Схемы тиристорных регуляторов. Стабилизатор температуры паяльника Простой регулятор температуры паяльника

При работе с паяльником часто возникает необходимость регулировки его мощности. Это необходимо при выборе оптимальной температуры жала паяльника, так как при слишком низкой температуре плохо плавится припой, а при слишком высокой температуре происходит перегрев жала и его разрушение, а пайка оказывается некачественной.

Кроме того, любителю часто приходится выполнять при помощи пайки различные работы, для которых требуется разная мощность паяльника.

Для регулировки мощности используется большое количество различных схем. Примерами могут служить такие:

• с переменным резистором;
• с резистором и диодом;
• с микросхемой и полевым транзистором;
• с тиристором.

Самым простым регулятором мощности для паяльника является схема с переменным резистором . В таком варианте последовательно с паяльником включается переменный резистор. Недостатком такой схемы является то, что на элемента рассеивается большая мощность, которая уходит в тепло. Кроме того, переменный резистор большой мощности – это довольно дефицитный элемент.

Более сложным является метод с использованием резистора и выпрямляющего диода . В такой схеме имеется три режима работы. В максимальном режиме паяльник подключается непосредственно к сети. В рабочем режиме последовательно с инструментом включается резистор, определяющий оптимальный режим работы.

При включении в дежурном режиме паяльник питается через диод, который отсекает один полупериод переменного тока сети. В результате этого мощность паяльника уменьшается в два раза.

При использовании микросхемы и полевого транзистора предусмотрена регулировка мощности паяльника не только в меньшую, но и в большую сторону. При этом в схеме задействован выпрямительный мост, на выходе которого напряжение может достигать 300 В. Последовательно с , в комплектацию включен мощный полевой транзистор типа КП707В2.

Кроме регулятора температуры, из подручных деталей собирают и сам инструмент для пайки. , научиться не сложно. Необходимо лишь найти все составные элементы и следовать определенному порядку сборки.

Одним из самых распространенных инструментов для домашних работ, связанных с электричеством, является . Пользоваться ей умеет каждый, но существуют некоторые нюансы при эксплуатации у разных видов таких отверток.

Управление мощностью паяльника производится широтно-импульсным методом . Для этого на затвор подаются импульсы со средней частотой в 30 кГц, вырабатываемые с помощью мультивибратора, собранного на микросхеме типа К561ЛА7. Меняя частоту генерации, можно регулировать напряжение на паяльнике от десяти до 300 В. В результате изменяется ток инструмента и температура его нагрева.

Наиболее распространенным вариантом, используемым для регулировки мощности паяльника, является схема с использованием тиристора .

Состоит из небольшого числа недефицитных элементов, что дает возможность выполнить конструкцию такого регулятора в очень малых габаритах.

Особенности наиболее оптимального регулятора — с тиристором

В состав типовой схемы на тиристоре входят элементы, приведенные в таблице.


Силовой диод VD2 и тиристор VS1 в схеме включены последовательно с нагрузкой — паяльником. Напряжение одного полупериода прямо поступает на нагрузку. Второй полупериод регулируется с помощью тиристора, на электрод которого поступает управляющий сигнал.

На транзисторах VT1, VT2, конденсаторе С1, резисторах R1, R2 реализована схема пилообразного напряжения, которое подается на управляющий электрод тиристора. В зависимости от положения величины сопротивления регулировочного резистора R2 меняется время открытия тиристора для прохождения второго полупериода переменного напряжения.

В результате этого происходит изменение среднего напряжения за период, а, следовательно, и мощности.

Резистор R5 гасит лишнее напряжение, а стабилитрон VD1 предназначен для обеспечения питания схемы управления. Остальные компоненты предназначены для обеспечения режимов работы элементов конструкции. Для чтения характеристик таких устройств служит .

Конструкция устройства для сборки своими руками

Как следует из рассмотрения схемы, она состоит из силовой части, которую следует выполнять с помощью навесного монтажа, и схемы управления на печатной плате.

Создание печатной платы включает изготовление рисунка платы. Для этого в бытовых условиях обычно используется так называемая ЛУТ, что означает лазерно-утюжная технология. Метод изготовления печатной платы включает следующие этапы:

• создание рисунка;
• перенос рисунка на заготовку платы;
• травление;
• очистка;
• сверление отверстий;
• лужение проводников.

Для создания изображения платы чаще всего используется программа Sprint Layout. После получения с помощью лазерного принтера рисунка, он переносится на фольгированный гетинакс с помощью нагретого утюга. Затем производится травление лишней фольги с помощью хлорного железа и очистка рисунка. В нужных местах сверлятся отверстия, и делается лужение проводников. На плату размещаются элементы схемы управления и производится их распайка (существуют определенные рекомендации — ).

Сборка силовой части схемы включает подсоединение к тиристору резисторов R5, R6 и диода VD2.

Последний этап сборки – размещение силовой части и платы схемы управления в корпусе. Порядок размещения в корпусе зависит от его типа.

В случае монтажа открытой проводки, чтобы не отвлекаться на дополнительные приобретения в магазине, можно изготовить . Разница между такими устройствами лишь в функциональной составляющей — схеме включения освещения.

Более подробно об особенностях проходных выключателей можно прочитать в . Кроме того, все большую популярность в современных системах управления освещения набирают другие типы выключателей — например, .

Поскольку размеры элементов невелики и их немного, то в качестве корпуса можно использовать, например, пластмассовую розетку. Наибольшее место там занимает переменный резистор регулировки и мощный тиристор. Тем не менее, как показывает опыт, все элементы схемы вместе с печатной платой умещаются в такой корпус.

Проверка и регулировка схемы

Для проверки схемы на ее выход подключается паяльник и мультиметр. Вращая ручку регулятора, необходимо проверить плавность изменения выходного напряжения.

Дополнительным элементом регулятора может стать светодиод.

Включив светодиод на выход регулятора можно визуально определять увеличение и уменьшение выходного напряжения по яркости свечения. При этом последовательно с источником света необходимо установить ограничивающий резистор.

Выводы :

1. В процессе работы с паяльником часто требуется регулировка его мощности.
2. Существует многочисленные схемы регулировки мощности паяльника с резистором, транзистором, тиристором.
3. Регулировочная схема мощности паяльника с тиристором проста, имеет малые габариты и может быть легко собрана своими руками.

Видео с советами по сборке регулятора температуры паяльника своими руками

Чтобы пайка была красивой и качественной, необходимо правильно выбрать мощность паяльника, обеспечить температуру жала. Все это зависит от марки припоя. На ваш выбор предоставляю несколько схем тиристорных регуляторов регулирования температуры паяльника, которые можно изготовить в домашних условиях. Они просты легко заменят промышленные аналоги, к тому же цена и сложность будет отличаться.

Осторожно! Прикосновение к элементам тиристорной схемы может привести к получению травмы опасной для жизни!

Чтоб регулировать температуру жала паяльника используются паяльные станции, которые в автоматическом и ручном режимах поддерживает заданную температуру. Доступность паяльной станции ограничивается размером кошелька. Я решил эту проблему, изготовив ручной регулятор температура, имеющий плавную регулировку. Схема легко дорабатывается до автоматического поддержания заданного режима температуры. Но я сделал вывод, что ручной регулировки достаточно, так как температура помещения и ток сети стабильны.

Классическая тиристорная схема регулятора

Классическая схема регулятора была плоха тем, что имела излучающие помехи, издаваемые в эфир и сеть. Радиолюбителям эти помехи мешают при работе. Если доработать схему, включив в нее фильтр, размеры конструкции значительно увеличатся. Но это схема может использоваться и в других случаях, например, если необходимо отрегулировать яркость ламп накаливания или нагревательных приборов, мощность которых 20-60 Вт. Поэтому я представляю эту схему.

Чтобы понять, как это работает, рассмотрим принцип работы тиристора. Тиристор представляет собой полупроводниковый прибор закрытого или открытого типа. Чтоб открыть его, на управляющий электрод подается напряжение равное 2-5 В. Оно зависит от выбранного тиристора, относительно катода (буква k на схеме). Тиристор открылся, между катодом и анодом образовалось напряжение равное нулю. Через электрод его невозможно закрыть. Он будет открыт до того времени, пока значение напряжения катода (k) и анода (a) не будет близко к нулю. Вот такой принцип. Схема работает следующим образом: через нагрузку (обмотка паяльника или лампа накаливания) подается напряжение на диодный мост выпрямителя, выполненный диодами VD1-VD4. Он служит для преобразования переменного тока в постоянный, который меняется по синусоидальному закону (1 диаграмма). В крайнем левом положении сопротивление среднего вывода резистора равно 0. При увеличении напряжения происходит зарядка конденсатора С1. Когда напряжение С1 будет равно 2-5 В, на VS1 пойдет ток через R2. При этом произойдет открытие тиристора, закорачивание диодного моста, максимальный ток пройдет через нагрузку (диаграмма сверху). Если повернуть ручку резистора R1, произойдет увеличение сопротивления, конденсатор С1 будет заряжаться дольше. Следовательно, открытие резистора произойдет не сразу. Чем мощнее R1, тем больше времени уйдет на заряд С1. Вращая ручку вправо или влево, можно регулировать температуру нагрева жала паяльника.

На фото выше предоставлена схема регулятора, собранная на тиристоре КУ202Н. Чтоб управлять этим тиристором (в паспорте указан ток 100мА, реально – 20 мА), необходимо уменьшить номиналы резисторов R1, R2, R3 исключаем, емкость конденсатора увеличиваем. Емкость С1 необходимо повысить до 20 мкФ.

Простейшая тиристорная схема регулятора

Вот еще один вариант схемы, только упрощенный, деталей минимум. 4 диода заменены одним VD1. Отличие данной схемы заключается в том, что регулировка происходит при положительном периоде сети. Отрицательный период, проходя через диод VD1, остается без изменений, мощность можно регулировать от 50% до 100%. Если исключить VD1 из схемы, мощность можно будет регулировать в диапазоне от 0% до 50%.

Если применить динистор КН102А в разрыв от R1 и R2, придется заменить С1 на конденсатор емкостью 0,1 мкФ. Для этой схемы подойдут такие номиналы тиристоров: КУ201Л (К), КУ202К (Н,М,Л), КУ103В, напряжением для них более 300 В. Диоды любые, обратное напряжение которых не меньше, чем 300 В.

Выше упомянутые схемы успешно подойдут для регулировки ламп накаливания в светильниках. Регулировать светодиодные и энергосберегающие лампы не удастся, так как они имеют электронные схемы управления. Это приведет к миганию или работе лампы на полную мощность, что в конечном итоге выведет ее из строя.

Если вы хотите применить регуляторы для работы в сети 24,36 В, придется уменьшить номиналы резисторов и заменить тиристор на соответствующий. Если мощность паяльника 40 Вт, напряжение сети 36 В, он будет потреблять 1,1 А.

Тиристорная схема регулятора не излучающая помехи

Эта схема отличается от предыдущей полным отсутствием изучаемых радиопомех, так как процессы протекают в тот момент, когда напряжение сети равно 0. Приступая к созданию регулятора, я исходил из следующих соображений: комплектующие должны иметь низкую цену, высокую надежность, малые габариты, сама схема должна быть проста, легко повторяемая, КПД должен быть близким к 100%, помехи должны отсутствовать. Схема должна иметь возможность модернизации.

Принцип работы схемы следующий. VD1-VD4 выпрямляют напряжение сети. Получающееся постоянное напряжение изменяется по амплитуде равной половине синусоиды частотой 100 Гц (1 диаграмма). Ток, проходя через R1 на VD6 — стабилитрон, 9В (2 диаграмма), имеет другую форму. Через VD5 импульсы заряжают С1, создавая 9 В напряжения для микросхем DD1, DD2. Для защиты применяется R2. Он служит для ограничения напряжения, поступаемого на VD5, VD6 до 22 В и формирует тактовый импульс для работы схемы. R1 передает сигнал на 5, 6 вывод элемента 2 либо не логическую цифровую микросхему DD1.1, которая в свою очередь инвертирует сигнал и преобразует его в короткий прямоугольный импульс (3 диаграмма). Импульс исходит с 4-го вывода DD1 и приходит на вывод D №8 триггера DD2.1, который работает в RS режиме. Принцип работы DD2.1 такой же и, как и DD1.1 (4 диаграмма). Рассмотрев диаграммы №2 и 4, можно сделать выводы, что отличия практически нет. Получается, что с R1 можно подать сигнал на вывод №5 DD2.1. Но это не так, R1 имеет множество помех. Придется устанавливать фильтр, что не целесообразно. Без двойного формирования схемы стабильной работы не будет.

Схема управления регулятора собрана на базе триггера DD2.2, работает она по следующему принципу. C вывода №13 триггера DD2.1 поступают импульсы на 3 вывод DD2.2, перезапись уровня которых происходит на выводе №1 DD2.2, которые на данном этапе находятся на D входе микросхемы (5 вывод). Противоположный уровень сигнала находится на 2 выводе. Предлагаю рассмотреть принцип работы DD2.2. Предположим, что на 2 выводе, логическая единица. С2 заряжается до необходимого напряжения через R4, R5. Когда появится первый импульс с положительным перепадом на 2 выводе образуется 0, через VD7 произойдет разрядка С2. Последующий перепад на 3 выводе установит на 2 выводе логическую единицу, С2 начнет накапливать емкость через R4, R5. Время зарядки зависит от R5. Чем оно больше, тем дольше будет происходить зарядка С2. Пока конденсатор С2 не накопит 1\2 емкости, на 5 выводе будет 0. Перепад импульсов на 3 входе не будет влиять на изменение логического уровня на 2 выводе. При достижении полного заряда конденсатора, произойдет повторение процесса. Количество импульсов, заданных резистором R5, будет поступать на DD2.2. Перепад импульсов будет происходить только в те моменты, когда напряжение сети будет переходить через 0. Вот почему отсутствуют помехи на данном регуляторе. С 1 вывода DD2.2 на DD1.2 подаются импульсы. DD1.2 исключает влияние VS1 (тиристор) на DD2.2. R6 установлен для ограничения тока управления VS1. На паяльник подается напряжение за счет открытия тиристора. Это происходит из-за того, что на тиристор поступает положительный потенциал с управляющего электрода VS1. Этот регулятор позволяет производить регулировку мощности в диапазоне 50-99%. Хоть резистор R5 – переменный, за счет включенного DD2.2 регулировка паяльника осуществляется ступенчатым образом. Когда R5 = 0, происходит подача 50% мощности (5 диаграмма), если повернуть на определенный угол, будет 66% (6 диаграмма), затем 75% (7 диаграмма). Чем ближе к рассчитанной мощности паяльника, тем плавне работа регулятора. Допустим, имеется паяльник на 40 Вт, его мощность можно регулировать в районе 20-40 Вт.

Конструкция и детали регулятора температуры

Детали регулятора располагаются на стеклотекстолитовой печатной плате. Плата помещена в пластиковый корпус от бывшего адаптера, имеющего электрическую вилку. Ручка из пластика надета на ось резистора R5. На корпусе регулятора имеются отметки с цифрами, позволяющие понимать, какой температурный режим выбран.

Шнур паяльника припаян к плате. Подключение паяльника к регулятору можно сделать разъемным, чтобы иметь возможность подключить другие объекты. Схема потребляет ток не превышающий 2мА. Это даже меньше, чем потребление светодиода в подсветке выключателя. Специальные меры по обеспечению режим работы устройства не требуются.

При напряжении 300 В и токе 0,5 А применяются микросхемы DD1, DD2 и серии 176 либо 561; диоды любые VD1-VD4. VD5, VD7 — импульсные, любые; VD6 — маломощный стабилитрон с напряжением 9 В. Конденсаторы любые, резисторе тоже. Мощность R1 должна быть 0,5 Вт. Дополнительной настройки регулятора не потребуется. Если детали исправны и при подключении не возникало ошибок, он заработает сразу.

Схема была разработана давно, когда лазерных принтеров и компьютеров не было. По этой причине печатная плата изготавливалась по дедовскому методу, использовалась диаграммная бумага, шаг сетки которой 2,5 мм. Далее чертеж приклеивался «Моментом» на бумагу по плотнее, а сама бумага на фольгированный стеклотекстолит. Зачем сверлились отверстия, дорожки проводников и контактных площадок вычерчивались вручную.

У меня сохранился чертеж регулятора. На фото показан. Изначально применялся диодный мост номиналом КЦ407 (VD1-VD4). Их разрывало пару раз, пришлось заменить 4 диодами типа КД209.

Как снизить уровень помех от тиристорных регуляторов мощности

Чтоб уменьшить помехи, излучаемые тиристорным регулятором, применяют ферритовые фильтры. Они представляют собой ферритовое кольцо, имеющее обмотку. Эти фильтры встречаются в импульсных блоках питания телевизоров, компьютеров и других изделий. Любой тиристорный регулятор можно оснастить фильтром, который будет эффективно подавлять помехи. Для этого необходимо пропустить через ферритовое кольцо сетевой провод.

Ферритовый фильтр следует устанавливать вблизи источников, издающих помехи, непосредственно в месте установки тиристора. Фильтр может быть расположен как снаружи корпуса, так и внутри. Чем больше количество витков, тем качественней фильтр будет подавлять помехи, но и достаточно продеть провод, идущий к розетке, через кольцо.

Кольцо можно изъять из интерфейсных проводов компьютерной периферии, принтеров, мониторов, сканеров. Если посмотреть на провод, который соединяет монитор или принтер с системным блоком, можно заметить цилиндрическое утолщение на нем. Именно в этом месте расположен ферритовый фильтр, служащий для защиты от высокочастотных помех.

Берем нож, разрезаем изоляцию и извлекаем ферритовое кольцо. Наверняка у ваших друзей или у вас завалялся старый интерфейсный кабель од кинескопного монитора или струйного принтера.

Поскольку процесс пайки связан с расплавлением припоя, необходимо всегда выдерживать оптимальную температуру нагрева. Учитываются следующие факторы:

• Температура плавления припоя (от 150 до 320 градусов);
• Термостойкость элементов, на которых производится пайка. Многие радиокомпоненты просто выходят из строя при продолжительном нагреве, а изоляция проводов теряет свои свойства;
• Площадь рассеивания контактов. При соединении массивных элементов, необходимо иметь запас по температуре и мощности.

Если вы просто спаиваете провода, достаточно знать мощность паяльника и примерную температуру плавления припоя. Критерий простой – быстрый или медленный нагрев.

А вот при монтаже печатных плат или ремонте электроприборов – неверно выбранная температура паяльника может вылиться в приобретение дорогостоящих радиодеталей, которые будут повреждены высокой температурой.

Температура паяльника для пайки – как подобрать

1. Если монтаж не связан со специфическими радиодеталями, чувствительными к перегреву – степень нагрева жала должна на 10 градусов превышать температуру плавления припоя. Причем не точку начала расплава – а именно температуру устойчивого нахождения в жидком состоянии;
2. Если планируется соединять контакты с большой площадью и массой – повышается не величина нагрева, а мощность паяльника. Маломощный прибор с высокой температурой все равно не справится с рассеиванием. Компенсируют массу детали соответствующим размером рабочего жала. А для его разогрева требуется мощность, а не градусы;
3. В паспорте радиокомпонентов обычно указывается максимально допустимое значение нагрева корпуса. Это относится и к температуре пайки. Опять же, сделайте выбор в пользу мощности, а не повышения градуса. Надо стараться, чтобы время контакта жала и детали было минимальным. Припой должен расплавиться, а корпус оставаться не перегретым.

Для различных условий работы выпускаются паяльники электрические с регулировкой температуры.

Не имеет значения конструктивное исполнение, регулятор может быть встроенным в корпус или выполнен в виде отдельного блока. Главное – вы знаете, насколько горячее жало у инструмента.

Все, кто умеет пользоваться паяльником старается бороться с явлением перегрева жала и вследствие этого ухудшения качества пайки. Для борьбы с этим не очень приятным фактом предлагаю вам собрать одну из простых и надежных схем регулятора мощности паяльника своими руками.

Для ее изготовления вам понадобится проволочный переменный резистор типа СП5-30 либо аналогичный и жестяная коробка из-под кофе. Просверлив, по центру дна банки отверстие и устанавливаем там резистор, и осуществляем разводку

Данный и очень простой девайс повысит качество пайки а также сможет защитить жало паяльника от разрушения из-за перегрева.

Гениальное - просто. По сравнению с диодом переменный резистор не проще и ненадежнее. Но паяльник с диодом слабоват, а резистор позволяет работать без перекала и без недокала. Где взять мощный, подходящий по сопротивлению переменный резистор? Проще найти постоянный, а выключатель, применяемый в "классической" схеме, заменить на трехпозиционный

Дежурный и максимальный нагрев паяльника дополнится оптимальным, соответствующим среднему положению переключателя. Нагрев резистора по сравнению с снизится, а надежность работы повысится.

Еще одна очень простая радиолюбительская разработка, но в отличии от первых двух с более высоким КПД

Резисторные и транзисторные регуляторы - неэкономичные. Повысить КПД можно так же, включением диода. При этом достигается более удобный предел регулирования (50-100%). Полупроводниковые приборы можно разместить на одном радиаторе.

Напряжение с выпрямительных диодов поступает на параметрический стабилизатор напряжения, состоящий из сопротивления R1, стабилитрона VD5 и емкости С2. Созданное им девяти вольтовое напряжение используется для питания микросхемы счетчика К561ИЕ8.

Кроме того ранее выпрямленное напряжение, через емкость C1 в виде полупериода с частотой 100 Гц, проходит на вход 14 счетчика.

К561ИЕ8 это обычный десятичный счетчик, поэтому, с каждым импульсом на входе CN на выходах будет последовательно устанавливаться логическая единица. Если переключатель схемы переместим, на 10 выход, то с появлением каждого пятого импульса осуществится обнуление счетчика и счет начнется повторно, а на выводе 3 логическая единица установится только на время одного полупериода. Поэтому, транзистор и тиристор будут открываться только через четыре полупериода. Тумблером SA1 можно регулировать количество пропущенных полупериодов и мощность схемы.

Диодный мост используем в схеме такой мощности, чтобы она соответствовала мощности подключенной нагрузки. В качестве нагревательных приборов можно применить таких как электроплитка, ТЭН и т.п.

Схема очень простая, и состоит из двух частей: силовой и управляющей. К первой части относится тиристор VS1, с анода которого идет регулируемое напряжение на паяльник.

Схема управления, реализована на транзисторах VT1 и VT2, управляет работой ранее упомянутого тиристора. Она получает питание через параметрический стабилизатор, собранный на резисторе R5 и стабилитроне VD1. Стабилитрон предназначен для стабилизации и ограничения напряжения, питающего конструкцию. Сопротивление R5 гасит лишнее напряжение, а переменным сопротивлением R2 настраивается выходное напряжение.

В качестве корпуса конструкции, возьмем обычную розетку. Когда будете покупать, то выбирайте, чтобы она была сделана из пластмассы.

Этот регулятор управляет мощностью от ноля до максимума. HL1 (неоновая лампа МН3… МН13 и т.п) – линеаризует управление и одновременно выполняет функцию индикатора индикатором. Конденсатор С1 (емкостью 0,1 мкф)– генерирует пилообразный импульс и реализует функцию защиты цепи управления от помех. Сопротивление R1 (220 кОм) – регулятор мощности. Резистор R2 (1 кОм) – ограничивает ток протекающий через анод - катод VS1 и R1. R3 (300 Ом) – ограничивает ток через неонку HL1 () и управляющий электрод симистора.

Регулятор собран в корпусе от блока питания советского калькулятора. Симистор и потенциометр закреплены на стальном уголке, толщиной 0,5мм. Уголок привинчен к корпусу двумя винтами М2,5 с применением изолирующих шайб. Сопротивления R2, R3 и неонка HL1 помещены в изолирующую трубку (кембрик) и закреплены с помощью навесного монтажа.

T1: BT139 симистор, T2: BC547 транзистор, D1: DB3 динистор, D2 и D3: 1N4007 диод, C1: 47nF/400V, C2:220uF/25 В, R1 и R3: 470K, R2: 2K6, R4: 100R, P1: 2M2, Светодиод 5 мм красный.

Симистор BT139 применяется для регулировки фазы «резистивной» нагрузки нагревательного элемента паяльника. Красный светодиод является визуальным индикатором активности работы конструкции.

Основа схемы МК PIC16F628A, который и осуществляет ШИМ регулирование подводимой к главному инструменту радиолюбителя потребляемой мощности.

Если ваш паяльник большой мощностью от 40 ватт, то при пайке небольших радиоэлементов, особенно smd компонентов трудно подобрать момент времени, когда пайка будет оптимальной. А паять им smd мелочевку просто не возможно. Чтобы не тратить деньги на покупку паяльной станции, особенно если она вам нужна не часто. Предлагаю собрать к вашему главному радиолюбительскому инструменту эту приставку.

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.