Оглавление
Приблизительно пять лет назад в личное пользование была приобретена немецкая двухканальная паяльная станция «ERSA SMT UNIT 60A». Станция проработала порядка десяти лет в одной частной фирме, специализирующейся на изготовлении источников питания. Затем, еще в рабочем состоянии, станцию списали и продали по остаточной стоимости, как отработавшую установленный срок эксплуатации.
Купленная паяльная станция без нареканий проработала в домашней мастерской до начала декабря 2024 года и, по-видимому, совсем «устала».
Первой вышла из строя микросхема, установленная в канале регулирования температуры паяльника, а спустя некоторое время, умерла микросхема и в канале регулирования температуры электропинцета, при этом включенные паяльник или электропинцет нагревались до «раскаленного» состояния.
На ФОТО показаны внешний вид и внутренности «мертвой» паяльной станции:
Принципиальные схемы станции
Схема одного канала паяльной станции «ERSA», зарисованная карандашом каким-то радиолюбителем, показана ниже (из интернета):
И её печатный вариант с позиционными обозначениями элементов (схема тоже из интернета):
Здесь в роли R16 – нагревательный элемент паяльника. Возможное статическое напряжение с жала паяльника стекает на заземляющий контакт (РЕ) «евророзетки» через сопротивление R1=220К.
Специализированная микросхема (аналоговый контроллер) TFB2020T в продаже отсутствует от слова «совсем». Были сделаны запросы в пять буржуйских контор на предмет приобретения микросхемы. Ответы были даны такого содержания: «это очень старая микросхема – нет в наличии…, микросхема снята с производства…, пересылками не занимаемся…» и т.п.
Вероятно, с такой же проблемой приобретения микросхемы (или её дороговизной) столкнулся немецкий радиолюбитель и решил эту проблему по-своему, что называется «в лоб». Его схема, гуляющая по интернету, предназначена для замены «кишков» паяльных станций, подобных «ERSA».
К сожалению, кроме принципиальной схемы и указанных на ней радиоэлементов нет даже простейшего технического описания работы, отсутствуют контрольные точки с измеренными напряжениями.
Схема немецкого радиолюбителя показана ниже:
Видно, что в основе схемы четыре операционных усилителя в составе микросхемы LM324N.
Задача состояла в следующем: во-первых, перерисовать схему так, чтобы она стала более «читабельной», во-вторых, проверить работоспособность схемы путем сборки экспериментального экземпляра устройства, снять напряжения и осциллограммы в контрольных точках и отметить их на принципиальной схеме. При положительном результате испытания собрать двухканальный вариант схемы – для паяльника и электропинцета, а плату разместить в подходящем корпусе, т.е. сделать законченную конструкцию паяльной станции.
Перерисованная принципиальная схема показана на рисунке 1:
Для облегчения сравнения двух схем порядковые номера радиоэлементов оставлены такими же, как на оригинальной схеме.
Для питания паяльника и схемы используется трансформатор ТР1 с выходным током вторичной обмотки не менее Iвых = 2А. Диод D1 — однополупериодный выпрямитель, конденсатор С1 сглаживает пульсации. Питание схемы Uпит = 24V формирует стабилизатор напряжения DA2 типа 7824.
Два параметрических стабилизатора R1-D2-С3 и R14-D7-С7 образуют источники опорного напряжения Uопорн=5,6…5,7V. Напряжение первого источника понижается делителем R5-R6 до Uопорн = 266 mV.
Примечание: В авторском варианте первый источник опорного напряжения R1-D2-С3 за счет стабилитрона D2 с Uстаб = 7,5V формирует напряжение Uопорн = 7,5V. С таким напряжением после разогрева паяльника в режиме поддержания температуры временной интервал между автоматическим отключением и включением был великоват. После установки стабилитрона D2 с Uстаб = 5,6V температурный гистерезис уменьшился приблизительно на Т = 3…4 С. Схема стала быстрее реагировать на снижение температуры жала паяльника.
Теперь у двух источников получились одинаковые выходные опорные напряжения Uопорн = 5,7V. Был проведен эксперимент: верхний по схеме вывод резистора R5 (делитель R5-R6) подключался к плюсовому выводу конденсатора С7, и схема нормально работала. Таким образом, первый источник опорного напряжения R1-D2-С3 из схемы можно удалить, при этом делитель R5-R6 подключить ко второму источнику опорного напряжения R14-D7-С7.
Переменное напряжение вторичной обмотки ТР1 подается на делитель R7-R8. В средней точке делителя (выв.12DA1.4) амплитудное значение напряжения не превышает ~Uамп = 700 mVp-p.
Измерения и осциллограммы
Осциллограмма «А» при заданной регулятором P1 температуре паяльника Тmax и Tmin (далее везде в тексте левая осциллограмма снята при максимальной температуре паяльника, правая – при минимальной):
На выводе ОУ 14DA1.4 осциллограмма «Б» имеет вид:
Таким образом, ОУ DA1.4 из переменного напряжения формирует прямоугольные импульсы с частотой сети F = 50 Гц и периодом Т = 20 mS при этом амплитудное значение напряжения импульсов равно Uамп = 23,6 Vр-р (среднеквадратичное значение Uср.кв = 16,3V).
Через разделительный конденсатор С6=330pF эти импульсы подаются в точку соединения резисторов R12 и R13. На ОУ DA1.1 собран формирователь импульсов с периодом приблизительно Т=1сек, в цепи отрицательной обратной связи которого через элементы D6-R10 конденсатор С5 быстро заряжается, а через резистор R11 медленно разряжается. Это определяет периодичность импульсов.
Допустим, в какой-то момент времени напряжение на входах ОУ DA1.1 примерно равны, но на инвертирующем входе 2DA1.1 чуть меньше, чем на неинвертирующем входе 3DA1.1. В этом случае на выходе 1DA1.1 нулевой уровень напряжения.
Импульс, прошедший через С6, заставляет ОУ переключиться и на выходе 1DA1.1 установится напряжение U = 24V, которое через D6 и R10 быстро зарядит конденсатор С5. Теперь на входе 2DA1.1 напряжение много больше, чем на входе 3DA1.1. Это возвращает выход 1DA1.1 в низкий уровень, а импульсы с конденсатора С6 не могут переключить DA1.1. Конденсатор С5 постепенно разряжается через R11 на выход 1DA1.1 до того момента, пока очередной импульс с конденсатора С6 опять не переключит ОУ DA1.1. Так происходит с примерной периодичностью 1 раз в секунду.
Так как импульсы, идущие с выхода 14DA1.4 синхронизированы с началом периода сетевого напряжения, то и периодические импульсы на выходе 1DA1.1 тоже формируются синхронно с началом перехода синусоиды через ноль. Это необходимо для открытия симистора VS1 в начале каждого периода.
Таким образом, генератор формирует импульсы с периодичностью примерно раз в секунду для подачи одного полупериода напряжения с трансформатора на паяльник. В течение этого полупериода происходит измерение температуры паяльника по току потребления нагревательным элементом.
Осциллограмма «В» (выв.3DA1.1):
На выводе 2DA1.1 импульсы имеют форму спадающей пилы, причем амплитуда импульсов «плавает».
Осциллограмма «Г» (выв.2DA1.1):
На выходе 1DA1.1 форму сигнала показывает осциллограмма «Д»:
В моменты открытия симистора VS1 импульсами с генератора DA1.1 на датчике тока R18 появляется падение напряжения, измерив которое можно понять текущую температуру паяльника. Напряжение с датчика тока, пройдя через делитель R4-Р2, поступает на верхний по схеме вывод резистора Р1.
Подстроечным резистором Р2 настраивают верхний предел регулирования температуры. Переменным резистором Р1 устанавливают необходимую температуру паяльника в процессе работы. С движка переменного резистора Р1 через резистор R3 напряжение подается на узел DA1.2-D3-С4-D4 и R9, которое сравнивается с опорным напряжением, формируемое делителем R5-R6.
При снижении температуры паяльника сопротивление нагревательного элемента уменьшается, следовательно, ток, текущий через датчик R18 увеличивается. Это приводит к увеличению напряжения на входе 5DA1.2 и, когда это напряжение превысит опорное на входе 6DA1.2, на выходе 7DA1.2 появляется высокий уровень напряжения, дающий команду на включение паяльника. Конденсатор С4, быстро заряжаемый через D3, устраняет влияние переходных процессов и немного увеличивает время включенного состояния паяльника. Резистор R9=1М в цепи положительной обратной связи создает небольшую петлю гистерезиса (примерно, Т = 3…5 С) для устранения беспорядочного включения-выключения нагрева паяльника.
При увеличении температуры паяльника сопротивление нагревательного элемента также увеличивается, а ток, соответственно, снижается. Это приводит к уменьшению напряжения, снятого с датчика, и переключению ОУ DA1.2 в исходное состояние – на его выходе 7DA1.2 опять появляется низкий уровень напряжения. Таким образом, производится контроль поддержания температуры.
Осциллограмма «Е» показывает форму сигнала на выводе 5DA1.2 при максимальной температуре паяльника: осциллограмма слева – светодиод D8 погашен, а справа — светится:
Осциллограмма «Е» при минимальной температуре паяльника (светодиод D8 погашен):
Осциллограмма «Ж» на выводе 7DA1.2 при максимальной температуре паяльника: осциллограмма слева – светодиод D8 погашен, а справа — светится:
Осциллограмма «Ж» при минимальной температуре паяльника (светодиод D8 погашен):
Далее сигнал с катодов D4 и D5 подается на выходной ОУ DA1.3, выполняющий функцию компаратора напряжения. На входе 10DA1.3 постоянное опорное напряжение Uоп=5,7V, а на входе 9DA1.3 сигнал, форму которого показывает осциллограмма «З». Осциллограмма «З» на выводе 9DA1.3 при максимальной температуре паяльника: осциллограмма слева – светодиод D8 погашен, а справа — светится:
Видно, что напряжение меняется от минимального значения Umin=426mV до максимального значения Umax=21,9V, причем максимальное значение достигается резко (скачком), а снижение к минимальному уровню происходит плавно – за счет разряда конденсатора С4.
Осциллограмма «З» при минимальной температуре паяльника (светодиод D8 погашен):
На выходе 8DA1.3 форму сигнала показывает осциллограмма «И».
Осциллограмма «И» слева – светодиод D8 погашен, а справа — светится:
При низком уровне напряжения на выводе 8DA1.3 светится светодиод D8, через ограничивающий ток базы R16 и диод D9 открывается транзистор VT1 и, как следствие, открывается симистор VS1. На нагревательный элемент паяльника поступает переменное напряжение.
Тестовый вариант паяльной станции
Чтобы проверить работу схемы и снять напряжения в контрольных точках, был изготовлен проверочный вариант устройства.
Подготовка печатной платы макета на компьютере:
Распечатка на бумаге для переноса рисунка на фольгированный текстолит:
Изготовленная плата макетного варианта со стороны печатных проводников и со стороны деталей:
Собранный одноканальный вариант в корпусе:
Проверка показала работоспособность схемы (с некоторой коррекцией). Были измерены переменные и постоянные напряжения в контрольных точках схемы, сняты осциллограммы при максимальной и минимальной температуре паяльника.
Окончательная сборка устройства
Теперь можно приступать к изготовлению двухканального варианта паяльной станции, к которой будут подключены паяльник «ERSA Micro tool 24V» и термопинцет «ERSA Chip tool», фото которых представлены ниже:
Прорисовка и изготовление печатной платы:
Плата с размещенными на ней элементами схемы:
Трансформатор для питания устройства:
Соединение проводов согласно схеме. Стабилизатор напряжения и симисторы установлены на небольшие ребристые радиаторы:
Заключительный этап – плата устройства и трансформатор размещаются в удобном корпусе.
Остается наклеить этикетки с нарисованными шкалами температуры и обозначить выходные разъемы:
В случае выхода из строя контроллера TFB2020T в паяльной станции «ERSA» или ей подобной, схему на операционных усилителях немецкого радиолюбителя можно рассматривать как альтернативный вариант фабричной схемы и рекомендовать к изготовлению.
Видео работы станции для паяния
Авторы: Александр Борисов, Юрий Помогаев.
