2.2 уровень, который в данный момент присутствует на D входе микросхемы (вывод 5). На выводе 2 сигнал противоположного уровня. Рассмотрим работу DD2.2 подробно. Допустим на выводе 2, логическая единица. Через резисторы R4, R5 конденсатор С2 зарядится до напряжения питания. При поступлении первого же импульса с положительным перепадом на выводе 2 появится 0 и конденсатор С2 через диод VD7 быстро разрядится. Следующий положительный перепад на выводе 3 установит на выводе 2 логическую единицу и через резисторы R4, R5 конденсатор С2 начнет заряжаться. Время заряда определяется постоянной времени R5 и С2. Чем величина R5 больше, тем дольше будет заряжаться С2. Пока С2 не зарядиться до половины питающего напряжения на выводе 5 будет логический ноль и положительные перепады импульсов на входе 3 не будут изменять логический уровень на выводе 2. Как только конденсатор зарядиться, процесс повторится.

Таким образом, на выходы DD2.2 будет проходить только заданное резистором R5 количество импульсов из питающей сети, и самое главное, перепады этих импульсов будут происходить, во время перехода напряжения в питающей сети через ноль. Отсюда и отсутствие помех от работы регулятора температуры.

С вывода 1 микросхемы DD2.2 импульсы подаются на инвертор DD1.2, который служить для исключения влияния тиристора VS1 на работу DD2.2. Резистор R6 ограничивает ток управления тиристором VS1. Когда на управляющий электрод VS1 подается положительный потенциал, тиристор открывается и на паяльник подается напряжение. Регулятор позволяет регулировать мощность паяльника от 50 до 99%. Хотя резистор R5 переменный, регулировка за счет работы DD2.2 нагрева паяльника осуществляется ступенчато. При R5 равному нулю, подается 50% мощности (диаграмма 5), при повороте на некоторый угол уже 66% (диаграмма 6), далее уже 75% (диаграмма 7). Таким образом, чем ближе к расчетной мощности паяльника, тем плавне работает регулировка, что позволяет легко отрегулировать температуру жала паяльника. Например, паяльник 40 Вт, можно будет настроить на мощность от 20 до 40 Вт.
Конструкция и детали регулятора температуры

Все детали регулятор температуры размещены на печатной плате. Так как схема не имеет гальванической развязки с питающей сетью, плата помещена в небольшую пластмассовую коробку, которая одновременно является вилкой. На стержень переменного резистора R5 одета пластмассовая ручка.

Шнур, идущий от паяльника, припаян непосредственно к печатной плате. Можно сделать подключение паяльника разъемным, тогда будет возможность подключать к регулятору температуры другие паяльники. Как это ни удивительно, но ток, потребляемый схемой управления регулятора температуры, не превышает 2 мА. Это меньше, чем потребляет светодиод в схеме подсветки выключателей освещения. Поэтому принятия специальных мер по обеспечению температурного режима устройства не требуется.
Микросхемы DD1 и DD2 любые 176 или 561 серии. Диоды VD1- VD4 любые, рассчитанные на обратное напряжение не менее 300В и ток не менее 0,5А. VD5 и VD7 любые импульсные. Стабилитрон VD6 любой маломощный на напряжение стабилизации около 9В. Конденсаторы любого типа. Резисторы любые, R1 мощностью 0,5 Вт. Регулятор температуры настраивать не требуется. При исправных деталях и без ошибок монтажа заработает сразу.

Мобильный паяльник

Даже людей, которые с паяльником на «ты», часто останавливает невозможность выполнить пайку проводов из-за отсутствия электрической подводки. Если место пайки находится не далеко и есть возможность протянуть удлинитель, то не всегда безопасно работать с паяльником, запитанным от электрической сети напряжением 220 вольт, в помещениях с высокой влажностью и температурой, с токопроводящими полами. Для возможности паять в любом месте и безопасно, предлагаю простой вариант автономного паяльника.

Питание паяльника от аккумулятора UPS компьютера

Подключив паяльник к аккумулятору ниже приведенным способом Вы не будете привязаны к электрической сети и сможете паять где понадобится без удлинителей с соблюдением требований правил безопасного проведения работ.
Понятно, что бы паять автономно, нужен аккумулятор большей емкости. Сразу вспоминается автомобильный. Но он очень тяжелый, от 12 кг. Однако есть и другие типоразмеры аккумуляторов, например, применяемые в бесперебойных блоках питания (UPS) компьютерной техники. При весе всего 1,7 кг они имеют емкость 7 А*час и выдают напряжение 12 В. Такой аккумулятор вполне можно легко транспортировать.

Для того, что бы обыкновенный паяльник сделать мобильным, нужно взять пластинку фанеры, просверлить в ней 2 отверстия диметром равным толщине провода опоры для паяльника и приклеить пластину к аккумулятору. При выгибании опоры ширину места установки паяльника нужно сделать чуть меньше, диаметра трубки с тепло нагревателем паяльника. Тогда паяльник будет вставляться с натягом, и фиксироваться. Будет удобно хранить, и транспортировать.

Для пайки проводов диаметром до 1 мм подойдет паяльник, рассчитанный для работы на напряжения 12 вольт и мощностью от 15 ватт. Время непрерывной работы от свежее заряженного аккумулятора паяльника составит более 5 часов. Если планируется паять провода большего диаметра, то надо уже брать паяльник мощностью 30 - 40 ват. Тогда время непрерывной работы составит не менее 2 часов.

Для питания паяльника вполне подойдут аккумуляторы, которые уже не могут обеспечить нормальную работу бесперебойных блоков питания из-за потери со временем своей емкости. Ведь для питания компьютера нужна мощность от 250 ватт. Даже если емкость аккумулятора снизилась до 1 А*часа все равно он обеспечить работу 30 ватного паяльника в течении 15 минут. Этого времени вполне достаточно для выполнения работы по пайке нескольких проводников.

В случае разовой необходимости выполнения пайки, можно на время изъять из бесперебойного блока питания аккумулятор и после пайки вернуть его на место.

Осталось на концы провода паяльника установить запрессовкой или пайкой разъемы, надеть их на клеммы аккумулятора и мобильный паяльник готов к эксплуатации. Раздел.

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.

Вступление.

Я много лет тому назад изготовил подобный регулятор, когда приходилось подрабатывать ремонтом р/а на дому у заказчика. Регулятор оказался настолько удобным, что со временем я изготовил ещё один экземпляр, так как первый образец постоянно обосновался в качестве регулятора оборотов вытяжного вентилятора. https://сайт/

Кстати, вентилятор этот из серии Know How, так как снабжён воздушным запорным клапаном моей собственной конструкции. Материал может пригодиться жителям, проживающим на последних этажах многоэтажек и обладающих хорошим обонянием.

Мощность подключаемой нагрузки зависит от применяемого тиристора и условий его охлаждения. Если используется крупный тиристор или симистор типа КУ208Г, то можно смело подключать нагрузку в 200… 300 Ватт. При использовании мелкого тиристора, типа B169D мощность будет ограничена 100 Ваттами.

Как это работает?

Вот так работает тиристор в цепи переменного тока. Когда сила тока, текущего через управляющий электрод, достигает определённого порогового значения, тиристор отпирается и запирается лишь тогда, когда исчезает напряжение на его аноде.

Примерно так же работает и симистор (симметричный тиристор), только, при смене полярности на аноде, меняется и полярность управляющего напряжения.

На картинке видно, что куда поступает и откуда выходит.

В бюджетных схемах управления симисторами КУ208Г, когда есть только один источник питания, лучше управлять «минусом» относительно катода.

Чтобы проверить работоспособность симистора, можно собрать вот такую простую схемку. При замыкании контактов кнопки, лампа должна погаснуть. Если она не погасла, то либо симистор пробит, либо его пороговое напряжение пробоя ниже пикового значения напряжения сети. Если лампа не горит при отжатой кнопке, то симистор оборван. Номинал сопротивления R1 выбирается так, чтобы не превысить максимально-допустимое значение тока управляющего электрода.

При проверке тиристров в схему нужно добавить диод, чтобы предотвратить подачу обратного напряжения.

Схемные решения.

Простой регулятор мощности можно собрать на симисторе или тиристоре. Я расскажу и о тех и о других схемных решениях.

Регулятор мощности на симисторе КУ208Г.

VS1 – КУ208Г

HL1 – МН3… МН13 и т.д.

На этой схеме изображён, на мой взгляд, самый простой и удачный вариант регулятора, управляющим элементом которого служит симистор КУ208Г. Этот регулятор управляет мощностью от ноля до максимума.

Назначение элементов.

HL1 – линеаризует управление и является индикатором.

С1 – генерирует пилообразный импульс и защищает схему управления от помех.

R1 – регулятор мощности.

R2 – ограничивает ток через анод - катод VS1 и R1.

R3 – ограничивает ток через HL1 и управляющий электрод VS1.

Регулятор мощности на мощном тиристоре КУ202Н.

VS1 – КУ202Н

Похожую схему можно собрать на тиристоре КУ202Н. Её отличие от схемы на симисторе в том, что диапазон регулировки мощности регулятора составляет 50… 100%.

На эпюре видно, что ограничение происходит только по одной полуволне, тогда как другая беспрепятственно проходит через диод VD1 в нагрузку.

Регулятор мощности на маломощном тиристоре.

Данная схема, собранная на самом дешёвом маломощном тиристоре B169D, отличается от схемы приведённой выше, только наличием резистора R5, который вместе с резистором R4 являются делителем напряжения и снижают амплитуду сигнала управления. Необходимость этого вызвана высокой чувствительностью маломощных тиристоров. Регулятор регулирует мощность в диапазоне 50… 100%.

Регулятор мощности на тиристоре с диапазоном регулировки 0… 100%.

VD1... VD4 – 1N4007

Чтобы регулятор на тиристоре мог управлять мощностью от ноля до 100%, нужно добавить в схему диодный мост.

Теперь схема работает аналогично симисторному регулятору.

Конструкция и детали.

Регулятор собран в корпусе блока питания некогда популярного калькулятора «Электроника Б3-36».

Симистор и потенциометр размещены на стальном уголке, изготовленном из стали толщиной 0,5мм. Уголок прикручен к корпусу двумя винтами М2,5 с использованием изолирующих шайб.

Резисторы R2, R3 и неоновая лампа HL1 одеты в изолирующую трубку (кембрик) и закреплены методом навесного монтажа на других электроэлементах конструкции.

Для повышения надёжности крепления штырей вилки, пришлось напаять на них по несколько витков толстой медной проволоки.

Так выглядят регуляторы мощности, которые я использую много лет.


	Get the Flash Player to see this player.

А это 4-х секундный ролик, который позволяет убедиться в том, что всё это работает. Нагрузкой служит лампа накаливания мощностью 100 Ватт.

Дополнительный материал.

Цоколёвка (распиновка) крупных отечественных симисторов и тиристоров. Благодаря могучему металлическому корпусу эти приборы могут без дополнительного радиатора рассеивать мощность 1… 2 Ватта без существенного изменения параметров.