Стабилизатор температуры жала паяльника без датчика температуры

Стабилизатор температуры жала паяльника

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

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


Рис. 1. Графики изменения температуры

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

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

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

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

PW,Вт RX,Ом RГ,Ом RГ-RX,Ом
18 860 1800 940
25 700 1700 1000
30 1667 1767 100
40 1730 1770 40
80 547 565 18
100 604 624 20

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

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

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

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


Рис. 3. Печатная плата

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

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

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

Читайте также  Как найти проводку в стене под штукатуркой?

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

СТАБИЛИЗАТОР ТЕМПЕРАТУРЫ ПАЯЛЬНИКА

Многим знаком недорогой паяльник с Алиэкспресс с встроенным регулятором напряжения. Димер это лучше, чем ничего, но нормальной работы с паяльником он не обеспечивает. В свое время Л. Елизаров из г. Макеевка Донецкой области опубликовал схему стабилизатора температуры для паяльника без датчика. За счет измерения изменения сопротивления нагревательного элемента. Схема много где публиковалась. Была еще одна статья в журнале Радио.

Некоторое время назад я уже применял первую схему для паяльника с керамическим нагревателем и пистолетной рукояткой. На снимке он верхний в уже переделанном виде.

Работа стабилизатора понравилась. Тот паяльник является основным для меня уже пожалуй с год. Но рукоять толстовата. Он тяжелее нового. Да и любопытно.

Дальше ориентируемся на измененную схему (Доработка стабилизатора жала паяльника).

Измерение сопротивления нагревателя с Али (нижний на снимке) дало результат около 450 Ом в холодном состоянии и около 1,5 килоом в хорошо прогретом. Т.е. сопротивление изменяется раза в три. Решил адаптировать схему и для него. По факту получилось по второй доработанной схеме. R1 – 820 Ом, R2 – подстроечник 200-500 Ом. R3 выведен наружу и сопротивление его 470-500 Ом. С такими номиналами мой паяльник регулирует температуру где то от 220 до 350 градусов.

В качестве корпуса использовал обычный разветвитель-двойник из магазина. Фото платы и корпуса далее.

Двойник разбирается с помощью болгарки, ножа, пассатижей, бокорезов убирается лишнее с верхней крышки. На снимке видно до какого состояния примерно.

Обратите внимание на полупрозрачную пленочку. Плата стала расслаиваться и я снял верхний слой. И он прекрасно подходит в качестве страховочной прокладки между шинами двойника (которые соединяю с платой проводами методом пайки) и платой. Внутрь это все вставляется примерно так:

Верхняя крышка, сборка. Устройство в сборе.

Доработка самого паяльника несложная вовсе

Суть ее проста – изъять симистор и соединить провод паяльника с нагревателем напрямую. Лично я провод заменил (провод с вилкой пригодится), а симистор повесил за одну ногу на плате паяльника. Родной регулятор уже не используется. Крутилку использую в качестве заглушки и фиксатора платы.

Практика с этим паяльником пока не велика, но не вижу причин для отрицательного результата. Первый переделанный работает прекрасно и является моим основным. Что нужно сделать, если вы решили переделать и свой? Измерьте сопротивление нагревателя в холодном виде и после прогрева. Естественно в отключенном от сети состоянии.

  • Если они примерно совпадают с моими, смело можете повторять с моими номиналами.
  • Если нет, то вам придется подобрать величины для R1, R2, R3.

С паяльниками имеющими нихромовые нагреватели не экспериментировал, рекомендаций дать не могу.

О деталях

  • Стабилитроны на 5,6 вольта с мощностью не менее 1 Вт.
  • Мосты использовал 2 А 1000 вольт. Просто были в наличии.
  • Симистор BT134-600. Тоже просто был.

Печатная плата

Теперь главное. А зачем это все нужно, что это дает? Простой регулятор тока никак не обеспечивает стабилизацию. Если совсем мало, чтобы естественного охлаждения хватало, чтобы паяльник не перегревался, то при пайке будет явно не хватать мощности.

Если нормально при пайке, то при простое будет перегрев. Неизбежно.

Это сказывается очень сильно. Например мои китайские жала, которые шли вместе с паяльником (медные, кстати) таяли просто на глазах. Особенно жалко плоское. Топориком.

Кроме того, при перегреве и длительном простое обгорает кончик и порой его становится крайне сложно облудить. Естественно окисляется припой и превращается в серо-черную кашу. И прежде чем паять вам придется чистить кончик каждый раз. Словом сильно сокращается жизнь жала и комфортность пайки.

Доработанный таким образом паяльник приобретает черты паяльников совсем другой ценовой категории и качества. Фактически это паяльная станция.

Еще один аспект который проверил для себя. Иногда выпаиваю детали двумя паяльниками. Поскольку таких паяльников у меня теперь два, то имело смысл проверить, а не возникает ли между ними разности потенциалов, губительной для извлекаемой детали.

Измерение вольтметром показали нули на диапазоне 20 вольт постоянки и 200 вольт переменки. Одну из сетевых вилок переворачивал. Возможно просто качественная керамика в нагревателях. Правда стоит иметь в виду, в первом переделанном паяльнике вместо ИП на стабилитронах стоит китайский маленький ИБП на 12 вольт (не нашел тогда мощных стабилитронов). Возможно причина еще в этом.

Ну и почему именно такие паяльники особенно интересны для этой переделки.

В обычном режиме он быстро перегревается. А это говорит об избыточной температуре нагревателя. И избыточной мощности. Он имеет керамический нагреватель с достаточно большим сопротивлением и сильным изменением сопротивления при нагреве, что позволяет точнее отслеживать температуру.

Следовательно, после переделки он будет очень быстро нагреваться, так как напряжение подается не после диммера, в урезанном виде, а полное напряжение сети.

По этой же причине он будет быстрее восстанавливать температуру после интенсивного отбора тепла при пайке массивных деталей.

Немного о настройке схемы

Тут все просто. Сопротивление цепочки R1, R2 и R3 определяет минимальную температуру паяльника. Чем меньше сопротивление — тем меньше нагрев. То есть выведя движок сопротивления R3 в положение наименьшего сопротивления, подбором R1, R2 выставляют желаемую минимальную температуру. Ее выбрал в районе 200-220 градусов. А вот величина сопротивления R3 будет определять максимально возможную температуру паяльника. Я выбрал ее в районе 500 Ом. И получил на максимуме около 360 вольт.

Выбирать ее слишком большой не советую. При каком-то сопротивлении регулятор практически перестает отключать нагреватель (светодиод горит, лишь изредка помаргивая). Так легко вообще загробить жала.

При нормальной работе светодиод практически непрерывно светит после включения несколько секунд. Потом появляются паузы, которые по мере прогрева они становятся все длиннее. Мой паяльник на рабочий режим выходит секунд за 20-30.

Тришин А.О.
Г. Комсомольск-на-Амуре.
Ноябрь 2018 г.

[07-2015] Доработка стабилизатора температуры жала паяльника

Автор доработал своё устройство, описание которого было опубликовано ранее в нашем журнале. В результате увеличена его допустимая выходная мощность, повышена надёжность, упрощено и улучшено схемное решение.

ксплуатация разработанного мною ранее и опубликованного в «Радио», 2014, № 10, с. 33, 34 стабилизатора температуры жала паяльника с разными типами и конструкциями паяльников потребовала доработки схемотехнического решения для повышения его надёжности и чёткости срабатывания узла терморегулятора. Кроме того, мощность подключаемых паяльников была ограничена предельным током выпрямительного моста КЦ407А (0,5 А) и оптрона МОС3063 (1 А). В доработанном устройстве применён более мощный выпрямительный мост, а вместо элемента управления нагревателем — оптосимистора —
мощный симистор. Кроме того, исключены резистивный делитель R1R2, задающий образцовое напряжение, и резистор R6, не оказывающий влияние на качество работы стабилизатора. Ток разрядки конденсатора СЗ ограничен до безопасного для выхода ОУ D1.2 уровня.

Схема доработанного варианта стабилизатора приведена на рис. 1. Подробное описание исходного варианта уже было дано ранее, отметим лишь основные отличия.

Образцовое напряжение подано не с резистивного делителя, как раньше, а с общей точки соединения стабилитронов VD3, VD4. Катод излучающего диода оптрона 1)1 МОС3063 подключён непосредственно к выходу таймера терморегулирующего узла, задающего интервал времени нагрева жала. Это позволило гарантировать более чёткое управление состоянием нагревателя паяльника даже с самым малым изменением его сопротивления. Таймер, аналогично предыдущей конструкции, собран на ОУ DA1.1, включённом как компаратор.

Рассмотрим кратко работу терморегулирующего узла и его элементов.

При снижении температуры нагревателя ниже установленного подстроечным резистором R3 порога напряжение на инвертирующем входе ОУ DA1.2 становится меньше образцового, заданного стабилитроном VD4 (+5,6 В). На выходе ОУ появляется положительный перепад напряжения. Этот перепад через разряженный к этому времени конденсатор С2 (его ток разрядки через выход ОУ DA1.2 огра-
ничивает резистор R5) поступает на инвертирующий вход ОУ DA1.1. Напряжение на его инвертирующем входе становится больше образцового на время, заданное параметрами дифференцирующей цепи R4C2. На выходе ОУ появляется и устанавливается напряжение близкое к нулю. Загораются светодиод HL1 и излучающий диод оптосимистора U1. Оптосимистор открывается, что приводит и к открыванию мощного симистора VS1 от выпрямленного диодным мостом VD7 сетевого напряжения, снимаемого с резистивного делителя R8R9. Нагревательный элемент паяльника подключается к сети. По истечении времени, заданного цепью R4C2 (4. 6 с), напряжение на инвертирующем входе ОУ DA1.1 опять становится меньше образцового и на выходе ОУ появляется положительный перепад напряжения. Светодиод гаснет, закрывается оптосимистор, что приводит и к закрыванию симистора VS1 — нагревательный элемент паяльника отключается от сети. Его следующее подключение произойдёт после остывания до соответствующей температуры, заданной резисторами R1—R3.

При замене или выборе симистора VS1 и диодного моста VD7 других типов необходимо учитывать, что их предельно-допустимый ток должен превышать максимальный ток нагрузки. Замена микросхемы ОУ LM358P на компаратор LM393P потребует установки между её выводом 1 (выходом) и плюсовой линией питания узла управления резистора сопротивлением 5. 10кОм. О замене остальных элементов, налаживании и конструктивном варианте исполнения стабилизатора было подробно рассказано в предыдущей статье.

Устройство собрано на печатной плате из фольгированного с одной стороны стеклотекстолита. Чертёж платы и расположенные на ней элементы показаны на рис. 2.

Стабилизатор температуры жала бытового паяльника

Это несложное для повторения устройство обеспечивает стабильность заданной регулятором (переменным резистором) температуры стержня электропаяльника при изменениях сетевого напряжения. В качестве датчика температуры применена миниатюрная лампа накаливания.

Предлагаемое вашему вниманию устройство — это результат желания автора получить качественные паяные соединения бытовым электропаяльником, рассчитанным для работы от сетевого напряжения 220 В при его колебаниях. На стержне паяльника закреплён датчик температуры, по сигналам с которого устройство поддерживает температуру нагрева стержня на заданном уровне.

Рис. 1. Схема стабилизатора

Схема стабилизатора приведена на рис. 1. Стабилизатор состоит из двух узлов: измерительного и регулирующего, которые гальванически развязаны сетевым трансформатором Т1 и оптроном U1. Измерительный узел собран на ОУ DA2, включённом как компаратор, и получает питание от вторичной понижающей обмотки сетевого трансформатора. Переменное напряжение с неё выпрямляется диодным мостом VD1, сглаживается конденсатором С3 и далее стабилизируется на уровне +12 В микросхемой DA1 — параллельным стабилизатором напряжения.

Читайте также  Замена алюминиевой проводки на медную в квартире

Напряжение на инвертирующем входе ОУ DA2 определяется делителем из резисторов R7, R8 и лампы накаливания EL1, ток через который около 3 мА задан резисторами R7, R8. Как известно, с изменением температуры сопротивление нити накаливания меняется. Это свойство и позволило применить лампу как датчик температуры (далее датчик), закрепив его на стержне паяльника. Температура нагрева стержня паяльника регулируется переменным резистором R6, включённым в цепь другого резистивного делителя R3R4R5. Оба делителя образуют измерительный мост. Пределы регулировки температуры устанавливают резистором r4.

При изменении температуры датчика происходит разбаланс моста и на выходе ОУ DA2 напряжение изменяется. Выход ОУ (вывод 6) управляет светодиодом HL1 и оптроном U1 регулирующего узла, собранного на мощном полевом транзисторе VT1. Оптрон управляет напряжением затвор-исток полевого транзистора VT1. Когда температура датчика возрастает, его сопротивление увеличивается и на выходе ОУ появляется напряжение низкого уровня, светодиод HL1 гаснет, сигнализируя о повышении температуры выше заданного переменным резистором R6 порога, а излучающий диод оптрона U1 включается, открывая его фототранзистор. Открытый фототранзистор замыкает выводы затвора и истока полевого транзистора VT1, его канал закрывается, и на нагреватель паяльника поступают только половины периода напряжения сети через встроенный в транзистор диод. Стержень паяльника и датчик начинают остывать. Через некоторое время снижение температуры датчика приводит к появлению напряжения высокого уровня на выходе ОУ светодиод HL1 загорается, сигнализируя теперь о температуре ниже заданного порога, а излучающий диод оптрона выключается. Транзистор VT1 открывается напряжением 12 В на затворе, и на нагреватель подаётся полное напряжение сети. Стержень паяльника начинает нагреваться. Далее процесс повторяется. Напряжение на стабилитрон VD2 для открывания полевого транзистора VT1 подаётся от сети через выпрямительный диод VD3 и гасящий резистор R12. Конденсатор С5 — сглаживающий.

Рис. 2. Чертёж печатной платы

Чертёж печатной платы представлен на рис. 2. Она выполнена из односторонне фольгированного стеклотекстолита и помещена в корпус от маломощного блока питания на место изъятой из него платы выпрямителя со сглаживающим конденсатором и движковым переключателем. Сетевой трансформатор блока питания использован в качестве трансформатора Т1. Все резисторы установлены перпендикулярно плате. Под ось переменного резистора R6, выступающую наружу, в корпусе просверлено отверстие. Электрическое соединение платы с нагревателем и датчиком выполнено через разъём ОНЦ-ВГ-11-6/16 (номера его контактов показаны на рис. 2). Для разъёма в корпусе сделано соответствующее отверстие. Сам разъём на схеме не показан. Транзистор VT1 закреплён вне платы на теплоотводе — медной пластине размерами 90x12x1 мм, изогнутой буквой «П» вокруг трансформатора. При мощности паяльника не более 25 Вт теплоотвод не требуется. Варистор RU1 монтируют непосредственно на выводах транзистора VT1.

В качестве датчика применена малогабаритная лампа накаливания серии DL1250 (напряжение — 12 В, ток — 50 мА) размерами 3,2×6 мм с длиной выводов 25 мм. В холодном состоянии сопротивление нити — около 30 Ом. При температуре 200. 230 оС — около 50 Ом. Токоподводящие жаропрочные провода диаметром 0,2. 0,25 мм и длиной 250 мм, подверженные воздействию высокой температуры, изготовлены из константановой проволоки и проложены вдоль корпуса паяльника. Соединение проводов с лампой выполнено сваркой, иначе температура стержня со временем будет «плавать». Проволоку для проводов можно смотать с мощных низкоомных резисторов ПЭВ, С5-35. Подойдёт и провод из нихрома, но у него в два раза выше удельное сопротивление и его труднее надёжно присоединить. Сваренные выводы изолируют отрезками фторопластовой трубки от провода МГТФ и обматывают фторопластовой лентой ФУМ-О (PTFE) для сантехработ. Далее крепят, обматывая этой же лентой, прижатую к стержню нагревателя лампу-датчик, и в двух-трёх местах вдоль корпуса — токоподводящие провода. На медном стержне паяльника для лампы желательно сделать небольшую выемку. Особое внимание следует обратить на надёжность электроизоляции токоподводящих проводов и мест сварки от корпуса.

ОУ LM301A — общего применения, заменим, например, на КР140УД7, К153УД2, LM741. Параллельный стабилизатор TL431 можно заменить стабилитроном КС212Ж, КС212В или его импортным аналогом. Транзистор VT1 на рабочее напряжение не менее 500 В заменим на MTP6N60, BUZ90 или отечественные серий КП707, КП726.

Варистор RU1 допускается не ставить. Диодный мост W08M можно заменить собранным из отдельных маломощных диодов, например, 1N4148, КД521А. Оксидные конденсаторы — импортные, С2, С4 — керамические КМ. Резистор R6 — СП4-1. Постоянные резисторы — любые выводные. Лампу DL1250 допустимо заменить на DL1265 с номинальным током 65 мА при напряжении 12 В (см. ниже).

Рис. 3. Внешний вид стабилизатора

Внешний вид собранного стабилизатора показан на рис. 3.

Налаживание стабилизатора проводят в следующей последовательности. Движок переменного резистора R6 устанавливают в нижнее по схеме положение, а вместо резистора R8 временно подключают реостатом переменный (или подстроечный) резистор сопротивлением 3 кОм. При включении стабилизатора в сеть светодиод HL1 не должен светиться. Далее уменьшают сопротивление временно подключённого переменного резистора до включения светодиода. Измеряют сопротивление введённой в цепь части резистора и впаивают вместо него постоянный резистор близкого сопротивления. После этого, в случае необходимости, подбирают резистором R4 желаемый интервал температуры нагрева. На сопротивление датчика температуры помимо нити накала лампы, особенно при её замене, оказывают влияние и соединительные провода, поэтому сопротивления резисторов R4, R8 могут несколько отличаться от указанных на схеме.

Стабилизатор испытан в работе с паяльниками мощностью 25, 40 и 90 Вт. Нестабильность температуры составила 15. 20 о С. В основном она зависит от качества теплового контакта между баллоном лампы-датчика и стержнем паяльника. У автора стабилизатор с паяльником мощностью 25 Вт эксплуатируется уже не один год. Необходимости в подстройке температуры практически не возникает.

Наличие датчика в стеклянном баллоне, смонтированном на стержне паяльника, требует, конечно, соблюдения некоторой осторожности при работе во избежание его механического повреждения. Желательна специальная подставка.

Автор: А. Звирбулис, г. Сигулда, Латвия

Мнения читателей
  • Сергей / 11.08.2014 — 16:45

Когда пайка «на потоке» идет, причём теплоёмкость точек пайки сходная; согласен такое неплохо работает. Используем на основе разных схем более 30-и лет. Но к условиям ремонта аппаратуры и т п лучше что-то с автоматическим переключением после окончания той самой пайки в режим пониженной температуры. Жало паяльника служит заметно дольше. Мои сейчас используемые выходят на рабочий режим секунд за 7. 10. Заметных неудобств не испытываем. Но температура в помещении, особенно сейчас летом, заметно комфортнее.

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному выше материалу:

Терморегулятор жала паяльника

Всем привет! Не для кого не секрет, что правильно заданная температура жала паяльника сильно влияет не только на качество пайки, но и на сам процесс! Сейчас почти все пользуются либо бюджетными паялками с регулятором мощности или хорошими паяльниками с термостабилизацией температуры. И не буду врать, у меня тоже есть бюджетная паялка.

Но пару лет назад я нашёл на форуме РАДИОКОТА простенькую схему регулятора температуры с термостабилизацией на доступных деталях без микроконтроллера! Пристроил её к своему ЭПСН-100. Мне лично паять очень понравилось, за счёт большой теплоёмкости жала и стабилизации, пайка стала приносить одно удовольствие.

Принцип работы примерно такой:
После включения, сетевое напряжение 220 В через предохранитель F1 поступает на первичную обмотку транса Т1 и нагревательный элемент паяльника через симистор VS1.

Его состояние, открыт или закрыт, зависит от температуры термопары К, которая прижата непосредственно к жалу паяльника. Я обматал её термостойким кембриком (не путать с термоусадкой. ) для лучшего температурного контроля.

Со вторичной обмотки переменное наряжение 12 В выпрямляется диодным мостом VD1 и фильтруется конденсатором С1, на его выводах получается выпрямленное напряжение порядка 14 В.

Далее через резистор R1 напряжения стабилизируется до 8 В параллельным стабилизатором на управляемом стабилитроне VD2. Далее фильтруется конденсатором С2 и поступает на схему стабилизации температуры на операционном усилителе UC1.

Сразу после включения термопара холодная, симистор открыт жало паяльника начинает нагреваться, а вместе с ним и термопара К. В результате этого на выводе термопары появляется небольшое напряжение (ЭДС), которое подаётся на 3 ногу операционного усилителя UC1.1 через делитель R19, R18, R15. Это напряжение усиливается первым ОУ UC1.1 (коэффициент усиления задаётся R16) и подаётся на вход второго ОУ UC1.2 вывод 5, который включен по схеме компаратора.

Опорное напряжение задаётся R9 резисторного делителя R8-R11 и подаётся на 6 ногу ОУ UC2.1, которое сравнивается с усиленным напряжением от термопары первым OУ на 5 ноге.

Если заданное напряжение на 6 ноге превышает усиленное напряжение от термопары К, то на выходе компаратора 7 будет положительное напряжение (логическая 1), которое будет подано через светодиод VD3 на светодиод оптопары VQ1 через токоограничевающий резистор R4. В результате чего динистор в оптопаре откроется и будет подано через делитель R6, R7 открывающее напряжение на симистор VS1. Он откроется и жало паяльника начнёт нагреваться. Как только температура жала повыситься на столько, что усиленное напряжение от термопары первым ОУ на 5 ноге UC2.1 будет выше чем заданное R9 на 6 ноге, компаратор переключится и на его выводе 7 пропадёт напряжение (появится логический 0). Светодиод оптопары VQ1 погаснет, динистор закроется и закроет симистор VS1. Жало паяльника и вместе с ним термопара К начнёт остывать. Напряжение на 5 ноге UC2.1 начнёт уменьшаться и как только оно станет меньше чем задано на 6 ноге, компаратор опять переключится и на его 7 выводе появится логическая 1, откроется симистор и паяльник снова начнёт нагреваться. Этим и обеспечивается заданная стабилизация температуры жала паяльника. Затем весь цикл повторяется.

Настройка:
Как всегда начинается с соблюдения мер безопасности!
Не подключая паяльник к регулятору, подключить регулятор к сети 220 В через лампу накаливания 220 В мощностью 60 -95 Вт в разрыв сетевого провода. Если у лампы наблюдается небольшое свечение или она светиться в полный накал, то вы допустили ошибку в монтаже, повесили соплю на плате или есть пробитые накоротко элементы в схеме.

Читайте также  Импульсный стабилизатор на микросхеме xl4015

Если лампа не светиться, напряжения питания схемы в норме и светиться светодиод VD3, то можно исключить страховочную лампу, не подключая к регулятору паяльник, включить регулятор в розетку. Резистором R15(-) установить на показометре значение комнатной температуры. Например можно измерить термопарой мультиметра температуру жала паяльника не подключенного к регулятору, допустим 22°C. Для этого изменяем номинал R15 пока на показометре не буду цифры 2,2. Точку я закрасил чёрным маркером, что бы не мешала.
Затем паяльник с примотанной термопарой подключаем к регулятору согласно схемы, включаем в сеть. При помощи контрольного измерителя температуры (тем же мультиметром с термопарой) устанавливаем реальную температуру жала паяльника 300°C. На показометра регулятора могут быть совершенно другая температура! Подбором резистора R16 добиваемся что бы ваш показометр показывал такую же температуру как и на мультиметре. Возможно придётся немного покрутить R17, я начинал настройку в среднем его положении.

Но из-за большой теплоёмкости жала температура будет плавать в пределах 25°C. Это вполне приемлемо для комфортной пайки. Если кого-то это не устраивает, то собирайте ПИД регуляторы и наслаждайтесь точностью до 1°C!

У меня на этом настройка закончилась, но хочу поделиться мнением от работы этого регулятора:
Из-за массивного жала и большой инертности нагревательного элемента паяльника ЭПСН-100 реальная температура плавает примерно в диапазона 20-25°C. Это происходит из-за того, что при достижении заданной температуры нагреватель сильно разогрет и после выключения продолжает догревать жало. А после включения остывающего жала не успевает моментально его нагреть. Вот и получаются небольшие качели и поэтому температура на показометре плавает. Что бы это не раздражало мой глаз, я показометр подключил не как по схеме к 1 ноге ОУ, а к среднему выводу переменного резистора R9. И теперь показометр показывает заданную температуру, что даже стало удобнее. При включении сразу можно поставить желаемую температуру, а не ждать прока прогреется и несколько раз корректировать до нужной температуры.

Светодиод VD3 сначала горит постоянно, когда температура достигает заданной он начинает моргать, сигнализируя о достижении заданной температуру и режиме её стабилизации.

Компоненты помеченные звёздочкой на схеме подбираются в зависимости от используемых деталей и возможно их номиналы будут отличатся в вашем случае.

Детали:
Трансформатор — любой малогабаритный 22012 В мощностью 1-2 Вт.

Диоды:
VD1 — любой диодный мост с прямым током от 0,5 А, обратным напряжением от 40 В. На пример DB101, RS102. Я собрал из 4 диодов IN4007.
VD2 — управляемый стабилитрон TL431.
VD3 — любой яркий светодиод для визуального контроля работы схемы, на пример синий.
Симистор — VS1 любой с током от 2 А и обратным напряжением от 400 В. На пример ВТ138-600
Оптодинистор — VQ1 МОС 3021 — МОС 3063

Конденсаторы:
С1 — электролит ёмкостью 470 — 1000 мкФ напряжением не ниже 25 В. На пример К50-35.
С2 — электролит ёмкостью 220 — 470 мкФ напряжением не ниже 16 В. На пример К50-35.
С3 — плёночный ёмкостью 100 нФ напряженеим не ниже 600 В. На пример К73-17.
С4 — любой керамический малогабаритный ёмкостью 100 нф.

Резисторы:
R1 — 120 Ом мощностью 0,5-1 Вт, на пример МЛТ 1. Его номинал зависит от напряжения на вторичной обмотке транса Т1.
R5, R7 — 360 Ом мощностью 0,5-1 Вт, на пример МЛТ 1.
R2,R4,R8,R10-R16,R18,R19 — любые малогабаритные соответствующих номиналов по схеме, на пример МЛТ 0,125.
R9 — переменный 10 кОм, на пример СП3-4а-г
R17 — малогабаритный подстроечный 4,7 кОм, можно многооборотный. На пример СП3-38
Микросхема — UC1 операционный усилитель LM358.
Термопара — К типа, купил к китайцев на АлиЭкспресс
Показометр — простенький китайский вольтметр с диапазоном 0-30 В.

Пять способов регулировки температуры паяльника

Для выполнения различных электромонтажных работ, сборки электронных схем очень часто используется такой инструмент, как электропаяльник. Простейший его вид, который можно приобрести в любом хозяйственном магазине, имеет, как правило, элементарную конструкцию.

В нее входят нагревательный элемент, жало, рукоятка, чаще деревянная, и питающий кабель или шнур. В некоторых вариантах паяльник может комплектоваться несколькими сменными жалами.

Мощность такого паяльника фиксированная, чаще всего 40 или 60 Ватт. Но удобнее пользоваться инструментом с возможностью регулировки мощности. Такие модели тоже выпускают, хотя стоят они дороже.

Для чего повышать мощность

Чтобы выполнять паяльные работы, требуются инструменты с различными параметрами. При этом иметь несколько паяльников с разной мощностью и, соответственно, с разной температурой нагрева жала, нецелесообразно.

При монтаже компонентов на плату требуется температура жала, достаточная для прогрева выводов и плавления припоя. Увеличенные значения температуры могут привести к сгоранию отдельных элементов, отклеиванию токопроводящих дорожек от платы, повреждению изоляции проводов.

В то же время использование паяльника с меньшей мощностью, а значит и с меньшей температурой нагрева жала, позволяющей достигнуть заданного значения, принуждает увеличивать время воздействия на детали и припой.

В результате от длительного нагрева компоненты выходят из строя, а изоляция может со временем растрескиваться из-за потери механических свойств.

Вывод: при пайке, если требуется прогрев больших площадей и массивных деталей, необходимо повышать не температуру, а мощность паяльника, сократив до возможного минимума время контакта жала с выводами детали.

При этом припой должен расплавиться и обеспечить надежный контакт с деталью, которая при таком режиме не подвергнется перегреву.

Управление нагревом

Чтобы нагреть массивную деталь до нужной температуры, необходимо и такое же массивное жало паяльника, чтобы скорость нагрева была выше скорости теплоотвода детали.

Инструментом, который справится одновременно с поставленными выше задачами, является достаточно мощный паяльник с регулировкой температуры.

То есть максимальной мощности паяльника должно быть достаточно для разогрева крупных выводов, а температура должна регулироваться в некоторых пределах и выбираться в соответствии с условиями работ.

Тогда массивное жало будет обладать большей тепловой инерцией и нагреет деталь до необходимой степени, без риска ее перегрева.

Существует несколько способов регулировки температуры паяльника:

  • максимальный-минимальный нагрев (простейший переключатель);
  • регулировка диммером;
  • применение управляющих микросхем в рукоятке прибора;
  • внешний блок управления;
  • применение фена.

Используя паяльник с регулировкой помимо преимуществ, описанных выше, можно значительно сэкономить на потребляемой электроэнергии при больших объемах выполняемых работ, продлить срок службы прибора, благодаря меньшему времени работы его на максимальной мощности, уменьшить количество вредных веществ, выделяемых при пайке с высокой температурой.

Переключатели и диммеры

Простейшая регулировка температуры применена в паяльниках с переключателем, допускающим всего два положения, а соответственно и два значения температуры.

При минимальном значении паяльник, установленный на подставке, просто поддерживает жало в нагретом состоянии, а при нажатии на клавишу или кнопку, жало нагревается до максимальной температуры, при которой и производится пайка.

Очевидно, что из преимуществ, описанных выше, такой паяльник обладает только возможностью экономить электроэнергию. Главная же задача регулировки – производство качественного и безопасного монтажа компонентов – остается невыполнимой.

Вторая разновидность паяльников с регулировкой – диммируемые. Их конструкция предполагает включение в разрыв питающего кабеля диммера – устройства, ограничивающего потребление электроэнергии паяльником.

При этом действительно появляется возможность регулировки температуры жала, но делается это за счет падения напряжения в диммере.

Соответственно, ни о какой экономичности такой схемы не может быть и речи. Но цена таких устройств довольно низкая и может сыграть решающую роль при выборе.

Блоки управления

Следующим видом паяльников являются уже более сложные устройства с блоком питания, в которых регулирование происходит при помощи блока из полупроводников и микросхем. Такой блок компактен и может находиться в корпусе рукоятки паяльника, что очень удобно.

Регулятор также может находиться на рукоятке. При достаточно скромной цене это вполне приемлемый вариант, позволяющий производить качественную пайку.

Еще одной разновидностью паяльников с регулировкой являются инструменты с внешним блоком питания. Благодаря наличию этих блоков возможна работа прибора на выпрямленном постоянном токе со стабильными значениями напряжения.

Такой блок питания одновременно служит и стабилизатором температуры паяльника, которая останется неизменной независимо от того, насколько будет изменяться напряжение в сети. Многие радиодетали требовательны именно к такому режиму пайки.

Недостатком моделей можно посчитать громоздкость, низкую мобильность, но если принять во внимание, что качественный монтаж можно произвести только в оборудованной мастерской, а не «на коленке», как принято говорить в таких случаях, то можно закрыть на это глаза.

Наиболее точной регулировки и настройки можно добиться только при помощи паяльной станции, где в помощь обычному паяльнику предусмотрен фен, которым предварительно подогревают плату или припой.

Регулятор температуры своими руками

При наличии достаточных знаний, навыков и подходящих материалов, можно обычный паяльник мощностью 60 Ватт превратить в устройство, в котором будет возможна регулировка температуры жала, и будет обеспечиваться полноценный и качественный монтаж радиокомпонентов.

Чтобы осуществить это, понадобится небольшая доводка инструмента. Для этого можно использовать схемы регулировки, собранные на доступных радиодеталях отечественного производства.

Для сборки простейшего регулятора температуры можно воспользоваться схемой с переменным резистором из серии СП-1, тиристором КУ101Г, любым диодом, рассчитанным на ток не менее 1 А.

Схему собирают прямо на корпусе переменного резистора, не изготавливая платы. Для размещения устройства можно применить корпус от любого блока питания подходящих размеров. В результате получится устройство, в котором штатный паяльник питается от сети через регулятор напряжения, находящийся в штепсельном разъеме.

Такой регулятор температуры может быть использован при работе паяльником с невысокой мощностью до 60 Ватт.

Для регулировки температуры при использовании паяльника большей мощности применяют устройство посложнее.

Оно также собирается на деталях и компонентах отечественного производства. Эту схему собирают на плате и помещают в подходящий по размерам корпус.

Регулировка осуществляется переменным резистором R2 в диапазоне от 50% до 100% мощности подключенного прибора. Схема выдержит нагрузку до 300 Ватт. Этого для использования бытового паяльника будет более чем достаточно.