Перегреватель для паяльника
Эта поделка использует сетевые напряжения и конструировать ее следует осторожно и аккуратно.
Наше главное оружие — это паяльник! Но порой, особенно когда надо что-то отпаять или заменить, сталкиваемся с тем, что температуры как-будто не хватает — припой на плате еле плавится, особенно если это точка пайки на полигоне значительной площади.
В чем тут дело? Посмотрим внимательно. На паяльнике указана номинальная мощность, например, на моем — 25 Ватт. Однако, не будем спешить — возьмем мультиметр и замеряем его сопротивление. Чаще всего оно выше ожидаемого. Например в моем случае — 2.43 кОм. Высчитываем мощность паяльника по школьному закону Джоуля-Ленца P=U 2 /R:
Чуть меньше 20 Ватт!
Что за фокусы? Может, бракованный? Но эти «фокусы» наблюдаются с большинством паяльников, утюгов, чайников и т.п. которые мы найдем под рукой…
Все проще. Паяльник рассчитан на входное напряжение больше номинального. Часто так и написано «220-240 В» например. А на деле мощность посчитана для напряжения 245-250 В. Производитель «перестраховывается». Мы же от этой перестраховки получаем недостаточно нагретый паяльник. Мощность снижается пропорционально квадрату напряжения — а снижение ее на 20% здорово сказывается на температуре. Припой на весу плавится (т.к. обычному ПОС-61 хватит меньше 200 градусов) — а на плате температура падает еще ниже и начинаются мучения.
Конечно, можно взять паяльник помощнее. Но понятно что инструмент на 40 Ватт не дает в полтора раза выше температуру по сравнению с 25 Ваттами. Он скорее позволяет прогревать бОльший объем материала. Купить паяльную станцию? Но дешевые зачастую не дают заявленной температуры, а дорогая — не всегда доступный вариант для начинающего мастера.
Рассмотрим очень простое решение на базе уже изученного нами диодного моста. Оно настолько просто, что компоненты для него можно взять из разобранного блока питания или даже вышедшей из строя энергосберегающей лампы.
Чем же поможет диодный мост? Паяльник-то будет работать и от выпрямленного напряжения. Но что нам с этого толку? Вспомним, что максимальное (пиковое) напряжение на выходе диодного моста — не 220 Вольт, а чуть ли не 310. Если сглаживающий конденсатор отсутствует, среднеквадратичное напряжение будет примерно равно входному… Но с конденсатором ситуация меняется — он не дает напряжению проседать до нуля, приподнимает его между пиками – благодаря этому и среднеквадратичное значение увеличивается — при конденсаторе очень большой ёмкости даже почти до пикового.
На графике ниже красная линия показывает как увеличивается это “действующее” напряжение.
Рассчитать точное значение действующего напряжения на выходе сложно (т.к. аналитическая формула состоит из обрезков синусоиды и обратной экспоненты). Но можно его оценить.
Будем считать что конденсатор полностью (до 312 Вольт) заряжается до момента пика. После пика, если он не слишком маленький, напряжение выхода диодного моста спадает быстрее чем на конденсаторе. Значит нагрузка питается только от конденсатора. Происходит это в течение почти целого полупериода, то есть 10 мс. Предположим, мы взяли конденсатор емкостью 10 мкФ. При указанном напряжении заряд на нем составил (заряд на конденсаторе это произведение напряжения на ёмкость) 10 * 312 = 3120 микро-Кулон (или 0.003 Кулона).
Кулон это заряд который получается, если ток в 1 Ампер течет в течение 1 секунды. В нашем случае, конечно, по мере разряда конденсатора напряжение и ток немного падают, но предположим что падают они ненамного – и посчитаем, насколько именно.
Итак, ток разряда конденсатора через наш паяльник, по закону Ома, это напряжение деленное на сопротивление. То есть 312 / 2430 = 0.12 Ампер. Такой ток в течение 10 мс (или 0.01 сек) “украдет” с конденсатора заряд всего в 0.12 * 0.01 = 0.001 Кл, то есть одну треть имеющегося. А значит и напряжение на конденсаторе упадет только на одну треть, до примерно 200 Вольт.
Среднее значение между этими максимальной и минимальной точкой будет где-то 255 Вольт, а среднеквадратичное даже немного больше (точное значение не будем искать, т.к. мы сделали довольно много мелких допущений которые на точность повлияют все равно).
Один из выводов для нас заключается в том, что для более мощной нагрузки конденсатор нужно увеличивать пропорционально.
Итак, конденсатор всего в несколько микрофарад позволит нам подать на паяльник 250-270 Вольт по желанию — и получить мощность равную или больше номинальной. Добавив переключатель, мы сможем к тому же ловко манипулировать температурой, повышая ее лишь когда это действительно нужно. Например, на улучшенной схеме предложены 2 конденсатора, а трех-позиционный тумблер может либо подключить один из них, либо оставить схему без конденсатора, если повышение температуры не требуется.
Помимо выключателя на входе схемы можно добавить резистор (или лучше терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом) – привычный способ ограничить бросок тока через незаряженный изначально конденсатор (если вы никогда не сжигали диодные мосты, поставьте конденсатор на 100-470 мкФ и посмотрите что получится – только производите этот эксперимент очень осторожно).
Готовое устройство можно смонтировать в корпусе обычного удлинителя (с вилкой и розеткой), как показано на фотографии. Использовать его в этом случае можно не только с паяльником, но и с некоторыми другими приборами не требующими строго переменного тока на входе (однако если вы плохо представляете о чем речь, лучше не экспериментировать).
Диодный мост можно взять любой на 600… 1000 Вольт и 1 Ампер (с запасом). Конденсатор электролитический на 400 Вольт и 4.7… 10 мкФ (больше можно, но сильный перегрев может сократить срок службы паяльника).
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.
Схемы регулятора мощности для паяльника — на симисторе и микросхеме
Во время работы с электрическим паяльником необходимо следить за температурой нагрева его жала. Она должна быть постоянной и не меняться. Однако в реальных условиях показатели часто то уменьшаются, то увеличиваются. Это приводит к тому, что приходится использовать специальный регулятор мощности для паяльника.
Конструкция и детали
Многих людей интересует, какая может быть конструкция у такого регулятора. Данное устройство может быть наружным, в виде небольшого отдельного блока. Иногда встречаются более компактные конструкции, которые встраиваются в паяльную станцию или в корпус розетки.
Главными деталями регулятора мощности паяльника являются резисторы. Их мощность должна составлять не меньше 0,125 Вт. Если в устройстве присутствует R5, его мощность — от 2 Вт.
Дополнительная информация! Возможно, придется подбирать другой номинал деталей, чтобы напряжение в питании не опускалось ниже 11 В.
Как функционирует контролер паяльника
Существует огромное количество схем устройств для настройки нагрева паяльной станции. Однако все они работают по одинаковому принципу, который заключается в увеличении или уменьшении входной мощности. В редких случаях тот или иной регулятор для паяльника может отличаться по таким признакам:
- тип используемой электронной схемы;
- установленный измеряемый элемент для определения мощности;
- число ступеней настройки мощности.
Независимо от вышеперечисленных отличий, данные устройства в любом случае будут представлять собой обычный коммутатор для регулирования мощности.
Варианты монтажа регуляторов мощности паяльника
В зависимости от поставленных задач, устройство для настройки мощности паяльной станции можно поместить в несколько различных корпусов:
- Вилка. Это наиболее распространенный и удобный вариант. Довольно часто люди используют для этого зарядку от смартфона или корпусы от других адаптеров.
- Внутри паяльника. Некоторые паяльные станции имеют достаточно большие корпуса, внутри которых можно без проблем расположить регулятор. Это очень удобно, так как устройство будет всегда под рукой.
- Розетка. Часто регулятор напряжения для паяльника располагают внутри розеток. Этот способ можно использовать, если нет вилки или не хватает места в паяльной станции.
Важно! Прежде чем устанавливать регулятор в тот или иной корпус, надо ознакомиться с инструкцией и разобраться, как это делать правильно.
Необходимые материалы и инструменты
Чтобы сделать регулятор для паяльника своими руками, понадобятся следующие материалы:
- Тиристор — электронный ключ для пропуска тока в одном направлении.
- Симистор — подвид тиристора для проведения тока в двух направлениях.
- Резистор — используется для конвертации напряжения в силу тока.
- Конденсатор — необходим для своевременного выключения тиристора.
- Стабилитрон — нужен для стабилизации напряжения.
- Микроконтроллер Atmega — отвечает за электронное управление.
Из инструментов может понадобиться паяльник, отвертки, нож, флюс и припой.
Электрические принципиальные схемы регуляторов температуры паяльника
Прежде чем приступить к созданию и установке регулятора, необходимо ознакомиться с основными принципиальными схемами.
Схема регулятора для паяльника без помех на микросхеме
Данный вариант используют довольно редко, так как воплотить в жизнь такую схему непросто. Однако если в доме подключено огромное количество электроники, лучше пользоваться именно таким регулятором. Он будет отлично работать и при этом не выдавать в сеть помехи.
Стоит отметить, что пользоваться данной схемой нужно только в тех случаях, если человек работает с паяльной станцией ежедневно. Если же она большую часть времени лежит без дела, можно попробовать варианты попроще.
На базе фазовых регуляторов мощности PR1500S
В данном случае устройство оснащается специальным фазовым регулятором. Других деталей в этой схеме не так много и поэтому сборка конструкции выполняется достаточно быстро.
Чтобы сделать регулятор температуры паяльника, используя эту схему, придется заранее подготовить резистор переменного типа с встроенным выключателем. Также понадобится конденсатор на 620 В. Он нужен, чтобы устранить помехи, которые могут появиться во время работы.
Регулятор мощности на симисторе КУ208Г
Это одна из наиболее простых схем, которую часто используют во время создания регуляторов мощности паяльника. Все, что понадобится для изготовления устройства — симистор и димистор.
Чтобы приспособление для настройки температуры правильно работало, пригодится димистор DB3 и симистор ВТ139.
Главное достоинство такой схемы — ее компактность. Она без проблем помещается в зарядный блок телефона.
На оптосимисторе МОС204х/306х/308х
Относительно популярная схема, которой довольно часто пользуются во время создания регуляторов. В этом случае при создании устройства рекомендуется пользоваться оптическими симисторами, так как они могут открываться, если напряжение переходит через ноль.
Также в схеме используется специальный индикатор-таймер 555 серии. Он необходим для своевременного отключения регулятора.
Важно! Все компоненты, которые используются в этой схеме, очень маленькие. Это позволяет размещать устройство практически в любом корпусе.
Регулировка на интегральном стабилизаторе
Распространенный метод настройки мощности паяльной станции — использование стабилизаторов интегрального типа. С их помощью удастся легко сделать регулятор напряжения, который позволит уменьшать и увеличивать температуру нагрева паяльного жала.
Единственный серьезный недостаток применения таких стабилизаторов заключается в том, что они сильно нагреваются. Это часто приводит к перегреванию стабилизирующей микросхемы.
С ШИМ-контроллером
Некоторые люди решают регулировать мощность при помощи специального ШИМ-контроллера. Для таких целей можно воспользоваться любой моделью, которая работает на частоте около 1 Гц. В качестве основного коммутирующего элемента в этой плате используется полевой транзистор. Его можно купить или найти на любой старой материнке. Подойдет любой транзистор, напряжение которого не опускается ниже 12 В.
Транзисторный регулятор мощности
Многие пользуются транзисторными терморегуляторами для паяльника. Главное их преимущество заключается в том, что в них отсутствуют помехи. Еще одно преимущество таких устройств заключается в том, что они могут работать с индуктивной нагрузкой. Это позволяет использовать их не только с паяльниками, но и со светодиодными лампочками.
Монтировать транзистор необходимо на радиатор толщиной не менее трех сантиметров. Это предотвратит перегревание устройства во время его работы.
Важно! Подключаемая нагрузка должна быть меньше 100 Вт. При этом диапазон регулировки составляет от 10 до 220 В.
Регулятор мощности для паяльника на 20-36 В переменного напряжения
Если паяльник работает от сети с пониженным напряжением, для него придется делать отдельный регулятор.
Элементная база
Чтобы самостоятельно сделать такое устройство, понадобится заранее подготовить следующие компоненты:
- Транзистор КТ815Б. Если такого нет, вместо него можно установить КТ815Г.
- Диодный мост КЦ401А. Также для регулятора подойдет КЦ402 Б или С.
- Диоды. Для регулятора мощности лучше использовать модели из серии Д9.
Также понадобятся конденсаторы. Рекомендуется устанавливать оксидные элементы типа К50-6.
Особенности монтажа
Чтобы изготовить такой регулятор, придется заранее заказать макет печатной платы и на нем разместить всю элементную базу. Особое внимание необходимо уделить резисторам. Дело в том, что их параметры подбираются в зависимости от желаемого предела регулирования.
Все компоненты рекомендуется размещать на радиаторе Г-образной формы. С лицевой стороны или в верхней части корпуса регулятора необходимо установить розетку для подключения паяльной станции.
Проверка и регулировка схемы
Чтобы проверить работоспособность устройства, необходимо воспользоваться мультиметром. Если во время вращения ручки регулирования мощности выходное напряжение будет меняться, значит все работает исправно. Однако иногда показатели напряжения не изменяются. Это говорит о том, что во время сборки регулятора были допущены ошибки.
Во время использования паяльника часто приходится вручную настраивать его мощность. Делается это при помощи специального регулятора. Его можно приобрести в специализированных магазинах или сделать самостоятельно.
