ИК паяльная станция своими руками v2
Около двух лет назад я разместил статью ИК паяльная станция своими руками. Данная статья вызвала интерес у многих радиолюбителей. Но к сожалению после повторения ИК паяльной станции не обошлось без замечаний в плане работы станции, которые я постарался устранить в данной версии станции:
— применены аналоговые усилители термопары AD8495 со встроенной компенсацией холодного спая, в следствие чего увеличена точность показания температуры
— проблема с выходом из строя транзисторов нижнего нагревателя решена при помощи симисторного регулятора мощности
— доработана прошивка (которая совместима с прошлой версией станции). После запуска термопрофиль начинает выполняться с той температуры, до которой преднагрета плата, что экономит много времени. Отдельная благодарность Андрею за корректировку и адаптацию прошивки под китайские дисплеи.
— добавлен вакуумный пинцет
— корпус паяльной станции полностью переработан. Конструкция станции получилась очень симпатичной, более устойчивой и надежной, на рабочем столе занимает меньше места. В одном корпусе совмещено все необходимое, — нижний нагреватель, верхний нагреватель, вакуумный пинцет и сам контроллер.
Описание конструкции
Контроллер двухканальный. К первому каналу можно подключить термопару или платиновый терморезистор PT100. Ко второму каналу подключается только термопара. 2 канала имеют автоматический и ручной режим работы. Автоматический режим работы обеспечивает поддержание температуры 10-255 градусов через обратную связь с термопар или платинового терморезистора (в первом канале). В ручном режиме мощность в каждом канале можно регулировать в диапазоне 0-99%. В памяти контроллера заложено 14 термопрофилей для пайки BGA. 7 для свинецсодержащего припоя и 7 для безсвинцового припоя. Термопрофили указаны ниже.
Для свинецсодержащего припоя максимальная температура термопрофиля: — 1 термопрофиль — 190C о , 2 — 195C о , 3 — 200C о , 4 — 205C о , 5 — 210C о , 6 — 215C о , 7 — 220C о
Для безсвинцового припоя максимальная температура термопрофиля: — 8 термопрофиль — 225C о , 9 — 230C о , 10 — 235C о , 11 — 240C о , 12 — 245C о , 13 — 250C о , 14 — 255C о
Если верхний нагреватель, не успевает прогревать согласно термопрофилю, то контроллер становится на паузу и ждет пока не будет достигнута нужная температура. Это сделано для того, чтобы адаптации контроллера для слабых нагревателей, которые прогревают долго и не успевают за термопрофилем.
Контроллер начинает выполнять термопрофиль с той температура, до которой преднагрета плата. Это очень удобно, и позволяет оперативно перезапустить термопрофиль в случае, например, если была температура недостаточна для снятия чипа, то можно выбрать термопрофиль с температурой повыше, и тут же снять чип со второй попытки.
На схеме применен комбо силовой блок, состоящий из транзисторного ключа для верхнего нагревателя, и симисторного для нижнего нагревателя. Хотя, например можно использовать 2 транзисторных, или 2 симисторных ключа.
Я использовал 2 готовых модуля на AD8495, купленных на Aliexpress. Правда модули нужно немного доработать. Смотрим фото ниже.
Не обращаем внимания на то, что модуль на втором фото повернут на 90 градусов. Пришлось развернуть, так как модули у меня упирались в силовой блок. Разъемы для термопар использованы заводские.
Тем, кто не планирует в дальнейшем использовать платиновый терморезистор, то часть схемы выделенную красной пунктирной линией можно не собирать.
Печатные платы силового блока и контроллера.
Для охлаждения силовых ключей я применил радиатор от видеокарты с активным охлаждением.
Далее на фото будет виден этап сборки паяльной станции, как конструктора. Все материалы куплены в крупном строймагазине. Передняя и задняя панель сделаны из стеклотекстолита, укрепленного алюминиевым уголком. Базальтовый картон служит в качестве теплоизоляционного материала. Нижний подогрев состоит из 9 галогенных ламп (1500вт 220-240в R7S 254мм) объединенных в 3 группы по 3 соединенных последовательно лампы.
Провод для 220В применен силиконовый, высокотемпературный.
Хороший вакуумный насос можно приобрести на Aliexpress за 400-500 рублей. Ориентир для поиска на фото ниже.
Изначально я планировал использовать паяльную станцию совместно и ИК стеклом над нижним нагревателем, что давало хорошие преимущества:
— красивый внешний вид
— плату (на стойках можно ложить прямо на стекло), как у станций Термопро
Но увы, недостатки оказались весомее:
— очень долгий нагрев (остывание) платы
— очень сильно разогревается корпус паяльной станции, к примеру без стекла корпус во время работы едва теплый. Так что от стекла пришлось отказаться.
С открученным штативом стекло легко вынимается, или вставляется в станцию. Так же вместо стекла можно вставить, например, сетку.
Внешний вид собранной станции.
Аксессуары, стойки, алюминиевый швеллер для стоек, ручка вакуумного пинцета, силиконовая трубка для пинцета, термопара.
Необходимые «ингредиенты» для изготовления ручки вакуумного пинцета. Использован смеситель от эпоксидного клея Момент в сдвоенном шприце. Алюминиевая трубка(в которой необходимо просверлить отверстие) и соединитель соответствующего диаметра для силиконовой трубки. Все вклеено в алюминиевую трубку эпоксидным клеем момент.
Для верхнего нагревателя очень рекомендую ELSTEIN SHTS/100 800W.
Настройка контроллера
Резистором R32 необходимо установить напряжение 5,12В на выходе U4. Резистором R28 настраиваем контрастность дисплея. Если не планируете использовать платиновый терморезистор, то настройка станции закончена.
Описание калибровки канала с платиновым терморезистором описано в статье первой версии станции.
Рекомендации
Верхний нагреватель необходимо устанавливать на высоте 5-6 см от поверхности платы. Если в момент выполнения термопрофиля происходит выбег температуры от заданного значения больше чем на 3 градуса — понижаем мощность верхнего нагревателя(включаем станцию с нажатым энкодером и устанавливаем максимальную мощность верхнего нагревателя). Выбег на несколько градусов в конце термопрофиля(после отключения верхнего нагревателя) не страшен. Это сказывается инерционность керамики. Поэтому я выбираю нужный термопрофиль на 5 градусов меньше, чем мне надо. Перед съемом чипа при помощи зонда нужно убедиться(аккуратным нажатием на каждый угол чипа) что шары под чипом поплыли. При монтаже используем только качественный флюс, иначе неправильный выбор флюса может все испортить. Так же при монтаже чипа BGA обязательно нужно накрыть кристалл прямоугольником из алюминиевой фольги с размером стороны равной примерно ½ от стороны BGA, чтобы снизить температуру в центре, которая всегда выше, чем температура около термопары (смотрим фото тепловых пятен ИК нагревателей ELSTEIN в статье первой версии станции).
В общем смотрим видео ниже.
Ниже вы можете скачать архив с печатной платой в формате LAY, исходным кодом, прошивкой.
Источник
ZSS-01 паяльная станция своими руками с самообесточиванием
Ещё пару месяцев назад я даже и не задумывался о самодельной паяльной станции. Собирался покупать Lukey 702, но глянув на цены, так и не понял, за что отдавать 6. 8 тысяч.
Недостатки Lukey:
- Мощность трансформатора слишком мала, трансформатор работает на пределе возможного.
- Низкое качество трансформаторного железа, он греется даже на холостом ходу, на некоторых станциях ещё и гудит.
- Неудобная настройка температуры (невозможно быстро накинуть 20-40-60 градусов).
- Дискретность установки температуры 1 градус, которая в реальности не нужна.
- В силовой цепи установлен сигнальный разъём (PS/2).
- Постоянная запитка от сети, даже когда паяльная станция не используется.
- Нет функции автоотключения.
- Высокая цена.
Список не маленький, поэтому я решил не покупать Lukey. Начал смотреть в сторону самодельных паялок. Готовые конструкции, выложенные на просторах интернета, чем-то не устраивали. Где-то автор пожалел транзисторов на индикаторы. Где-то через диодный мост прокачивают 2 ампера, и диоды раскаляются как утюги. Где-то автор прокачивает через кренки 35 вольт. В общем однозначно было решено — изобрести свой велосипед.
Итак, представляю Вашему вниманию паяльную станцию ZSS-01.
Основные функции:
- Удобная настройка температуры.
- Одновременная индикация текущей и заданной температур.
- Настраиваемый таймер автоотключения. После срабатывания таймера, станция самообесточивается.
- Обработка и индикация ошибок. После возникновения ошибки, станция самообесточивается.
- Нулевое потребление после самообесточивания.
- Сохранение настроек с использованием циклической записи/чтения.
Схема паяльной станции:
Теперь подробно расскажу про каждый узел схемы.
Узел индикации.
Содержит два семисегментных индикатора. Первый индикатор отображает текущую температуру паяльника, второй — заданную. Индикаторы можно использовать как с общим анодом, так и с общим катодом, установив соответствующую прошивку. Индикаторы подключены через буферную микросхему для снижения нагрузки на порты микроконтроллера. Вместо буфера можно поставить 12 транзисторов, но мне кажется, микросхема и паяется проще, и разводка платы упрощается, и стоит она дешевле, чем горсть транзисторов. Также узел индикации содержит пищалку, которая пищит при возникновении ошибок, а также издаёт щелчки при нажатии кнопок. Пищалка использована обычная, без встроенного генератора. Я поставил пищалку от древней материнской платы. Микроконтроллер генерирует меандр, затем меандр проходит через буферный транзистор и поступает на пищалку.
Узел питания.
Особенностью данной паяльной станции является возможность самообесточивания. Первичная обмотка трансформатора подключена к сети через нормально разомкнутые контакты реле. Когда станция отключена, контакты реле разомкнуты и трансформатор обесточен. Для запуска паяльной станции надо нажать на кнопку «ON», которая кратковременно шунтирует контакты реле. На первичную обмотку поступает напряжение, микроконтроллер запускается. После запуска МК включает реле, шунтируя кнопку. Трансформатор остаётся запитанным до тех пор, пока микроконтроллер не отключит реле. Таким образом, после отключения питания, потребление устройства становится равным нулю, отпадает необходимость использования дежурного источника питания (трансформаторы с дополнительными обмотка ми, итд).
Самообесточивание происходит при:
- Нажатии кнопки «OFF» на передней панели.
- Срабатывании таймера автоотключения.
- Отсутствии нагрева паяльника.
- Перегреве паяльника.
Вторичная обмотка трансформатора выдаёт 24 вольта. После выпрямления и фильтрации, напряжение поднимается до 34 вольт. Для питания микроконтроллера использован импульсный преобразователь LM2596S-ADJ, понижающий напряжение до 5 вольт. На случай пробоя встроенного ключа преобразователя, на выходе установлен супрессор, снятый с платы жёсткого диска.
Узел измерения температуры.
Для сборки станции я купил паяльник от Lukey 702. В качестве термодатчика используется родная термопара K-типа, расположенная в кончике нагревателя. Для усиления напряжения с термопары используется ширпотребный операционный усилитель LM358. Коэффициент усиления ОУ подобран таким образом, чтобы выходное напряжение 5 вольт соответствовало 1023 градусам, при этом 1 квант АЦП будет равен 1 градусу. Использованный ОУ не имеет Rail-to-Rail выхода, поэтому максимальная измеряемая температура будет примерно 800 градусов. Рабочий диапазон температур станции от 100 до 450 градусов, поэтому измерение до 800 градусов меня устраивает. После сборки станции необходимо произвести калибровку температуры при помощи подстроечного резистора.
Узел управления нагревателем.
Здесь всё просто. Микроконтроллер включает оптопару. Оптопара открывает симистор. Симистор коммутирует нагреватель ко вторичной обмотке трансформатора. ШИМ регулировка не используется, выполняется только включение/отключение нагревателя, так называемый «ключевой режим».
Узел кнопочного управления.
Для управления используется 1 силовая и 5 сигнальных кнопок. Для того, чтобы не портить внешний вид паяльной станции, всё кнопки были использованы одинаковые — силовые. Всё управление сводится к включению/отключению питания, настройке температуры, и настройке таймера автоотключения. При удерживании кнопок выполняется ускоренный перебор значений.
Теперь расскажу про дополнительный функционал.
Таймер автоотключения.
Позволяет задать временной интервал от 1 до 255 часов, по истечении которого паяльная станция самообесточится. Также имеется возможность отключения таймера. Для этого необходимо установить временной интервал, равный 0. Для входа в режим настройки таймера, необходимо одновременно зажать кнопки «-20» и «+20», и не отпуская их включить станцию кнопкой «ON». На первом индикаторе отобразится буква «A», подтверждающая вход в режим настройки автоотключения, а также прозвучит звуковой сигнал. Кнопки «-20» и «+20» нужно отпустить. На втором индикаторе отобразится количество часов, которое можно изменять кнопками «-5» и «+5», при этом изменение будет происходить по 1 часу на каждое нажатие. Для сохранения изменений необходимо нажать кнопку «OFF», при этом паяльная станция самообесточится.
Защита от ненагрева паяльника / КЗ термодатчика.
При включении паяльная станция отсчитывает 1 минуту, после чего включается постоянный контроль температуры паяльника. Если температура ниже 80 градусов (например при обрыве нагревателя), на индикатор высвечивается ошибка «Err 1», звучит продолжительный звуковой сигнал, и станция самообесточивается. Также данная ошибка будет возникать при коротком замыкании термодатчика.
Защита от перегрева паяльника / обрыва термодатчика.
Защита от перегрева может пригодиться, например, при пробое управляющего симистора. Паяльник раскаляется до 470 градусов, срабатывает защита. На индикаторе высвечивается ошибка «Err 2», звучит продолжительный звуковой сигнал, и паяльная станция самообесточивается. Также данная ошибка будет возникать при обрыве термодатчика, благодаря подтягивающему резистору на входе измерительного узла.
Сохранение настроек.
Структура с настройками занимает 3 байта. Микроконтроллер ATmega8 содержит 512 байт EEPROM памяти. Так как размер памяти позволяет сохранить 170 структур, был реализован алгоритм циклической записи/чтения настроек. Алгоритм работает следующим образом. После включения питания, в памяти ищется последняя непустая структура, из неё считываются настройки. Перед отключением питания, ищется первая пустая структура, и в неё записываются настройки. Таким образом, при каждом сохранении, настройки записываются в следующую структуру, и так 170 раз. Когда все структуры заполнятся и кончится свободное место, произойдёт полное стирание памяти, и настройки запишутся в первую структуру. И так по кругу. Применение данного алгоритма позволяет продлить ресурс памяти в 170 раз, а также способствует равномерному износу ячеек.
Теперь немного расскажу о внутренностях станции. Трансформатор использован вот такой:
Фото основной платы в процессе сборки.
Конструктивно паяльная станция состоит из двух плат.
На плате индикации расположены только семисегментные индикаторы.
Один провод не подключен, т.к. не используется точка.
Все остальные компоненты находятся на основной плате.
Размеры плат подогнаны под использование заводского пластикового корпуса B12, имеющего размеры 200x165x70 мм.
Вот что получилось в итоге. Вид спереди.
Вид сзади. Для подключения паяльника я поставил какой-то советский разъём.
Настройка таймера автоотключения.
Подведём итоги.
В целом самоделкой доволен. Можно не напрягаясь прибавить 20. 40 градусов, и не опасаться за оставленный без присмотра включенный паяльник. Некоторые компоненты были в наличии, кое-что пришлось купить. Список затрат:
- Паяльник от Lukey 702 === 1013 руб
- Трансформатор тороидальный ТТП-60 (2х12В, 2.2А) === 800 руб
- Симистор BTA25-800 === 105 руб
- Оптопара симисторная MOC3063 === 26 руб
- Семисегментный индикатор FYT-3631 === 46+46 руб
- Жало Hakko 900M-T-3C === 500 руб
- Скотч двусторонний === 75 руб
- Доставка === 189+175 руб
В итоге станция мне обошлась в 2975 руб.
Планы на будущее:
- Вместо реле поставить симистор.
- Сделать автоматический выбор типа используемого термодатчика (термопара или терморезистор).
- Поменять нагреватель на керамический.
- Переднюю панель сделать матовой, чтобы не бликовала.
Источник
