Для того, щоб отримати якісну і красиву пайку потрібно правильно підібрати потужність паяльника і забезпечити певну температуру його жала в залежності від марки вживаного припою. Пропоную кілька схем саморобних тиристорних регуляторів температури нагріву паяльника, які з успіхом замінять багато промислових незрівнянні за ціною і складності.
Електричні принципові схеми регуляторів температури паяльника
Увага, нижче наведені тиристорні схеми регуляторів температури гальванічне не розв'язані з еклектичної мережею і дотик до струмоведучих елементів схеми небезпечно для життя!
Для регулювання температури жала паяльника застосовують паяльні станції, в яких в ручному або автоматичному режимі підтримується оптимальна температура жала паяльника. Доступність паяльної станції для домашнього майстра обмежена високою ціною. Для себе я питання з регулювання температури вирішив, розробивши і виготовивши регулятор з ручною плавним регулюванням температури. Схему можна доопрацювати для автоматичної підтримки температури, але я не бачу в цьому сенсу, та й практика показала, цілком достатньо ручного регулювання, так як напруга в мережі стабільно і температура в приміщенні теж.
Класична тиристорна схема регулятора
Класична тиристорна схема регулятора потужності паяльника не відповідала одному з головних моїх вимог, відсутності випромінюючих перешкод в живильну мережу і ефір. А для радіоаматора такі перешкоди унеможливлюють повноцінно займатися улюбленою справою. Якщо схему доповнити фільтром, то конструкція вийде громіздкою. Але для багатьох випадків використання така схема тиристорного регулятора може з успіхом застосовуватися, наприклад, для регулювання яскравості світіння ламп розжарювання і нагрівальних приладів потужністю 20-60вт. Тому я і вирішив представити цю схему.
Для того, що зрозуміти як працює схема, зупинюся детальніше на принципі роботи тиристора. Тиристор, це напівпровідниковий прилад, який або відкритий, або закритий. щоб його відкрити, потрібно на керуючий електрод подати позитивну напругу 2-5 В в залежності від типу тиристора, щодо катода (на схемі позначений k). Після того, як тиристор відкрився (опір межу анодом і катодом стане дорівнює 0), закрити його через керуючий електрод неможливо. Тиристор буде відкритий до тих пір, поки напруга межу його анодом і катодом (на схемі позначені a і k) не стане близьким до нульового значення. Ось так все просто.
Працює схема класичного регулятора наступним чином. Напруга змінного струму подається через навантаження (лампочку розжарювання або обмотку паяльника), на бруківку схему випрямляча, виконану на діодах VD1-VD4. Діодний міст перетворює змінну напругу в постійне, змінюється за синусоїдальним законом (діаграма 1). При знаходженні середнього виведення резистора R1 в крайньому лівому положенні, його опір дорівнює 0 і коли напруга в мережі починає збільшуватися, конденсатор С1 починає заряджатися. Коли С1 зарядиться до напруги 2-5 В, через R2 струм піде на керуючий електрод VS1. Тиристор відкриється, закоротити діодний міст і через навантаження піде максимальний струм (верхня діаграма). При повороті ручки змінного резистора R1, його опір збільшиться, струм заряду конденсатора С1 зменшиться і треба буде більше часу, щоб напруга на ньому досягло 2-5 В, з цього тиристор вже відкриється не відразу, а через деякий час. Чим більше буде величина R1, тим більше буде час заряду С1, тиристор буде відкриватися пізніше і отримується потужність навантаженням буде пропорційно менше. Таким чином, обертанням ручки змінного резистора, здійснюється управління температурою нагріву паяльника або яскравістю світіння лампочки розжарювання.
Вище наведена класична схема тиристорного регулятора виконана на тиристори КУ202Н. Так як для управління цим тиристором потрібен більший струм (по паспорту 100 мА, реальний близько 20 мА), то зменшені номінали резисторів R1 і R2, а R3 виключений, а величина електролітичного конденсатора збільшена. При повторенні схеми може виникнути необхідність збільшення номіналу конденсатора С1 до 20 мкФ.
Найпростіша тиристорна схема регулятора
Ось ще одна найпростіша схема тиристорного регулятора потужності, спрощений варіант класичного регулятора. Кількість деталей зведено до мінімуму. Замість чотирьох діодів VD1-VD4 використовується один VD1. Принцип роботи її такою ж, як і класичної схеми. Відрізняються схеми тільки тим, що регулювання в даній схемі регулятора температури відбувається тільки по позитивному періоду мережі, а негативний період перейдеш у VD1 без змін, тому потужність можна регулювати тільки в діапазоні від 50 до 100%. Для регулювання температури нагріву жала паяльника більшого й не потрібно. Якщо діод VD1 виключити, то діапазон регулювання потужності стане від 0 до 50%.
Якщо в розрив ланцюга від R1 і R2 додати динистор, наприклад КН102А, то електролітичний конденсатор С1 можна буде замінити на звичайний ємністю 0,1 mF. Тиристори для вище наведених схем підійдуть, КУ103В, КУ201К (Л), КУ202К (Л, М, Н), розраховані на пряме напруга більше 300 В. Діоди теж практично будь-які, розраховані на зворотне напруга не менше 300 В.
Наведені вище схеми тиристорних регуляторів потужності з успіхом можна застосовувати для регулювання яскравості світіння світильників, в яких встановлені лампочки розжарювання. Регулювати яскравість світіння світильників, в яких встановлені енергозберігаючі або світлодіодні лампочками, не вийде, так як в таких лампочках вмонтовані електронні схеми, і регулятор просто буде порушувати їх нормальну роботу. Лампочки будуть світити на повну потужність або блимати і це може навіть призвести до передчасного виходу їх з ладу.
Схеми можна застосовувати для регулювання при напрузі в мережі змінного струму 36 В або 24 В. Потрібно тільки на порядок зменшити номінали резисторів і застосувати тиристор, який розрахований на навантаження. Так паяльник потужністю 40 Вт при напрузі 36 В споживатиме ток 1,1 А.
Тиристорна схема регулятора потужністю не випромінює перешкоди
Головна відмінність схеми представляється регулятора потужності паяльника від вище представлених, це повна відсутність радіоперешкод в електричну мережу, так як всі перехідні процеси відбуваються під час, коли напруга в мережі живлення дорівнює нулю.
Приступаючи до розробки регулятора температури для паяльника, я виходив з таких міркувань. Схема повинна бути простою, легко повторюваною, комплектуючі повинні бути дешевими і доступними, висока надійність, габарити мінімальними, ККД близький до 100%, відсутність випромінюючих перешкод, можливість модернізації.
Працює схема регулятора температури в такий спосіб. Напруга змінного струму від електромережі випрямляється доданими мостом VD1-VD4. З синусоїдального сигналу виходить постійна напруга, що змінюється по амплітуді як половина синусоїди з частотою 100 Гц (діаграма 1). Далі струм проходить через обмежувальний резистор R1 на стабілітрон VD6, де напруга обмежується по амплітуді до 9 В, і має вже іншу форму (діаграма 2). Отримані імпульси заряджають через діод VD5 електролітичний конденсатор С1, створюючи напругу живлення близько 9 В для мікросхем DD1 і DD2. R2 виконує захисну функцію, обмежуючи максимально можлива напруга на VD5 і VD6 до 22 В, і забезпечує формування тактового імпульсу для роботи схеми. З R1 сформований сигнал подається ще на 5 і 6 висновки елемента 2ИЛИ-НЕ логічної цифровий мікросхеми DD1.1, яка інвертує надходить сигнал і перетворює в короткі імпульси прямокутної форми (діаграма 3). З 4 виведення DD1 імпульси надходять на 8 висновок D тригера DD2.1, що працює в режимі RS тригера. DD2.1 теж, як і DD1.1 виконує функцію інвертування і формування сигналу (діаграма 4). Зверніть увагу, що сигнали на діаграмі 2 і 4 практично однакові, і здавалося, що можна сигнал з R1 подавати прямо на 5 висновок DD2.1. Але дослідження показали, що в сигналі після R1 знаходиться багато приходять з мережі живлення перешкод і без подвійного формування схема працювала нестабільно. А ставити додатково LC фільтри, коли є вільні логічні елементи не доцільно.
На тригері DD2.2 зібрана схема управління регулятора температури паяльника і працює вона в такий спосіб. На висновок 3 DD2.2 з виведення 13 DD2.1 надходять прямокутні імпульси, які позитивним фронтом перезаписують на виведення 1 DD2.2 рівень, який в даний момент присутній на D вході мікросхеми (висновок 5). На виводі 2 сигнал протилежного рівня. Розглянемо роботу DD2.2 докладно. Припустимо на виводі 2, логічна одиниця. Через резистори R4, R5 конденсатор С2 зарядиться до напруги харчування. При надходженні першого ж імпульсу з позитивним перепадом на виводі 2 з'явиться 0 і конденсатор С2 через діод VD7 швидко розрядиться. Наступний позитивний перепад на виводі 3 встановить на виводі 2 логічну одиницю і через резистори R4, R5 конденсатор С2 почне заряджатися. Час заряду визначається постійної часу R5 і С2. Чим величина R5 більше, тим довше буде заряджатися С2. Поки С2 зарядиться до половини напруги живлення на виводі 5 буде логічний нуль і позитивні перепади імпульсів на вході 3 вони не будуть змінювати логічний рівень на виводі 2. Як тільки конденсатор зарядиться, процес повториться.
Таким чином, на виходи DD2.2 буде проходити тільки заданий резистором R5 кількість імпульсів з мережі живлення, і найголовніше, перепади цих імпульсів відбуватимуться, під час переходу напруги в мережі живлення через нуль. Звідси і відсутність перешкод від роботи регулятора температури.
З виведення 1 мікросхеми DD2.2 імпульси подаються на інвертор DD1.2, який служити для виключення впливу тиристора VS1 на роботу DD2.2. Резистор R6 обмежує струм управління тиристором VS1. Коли на керуючий електрод VS1 подається позитивний потенціал, тиристор відкривається і на паяльник подається напруга. Регулятор дозволяє регулювати потужність паяльника від 50 до 99%. Хоча резистор R5 змінний, регулювання за рахунок роботи DD2.2 нагріву паяльника здійснюється поступово. При R5 рівному нулю, подається 50% потужності (діаграма 5), при повороті на деякий кут вже 66% (діаграма 6), далі вже 75% (діаграма 7). Таким чином, чим ближче до розрахункової потужності паяльника, тим плавні працює регулювання, що дозволяє легко відрегулювати температуру жала паяльника. Наприклад, паяльник 40 Вт, можна буде налаштувати на потужність від 20 до 40 Вт.
Конструкція і деталі регулятора температури
Всі деталі тиристорного регулятора температури розміщені на друкованій платі з склотекстоліти. Так як схема не має гальванічної розв'язки з електричною мережею, плата поміщена в невеликий пластмасовий корпус колишнього адаптера з електричною вилкою. На вісь змінного резистора R5 надіта ручка з пластмаси. Навколо ручки на корпусі регулятора, для зручності регулювання ступеня нагріву паяльника, нанесена шкала з умовними цифрами.
Шнур, що йде від паяльника, припаяний безпосередньо до друкованої плати. Можна зробити підключення паяльника роз'ємним, тоді буде можливість підключати до регулятора температури інші паяльники. Як це не дивно, але струм, споживаний схемою управління регулятора температури, не перевищує 2 мА. Це менше, ніж споживає світлодіод в схемі підсвічування вимикачів освітлення. Тому прийняття спеціальних заходів щодо забезпечення температурного режиму пристрою не потрібно.
Мікросхеми DD1 і DD2 будь 176 або 561 серії. Радянський тиристор КУ103В можна замінити, наприклад, сучасним тиристором MCR100-6 або MCR100-8, розраховані на струм комутації до 0,8 А. У такому разі можна буде управляти нагрівом паяльника потужністю до 150 Вт. Діоди VD1-VD4 будь-які, розраховані на зворотне напруга не менше 300 В і струм не менше 0,5 А. Відмінно підійде IN4007 (Uоб = 1000 В, I = 1 А). Діоди VD5 і VD7 будь імпульсні. Стабілітрон VD6 будь-який малопотужний на напругу стабілізації близько 9 В. Конденсатори будь-якого типу. Резистори будь-які, R1 потужністю 0,5 Вт.
Регулятор потужності налаштовувати не потрібно. При справних деталях і без помилок монтажу запрацює одразу.
Схема розроблена багато років тому, коли комп'ютерів і тим більше лазерних принтерів не було в природі і тому креслення друкованої плати я робив по дідівської технології на діаграмному папері з кроком сітки 2,5 мм. Потім креслення приклеював клеєм «Момент» на щільний папір, а сам папір до фольгованого склотекстоліти. Далі свердлили отвори на саморобному свердлильному верстаті і руками викреслювати доріжки майбутніх провідників і контактні площадки для пайки деталей.
Креслення тиристорного регулятора температури зберігся. Ось його фотографія. Спочатку випрямний діодний міст VD1-VD4 був виконаний на мікросхемі КЦ407, але після того, як два рази мікрозборку розірвало, замінив її чотирма діодами КД209.
Як знизити рівень перешкод від тиристорних регуляторів потужності
Для зменшення перешкод випромінюваних тиристорним регуляторами потужності в електричну мережу застосовують ферритові фільтри, що представляють собою ферритові кільце з намотаним витками дроту. Такі ферритові фільтри можна зустріти у всіх імпульсних блоках живлення комп'ютерів, телевізорів і в інших виробах. Ефективним, переважною перешкоди феритовим фільтром можна дооснастити будь тиристорний регулятор. Досить пропустити провід підключення до електричної мережі через ферритові кільце.
Встановлювати феритовий фільтр потрібно якомога ближче до джерела перешкоди, тобто до місця установки тиристора. Ферітовий фільтр можна розміщувати як всередині корпусу приладу, так і з зовнішньої його сторони. Чим більше витків, тим краще феритовий фільтр буде придушувати перешкоди, але досить і просто протягнути шнур через кільце.
Ферритові кільце можна взяти з інтерфейсних проводів комп'ютерної техніки, моніторів, принтерів, сканерів. Якщо Ви зверніть увагу на провід, що з'єднує системний блок комп'ютера з монітором або принтером, то помітите на дроті циліндричне потовщення ізоляції. В цьому місці знаходиться феритовий фільтр високочастотних перешкод.
Досить ножиком розрізати пластикову ізоляцію і витягти ферритові кільце. Напевно у Вас або Ваших знайомих знайдеться не потрібний інтерфейсний кабель від струменевого принтера або старого кінескопного монітора.