Программа Сервисный Центр
0

Температурой паяльника управляет мостовая схема


Часто температура паяльника регулируется микроконтроллером, использующим обратную связь от термистора, расположенного вблизи жала паяльника. В статье представлена схема управления паяльником, сделанная только на аналоговых компонентах.

Важнейшими характеристиками схемы является то, насколько быстро температура достигает заданной величины, и насколько велики колебания температуры относительно установленного значения. Простейшим способом управления температурой является использование коммутатора, отключающего нагреватель, когда температура паяльника достигает заданной точки. Однако колебания температуры при этом могут иметь неприемлемо большой размах. Лучше всего контролировать температуру с помощью ПИД-контроллера [1]. Но оптимален такой алгоритм, при котором разогрев до заданной температуры происходит на максимальной мощности, и, соответственно, с максимальной скоростью, а затем к паяльнику подводится лишь столько энергии, сколько необходимо для поддержания заданной температуры. При этом никаких колебаний происходить не будет.

Для проверки этой концепции на веб-сайте хорошо известного аукциона я купил недорогую подделку под паяльник Hakko 907. Согласно документации, паяльник мощностью 50 Вт питается напряжением 24 В и содержит терморезистор с положительным температурным коэффициентом (PTC) 0.16 Ом/K и сопротивлением 120 Ом при температуре 300 °C. Использовался блок питания 19 В от старого ноутбука, поскольку другого источника под рукой просто не оказалось.

Верхнее плечо моста Уитстона образовано резисторами RB1 и RB2, а нижнее – резисторами RSensor (терморезистор паяльника) и RTrim (установка температуры). В практической схеме RTrim может представлять собой последовательное соединение постоянного и подстроечного резисторов, позиционный переключатель для выбора одного из нескольких подобранных резисторов, или комбинацию обоих методов.

Температурой паяльника управляет мостовая схема
Рисунок 1.Обратная связь от PTC датчика температуры, управляя соотношением времени включенного и выключенного состояния транзистора M2, поддерживает температуру жала паяльника на заданном уровне. Номиналы большинства компонентов некритичны. В качестве Q1 был использован BC547.

Выход моста подключен к входам операционного усилителя U2, включенного вычитателем с большим коэффициентом усиления [2]. В соответствии с рекомендациями [2], в качестве R8-R11 использовались резисторы с допускаемым отклонением 1%, из которых путем измерений были отобраны экземпляры с наиболее близкими сопротивлениями. На усилителе U1 собран генератор с частотой колебаний 1.4 Гц и коэффициентом заполнения 25%, периодически включающий транзистор Q1, через который, в свою очередь, на мост подается полное напряжение питания 19 В. Вообще говоря, чем выше напряжение питания, тем лучше чувствительность схемы к изменениям температуры, однако общее сопротивление моста довольно мало, и протекающий через него ток получается большим. Поэтому для ограничения рассеиваемой мостом мощности включен резистор R7, а коэффициент заполнения импульсов сделан небольшим, благодаря чему тепловыделение снижено до значений, при которых оно не может оказывать влияния на точность измерений.

На микросхеме U3 сделан активный пиковый детектор [4], а U4 включен инвертирующим триггером Шмитта (ТШ) с уровнями порогов гистерезиса примерно 5.8 В и 4.8 В [5]. Из Рисунка 2 видно, что если температура паяльника ниже установленного значения, конденсатор C2 заряжается до напряжения, превышающего порог ТШ, и остается выше порога на протяжении всего периода, пока продолжается разряд через R12 и R13. Напряжения на выходе ТШ остается низким, а MOSFET M2, соответственно, включенным, и на нагреватель RL подается максимальная мощность. Если температура паяльника поднимается выше заданной, выход U2 становится равным потенциалу земли, а напряжение на C2 все время остается ниже порога ТШ, и высокий уровень на выходе ТШ удерживает M2 в выключенном состоянии.

Температурой паяльника управляет мостовая схема
Рисунок 2.Когда приложенное к входу триггера Шмитта U4 напряжение конденсатора C2 полностью выше или ниже порога переключения, для быстрого нагрева или охлаждения паяльника к нему подводится максимальная или нулевая мощность, соответственно. Если температура паяльника близка к заданной, напряжение разряжающегося C2 модулирует ширину импульсов тока нагревателя для точной стабилизации температуры.

Между этими двумя крайними состояниями существует узкая область шириной примерно 0.3 Ом (определяемая величиной порога ТШ, суммарным усилением вычитателя и активного пикового детектора, а также постоянной времени C2, R12+R13), в которой, начиная с какого-то момента, напряжение на C2 опускается ниже порога ТШ, и на оставшуюся часть цикла MOSFET M2 выключается.

Время включенного состояния в каждом цикле обратно пропорционально температуре. С ростом температуры увеличивается падение напряжения на сопротивлении RSensor датчика моста, уменьшая напряжение, заряжающее конденсатор C2. Соответственно, конденсатор разряжается до напряжений, более низких, чем порог ТШ. Эта петля отрицательной обратной связи управляет коэффициентом заполнения импульсов, ограничивая поступающую в нагреватель паяльника энергию ровно на том уровне, который необходим для поддержания постоянной температуры.

Если выполнить калибровку при нескольких значениях температуры, нелинейность температурного коэффициента датчика можно будет не принимать во внимание, а точность каждого измерения станет очень высокой. Температура жала паяльника без каких-либо видимых колебаний стабилизируется за время порядка 60…90 с после начала «пульсирующего» режима. Это достаточно большое время обусловлено температурным лагом между собственно жалом паяльника, температуру которого мы измеряем, и PTC датчиком, размещенном не внутри жала, а в нагревательном элементе. Наглядным и чувствительным индикатором процесса стабилизации температуры является светодиод D4 «Охлаждение», вспышки которого имеют высокую яркость до тех пор, пока температура паяльника остается ниже установленного значения, и становятся еле заметными, как только температура достигает требуемого уровня. Мигание светодиода D3 «Нагрев» указывает на то, что паяльник нагрелся до заданной температуры, и схема лишь дозирует мощность, компенсирующую его остывание.

В конце статьи дана ссылка на видео, демонстрирующее работу схемы, из которого легко заметить, особенно при низких температурах, как нерегулярно подается энергия к нагревателю паяльника. Поскольку все узлы схемы питаются напряжением 19 В, при низком уровне на выходе U4 напряжение затвор-исток транзистора M2 оказывается очень близким к максимально допустимому значению 20 В. Если вы используете другой MOSFET, или хотите увеличить напряжение питания до 24 В, защитите промежуток затвор-исток стабилитроном или резистивным делителем.

Ссылки

  • PID, see PCB Heaven for a simple overview, and Galan, P., Enhanced temperature controller is both fast and precise, EDN March 1, 2001, pp 111-120 for a more formal treatment and improvements.
  • Amplifiers for Signal Conditioning, Walt Kester, James Bryant, Walt Jung, figure 3.26
  • LM324 data sheet
  • Precision Active Peak detector
  • A calculator for a single supply op-amp Schmitt trigger
  •  
     
    Информация
    Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии в данной новости.
     
    Обратная связь

    Наши партнеры

     

    Опросы

    Есть ли справедливость в жизни?
    Конечно есть, уверен!
    Вроде как должна быть, но...
    Затрудняюсь ответить...
    Какая справедливость? О чем Вы?
    Эх.., нет правды на свете!

     

    Облако тегов

    Требуется для просмотраFlash Player 9 или выше.

    Показать все теги
     

    Календарь публикаций

    «    Декабрь 2016    »
    ПнВтСрЧтПтСбВс
     
    1
    2
    3
    4
    5
    6
    7
    8
    9
    10
    11
    12
    13
    14
    15
    16
    17
    18
    19
    20
    21
    22
    23
    24
    25
    26
    27
    28
    29
    30
    31
     
     

    Архив новостей

    Декабрь 2016 (7)
    Ноябрь 2016 (42)
    Октябрь 2016 (34)
    Сентябрь 2016 (38)
    Август 2016 (34)
    Июль 2016 (36)
     
    Наверх Сервисные мануалы Даташиты Ремонт LCD, ЖК телевизоров LG Samsung Скрипт программы "Сервисный центр"