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无线电电子与电气工程百科全书 烙铁支架调节器。 无线电电子电气工程百科全书
笔者不仅制作了一台调节和稳定烙铁运行的自动机器，而且将其放置在烙铁架的“地下室”中，节省了桌面空间。 长期以来使用 230 V 烙铁的悲惨经历，当时其加热器和烙铁头之间的绝缘层损坏，导致正在维修的昂贵测量设备完全无法使用，这让我重新考虑了我对焊接设备的态度。 从那时起，我只使用 36V 烙铁，由可靠的隔离变压器供电。 根据焊接元件的尺寸和重量，我不得不使用几种不同功率的烙铁。 焊台的使用受到其大尺寸和成本的限制。 有人尝试通过三极管调节器打开唯一的烙铁，以便在各种情况下只使用它，但是将烙铁连接到网络的变压器发出的烦人的嗡嗡声迫使我们寻找不同的解决方案问题。 选择烙铁没有什么困难，因为我只有36V。设计是基于市售的方便烙铁架（图1），我试图合理利用烙铁架的空余空间。 “地下室”。
事实证明，它是一款易于使用的通用烙铁支架调节器，在 40 V 电压下功率高达 36 W。其中规定的原理也可用于不同电压的烙铁通过更换一些元件，改变扼流圈的绕组数据，并修正程序。 为了给烙铁供电，使用了从电器商店购买的 TRS 60W 卤素灯（图 2）的改良“电子变压器”。 因此，需要解决减少干扰的问题，并特别注意电气安全。
我已经使用微控制器很长时间了，但这次我使用了带有 ATmega328A 微控制器和 16 MHz 石英谐振器的 Arduino Pro Mini 模块，以及为其设计的 Arduino IDE 程序开发环境，来控制烙铁和调节其加热。 开发的程序允许您通过按下按钮选择烙铁的五种工作模式并保持所选模式，自动纠正电源电压的不稳定性。 使用相同的烙铁，模式 1 可用于处理低熔点焊料，例如伍德合金，而模式 5 甚至可以正常加热大型部件。 调节原理是根据确定烙铁加热器电流功率的公式 P =我н2·Rн, 其中rн - 加热器电阻； 我н - 通过它的电流的当前值。 每次打开设备时，它都会测量烙铁加热器的电阻并计算其在 36 V 电压下的功率，并在此基础上为五种模式中的每一种设置功率： 20% - 对于模式 1 ; 40% - 模式 2； 60% - 模式 3； 80% - 模式 4； 100% - 对于模式 5。 调节器原理图如图所示。 3. 通过向烙铁提供可调节占空比的矩形脉冲来控制加热功率，其频率约为 500 Hz。 采用场效应晶体管VT4作为功率开关，其特点是栅源电容较大。 为了减少由该电容的再充电引起的控制信号下降的拖曳，这会导致晶体管VT4消耗的功率增加，设计了晶体管VT2和VT3。
Arduino模块输出D9的脉冲通过电阻R3控制晶体管VT2。 高逻辑电平打开该晶体管，通过VD1二极管快速对晶体管VT4的栅源电容进行放电并将其关闭。 同时，晶体管VT3也将截止。 来自输出D9的低逻辑电平将关闭晶体管VT2，并且晶体管VT3将通过流过电阻器R8的电流而打开。 晶体管 VT3（具有低输出电阻的射极跟随器）快速对晶体管 VT4 的栅源电容充电并将其打开。 D8 Arduino 输出用于控制 HL1 LED，该 LED 显示调节器的当前操作模式并用作紧急情况指示器。 在 D7 的输出端，Arduino 生成施加到 HA1 压电元件的声音信号。 输入 D2 用于轮询按钮 SB1 的状态。 当它被释放时，微控制器的软件使能内部电阻器在此输入处保持高逻辑电平。 按下按钮会降低级别。 为了测量流经烙铁的电流以及设备产生提供给烙铁的脉冲序列的电压，使用了 Arduino 模块 A0 和 A1 的模拟输入。 与烙铁电流成正比的脉冲电压从电阻器 R9-R11 中去除。 R14C8R15C9 滤波器从中提取与该电流平均值成比例的恒定分量。 它转到输入 A0。 为了测量电源电压，使用了带有平滑滤波器 C12R13C6 的分压器 R7R5，其中的恒定电压被馈送到输入 A1。 Arduino模块和VT4晶体管控制单元由DA9并联集成调节器和VT1晶体管上的稳定器的+1V供电。 当然，使用具有所需电压的次级绕组和整流器的变压器会更正确。 但为了简单起见，+9V电压源自烙铁电源电压。 必须承认，在这种情况下，晶体管 VT1 成为器件中最强大的热源。 电源线以及烙铁线都是很好的天线，能够发射“电子变压器”U1中电压转换器产生的大范围干扰。 为了降低噪声水平，对各个节点进行了部分屏蔽，并且在两绕组扼流圈L1-L3上使用了三个共模噪声抑制滤波器。 第一个滤波器 C1L1C4 可防止干扰渗透到电源中。 扼流圈 L2 直接安装在连接烙铁的出口处。 滤波器 L3C7 降低整流器后的干扰水平。 此类滤波器的一个重要特性是，它们可以很好地衰减共模（对称）干扰，而不会对工作差分（不对称）电压和电流产生任何影响。 为了在调节器中使用“电子变压器”tRs 60W，需要对其进行改造。 事实上，它使用负载电流反馈，这在将“变压器”用于其预期目的时很好，但在我们的情况下则不然，因为这种反馈显着缩小了允许负载的范围。 当负载小于 5 ... 6 W 时，如果不进行修改，转换器根本无法工作。 然而，一个简单的改变让他有机会在没有负载的情况下工作。 所有改进均显示在简化图表中（图 4）。 需要拆除的链条上标有十字。 新添加的电路和元件以红色突出显示，变压器T2的重绕绕组II以蓝色突出显示。 图中元件的编号是有条件的，可能与设备板上的标记不一致。
首先，需要拆焊变压器T2并从中取出绕组II。 为了提高可靠性和电气安全性，我建议在绕组 I 上使用切成 10 毫米宽胶带的氟塑料薄膜制成的多层绝缘层，并在此绕组的引线上放置薄塑料管。 对于新的绕组 II，我使用了 MGTF-0,35 线，绕了 36 匝。 固定次级绕组端子时，建议套上普通热缩管，并用吹风机预热。 之后，您可以将变压器焊接到位。 变换器网络输入端安装保护电阻R1。 建议安装 RK1 热敏电阻，例如 S153/10/M 或类似电阻。 额外的电容器 C1 和电阻器 R2 可以放置在面包板上的一小块上，方法是将其垂直于主转换器板固定。 我使用直径为 1,5 ... 2 mm 的刚性单芯铜线来完成此操作，将其焊接到印刷导体上，电容器 C3 的下端子和晶体管 VT2 的发射极通过该导体连接。 为了减小高度尺寸，电阻R2可以由三个电阻串联而成，阻值为2,2欧姆，功率为1瓦。 需要从变压器T1中去掉电流反馈绕组I，它是穿过磁路窗口的线圈。 在板上，不应焊接这一匝，而是应焊接跳线。 用一根 MGTF-0,07 线制作一个新的反馈电路。 将其一端焊接到电阻R2上，将此导线在变压器T2上绕两圈（绕组III），然后将其穿过变压器T1磁路的窗口（绕组Ia），并将导线焊接到另一端电阻R2的端子。 如果试验时变换器不工作，则将变压器T1上的绕组线Ia拆下，反方向穿过磁路窗口。
装置主体由1毫米厚的铝板制成，如图5所示。 10、外壳的宽度和高度受烙铁架“地下室”内部尺寸限制，其长度比支架长度长XNUMX毫米。 在工件的弯曲处，例如使用钢锯条上的刀具切割凹槽。 它们的深度应足以手动弯曲板材。 不要切得太深，这会降低结构的强度。 在标记开发时，必须记住，在弯曲处必须考虑铝板的厚度。 在箱子的前部（根据图5的右侧），制作了一个宽5毫米的架子，比其余部分高2毫米。 这个架子是一种锁，包括支架的前面。 在左侧，根据草图，在主体的一部分上钻了一个孔，其中有一个外加M2,5螺母，其方式是在将支架的前部安装到锁中后，其后部被挡住螺母的螺纹孔至少有一半。 为了使螺纹打开，在安装的螺母对面，在支架背面用圆形针锉制作一个凹口。 然后用螺丝将支架固定在机身上。 在外壳的前壁上，应为用于固定转换器晶体管的 M3 螺钉、电源线的橡胶衬套和 SA1 电源开关准备孔。 根据零件的可用性及其设计特征，在本地指定孔的位置及其尺寸。 XS1 烙铁插座、SB1 按钮和 HL1 LED 的孔应在外壳后壁钻孔。 在将控制设备的印刷电路板安装到外壳中之前，确定按钮和 LED 的孔的位置。 将插座安装在控制装置室的右上角（如图5），尽可能远离外壳底部，因为插座下方将有一部分带有HA1压电发射器的印刷电路板安装在其上。 出于安全考虑，我建议将标准烙铁插头更换为与传统电源插座不兼容的另一种插头，并在控制器上安装与新插头对应的插座（XS1）。 这将消除意外将烙铁插入网络的可能性。 接下来，用大约 0,5 毫米厚的铝板制作屏幕，用于分隔外壳的隔间。 他们的高度应该尽可能高。 将每个屏幕的下部弯曲 5 毫米宽，并用直径 1,5 ... 2 毫米的沉头铆钉将其固定到主体上。 使用铆钉是因为外壳底部和印刷电路板底面之间的间隙很小。 印刷电路板边缘和屏幕之间的间隙必须至少为 1 毫米宽，以便纸板制成的绝缘盒能够装入其中。 在顶部，如图所示。 5、控制器件舱部分，安装晶体管VT1和VT4的铝散热板。 其尺寸为 50x20 毫米，厚度为 2,5.3 毫米。 预先用 KPT-8 导热膏润滑接触表面后，将板铆接到外壳底部。 组装后的设备外观（未安装烙铁架）如图6所示。 XNUMX.
用于线路滤波器的单面印刷电路板的图如图7所示。 1. 将高度不超过 2,5 mm 的松紧螺母 M3 从印制导线和喇叭口一侧插入位于节流阀 LXNUMX 下方的大直径孔中。 它专为将板固定到外壳底部的螺钉而设计，您需要在其中钻一个相应的孔。
对于 FU1 保险丝插件，将 S1050 座安装在板上。 电容器 C1 和 C4 - K73-17、电感器 L1 用于故障设备。 每个绕组的电感为3,3 mH。 我建议在电路板外部连接的孔中安装安装架，例如，通过 PLD 或 PLS 连接器的引脚触点。 在将电源滤波器印刷电路板安装到外壳中之前，从 0,5 毫米厚的纸板上切出一个盒坯，以适合外壳隔间并将其折叠。 盒子的侧壁必须高于板上安装的所有元件。 这样的盒子可以保证将调节器外壳与板上带有电源电压的电路隔离。 在包装盒中，您需要预先为SA1开关、电源线和板安装螺钉打孔。 将盒子插入隔间后，将其安装在其中，并用螺钉从盒子底部的侧面固定印刷电路板。 螺钉的长度必须使其末端不会突出到板的顶面之上。 接下来，安装 SA1 开关（我使用 TNX-01）和电源线的橡胶垫圈。 整流器的印刷电路板图如图8所示。 7. 双面都有印刷导线。 电容器 CXNUMX 必须能够以增加的频率产生脉冲。 因此，这里使用了HITANO EXR电容器。 您还可以使用 ESG 系列电容器或其他制造商的类似电容器。
电感器L3——来自另一装置，每个绕组的电感为15μH。 请注意，此成品电感的绕组绕制方向不同，因此应严格按照图8连接。 0,8. 如果没有现成的扼流圈，很容易自己制作一个合适的铁氧体环磁芯。 绕组采用直径为 15 mm 的双折漆包线绕制一层，直至充满。 建议确保每个相同绕组的电感至少为 XNUMX µH。 上述关于安装安装架、用纸板箱对板进行绝缘并固定的建议也适用于该板。 从箱子中取出的“电子变压器”和改装后的电压转换板必须制作同一个箱子。 用于冷却的转换器的晶体管需要通过绝缘垫片压在壳体的前壁上，因此应仔细选择与其相邻的壳体壁的高度。 使其其余墙壁的高度达到最大。 将转换板临时安装在专用隔间中后，指定将晶体管压到外壳上的位置。 然后在这些地方安装厚度至少为0,15毫米的绝缘云母板，并预先用导热膏润滑。 这些板的尺寸应比晶体管外壳的相应尺寸大 2 ... 3 mm。 需要将输入和输出线预先焊接到转换板上。 输入 - MGSHV，输出 - MGTF-0,35。 将绝缘盒插入隔间后，将转换板安装到其中，并预先用导热膏润滑与外壳热接触一侧的晶体管。 然后用“电子变压器”中使用的塑料或金属夹将晶体管压在外壳的正面。 如果夹具是金属的，我建议在其下方放置一个纸板垫圈，以防止夹具接触转换器板上的组件。 控制装置的双面印刷电路板如图9所示。 XNUMX. 它提供的空间不像其他板上那样可容纳一个，而是可容纳三个固定螺母。 建议在开始安装零件之前将其扩口，其中一些零件可能与螺母部分重叠。 扩口螺母后，以板为模板，在外壳底部标记并钻安装孔。
请记住，Arduino Pro Mini 模块具有相当高的编程连接器，并且烙铁架的底面上有一个凸缘，如果控制板未正确安装，可以靠在该连接器上。 为了避免这种情况，你不仅在安装板子时要特别小心，而且要把Arduino模块的引脚尽可能深地插入预定的孔中，焊接后，从下面剪掉引脚突出的部分。 将除晶体管 VT1 和 VT4 之外的所有部件安装在板上，不要忘记板两侧印刷导线所安装部件的引线必须焊接在两侧。 安装后，指定外壳壁上 SB1 按钮和 HL1 LED 的孔位置并钻孔。 当板最终安装时，应在其下方放置纸板垫片。 控制板安装完毕后，确定晶体管VT1、VT4在散热板上的位置，并在其上钻孔紧固。 在VT4三极管下面垫上云母垫片，用带螺母的M2,5螺钉固定，螺钉上套上绝缘套，螺母下面垫上绝缘垫圈。 不要忘记用导热膏润滑垫圈。 选择 2SC3611 晶体管作为 VT1 是因为它的塑料外壳可以连接到散热器而无需额外的绝缘。 然而，仍然需要在配合表面上涂抹导热膏。 将固定在散热器上的晶体管的端子焊接到控制板上为其指定的接触垫。 为了使电线穿过分隔隔间的屏幕中的板之间，请制作小切口。 从控制单元板到 XS1 插座的电线必须穿过由铁氧体 10NM6 制成的尺寸为 K4,5x2000x1 的环，并缠绕两圈。 这将是 L2 扼流圈。 剩下的就是连接电源线了。 我建议在电阻测量模式下使用万用表检查安装是否正确，以及在电源电压下设备外壳与其电路之间是否存在电气连接。 控制电源电压电路和转换器的次级电路的短路并不是多余的。 在烙铁支架中，需要将连接其底座和弹簧的螺栓更换为另一个具有更平头的螺栓。 我建议在这个头上贴一层由纸板制成的绝缘层。 在转换器变压器 T2 中心的对面，我建议将橡胶塞粘到支架底部。 它还会将电路板压在外壳上并抑制其振动，振动可能导致安装在设备外壳上的转换器晶体管的端子断裂。 要将程序上传到Arduino Pro Mini，您需要一台连接到互联网的计算机和一个编程器，最好具有USB接口。 访问 http://arduino.cc 并下载免费的 Arduino IDE，这是 Arduino 的编程环境。 在计算机上安装此程序后，打开其中文章附带的 Reg_Sold.ino 文件。 在“Tools→Board”菜单中选择“Arduino Pro 或 Pro Mini”，在“Tools→Processor”菜单中选择“ATmega328 (5V, 16 MHz)”。 在菜单“工具→编程器”中，需要从建议列表中选择要用于将程序加载到模块中的编程器。 选择菜单项“Sketch→Check/Compile”开始编译程序。 编译成功后，将编程器连接到Arduino Pro Mini模块的编程接口和电脑的USB接口。 Arduino Pro Mini 应打开 LED1。 选择菜单项“通过编程器下载草图”。 如果下载成功，将在程序窗口底部报告，设备将开始发出蜂鸣声，之后可以关闭编程器。 现在是时候打开设备并尝试其操作，而无需在外壳上安装支架。 将插头插入电源插座后，将烙铁连接到 XS1 插座，并使用 SA1 开关打开设备。 对于转换器正常运行的首次评估，点亮设备的 HL1 LED 以及 Arduino 模块上的 LED1 LED 就足够了。 使用数字万用表测量连接整流板和控制板的导线之间的直流电压。 电压必须至少为36V且不超过45V。电压过高会导致晶体管VT1过热。 测量晶体管 VT1 发射极相对于公共线（电容器 C7 负极）的稳定器输出电压。 它必须至少为 8,5 V 且不超过 9,5 V，否则应选择电阻器 R5 的阻值。 用开关SA1关闭设备，将万用表与烙铁并联，在直流电压测量模式下，极限值至少为100V。打开设备后，万用表将显示烙铁上的电压如何上升最大限度地。 在这种情况下，HL1 LED 应连续发光。 为了加速加热，电压将保持在最大值大约一分钟。 在此期间，Arduino微控制器将使用测得的电压和电流值计算烙铁加热器的电阻。 由于即使是同一类型的烙铁也可能具有不同电阻的加热器，因此在更换烙铁时，需要关闭并再次打开设备，以便测量其电阻。 然后设备将切换到模式 3，并发出短促的蜂鸣声。 LED 通过闪烁 XNUMX 次来发出信号。 万用表将显示电压降低，设备将调节电压，保持加热器功率等于该模式设置的功率。 通过按下 SB1 按钮，您需要确保所有五种模式都可以打开。 每次按下都应伴有蜂鸣声。 之后 HL1 LED 的闪烁次数必须等于模式编号。 在万用表上确认电压调节过程不振荡后，即可进入下一个模式。 到达模式 5 后，按下按钮将打开模式 4，然后按数字递减顺序打开。 在模式 1 下，按下按钮将设置模式 2，并进一步设置为模式 5。 关闭万用表，设置模式 3，然后检查设备是否检测到烙铁开路以及连接到烙铁的电线是否短路。 要检查是否存在开路，请从 XS1 插座上拔下烙铁插头，而无需关闭设备。 应给出特征声音信号，并且 HL1 LED 应闪烁两次。 之后设备会定期检查烙铁电路是否恢复，切换到设定模式并关闭声音报警。 如果将烙铁插头插回 XS1 插座，设备检测到此情况后将进入正常运行状态。 要检查短路检测，请将设备从电源上拔下，从 XS1 插座上拔下烙铁插头，然后用跳线连接其插座。 打开网络后，设备应在检测到短路后发出声音信号并短暂关闭 HL1 LED 两次。 不进行进一步的连续性检查。 只有在排除短路原因后，关闭电源然后再打开电源才能恢复设备的运行。 设备中使用的组件可以用类似物或具有相似参数的组件替换。 电阻器可以是功率图上指示的任何类型。 建议使用电阻R5和R6，电阻容差为±1%。 电容器C5、C6、C8、C9 为陶瓷电容器。 为了切换模式，使用带有 3 毫米长按钮的 TS-A130PV-7 轻触按钮。 LED HL1 可以是任何类型和颜色。 安装直径为1mm、谐振频率为20kHz的FTBD-3,9T-1A20压电元件作为声音信号装置HA3,9。 如有必要，您可以使用具有不同谐振频率的压电元件（如果其尺寸不妨碍这种情况）。 新的频率值应在程序中指定。 为此，请在 Arduino IDE 中打开 Reg_Sold.ino 文件并找到其中的行 #define REZ_FREQ 3900。 其中，您需要将数字 3900 替换为压电元件谐振频率的新值（以赫兹为单位）。 修改后的程序编译完成后，按照上述方式下载到单片机中。 微控制器程序：ftp://ftp.radio.ru/pub/2017/02/reg_sold.zip。 作者：A. Dymov
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