Оптимальная температура жала электропаяльника - важнейшее условие получения качественной пайки. В радиолюбительской практике это имеет особое значение, так как при монтаже радиотехнического устройства конструктору приходится пользоваться одним и тем же паяльником со сменными жалами, существенно отличающимися по своим теплотехническим характеристикам. Использование различных припоев, марки которых часто неизвестны, тоже требует экспериментального подбора температуры жала паяльника. Автор статьи анализирует эффективность регуляторов мощности, знакомых радиолюбителям по публикациям в нашем журнале, и предлагает для повторения свой вариант регулятора температуры нагрева паяльника - цифровой.
Способ управления нагревом паяльника [1], когда его мощность регулируется только в нерабочем состоянии (паяльник находится на подставке), а в рабочем мощность составляет 100%, дает положительные результаты лишь при несменяемом жале. Радиолюбительская практика показывает, что хороших результатов можно добиться раздельным оперативным регулированием мощности паяльника в рабочем и дежурном режимах. Такой способ даже предпочтительнее однорежимной точной стабилизации температуры жала, поскольку позволяет находить компромисс между постоянным поддержанием паяльника в состоянии готовности в течение многих часов и износом рабочей части жала из-за растворения меди в припое.
В настоящее время установился некоторый, "радиолюбительский стандарт" на регуляторы средней мощности для тепловых приборов [2]. Суть его заключается в том, что регулирование осуществляется широтно-импульсным методом, с открыванием силового тринистора или симистора в моменты, близкие к переходу сетевого напряжения через "нуль". Его часто называют методом "бесшумного регулирования". Использование микросхем КМОП дает простое схемотехническое решение для формирования широтно-импульсного сигнала. К его недостаткам можно отнести разве что нечеткость работы генератора в крайних положениях движка задающего резистора и необходимость разметки шкалы мощности. От этих недостатков свободно устройство [13], в котором применен цифровой принцип формирования широтно-импульсного сигнала. Он особенно удобен при формировании многорежимного управления мощностью паяльника, поскольку не содержит элементов, требующих настройки при переключении режимов.
Схема такого варианта цифрового регулятора мощности паяльника приведена на рис. 1. В качестве базового решения использован симисторный регулятор, описанный в [4]. В источник питания микросхем добавлен светодиод НИ, сигнализирующий о включении устройства в сеть. Это добавление оказалось как бы "бесплатным* - светодиод питается полуволной сетевого тока, перезаряжающего гасящий конденсатор С1, непосредственно для питания устройства не используемой. Средний ток, текущий через светодиод" не превышает 15 мА. При смене полярности практически все обратное напряжение, равное по значению сумме напряжений стабилизации стабилитрона VDЗ и прямому падению напряжения на диоде VD2, приложено к диоду VD1, обратное сопротивление которого существенно больше, чем у светодиода.
(нажмите для увеличения)
Если устройство предполагается эксплуатировать при повышенной температуре, увеличивающей обратный ток диода VD1, для защиты светодиода от обратного напряжения его можно зашунтировать резистором сопротивлением 1...3 кОм.
Транзистор VT1 используется для выделения момента перехода сетевого напряжения через "нуль". Диод VD4 защищает эмиттерный переход этого транзистора от полуволны обратного напряжения. Транзистор VT2 инвертирует сигнал, снимаемый с коллектора транзистора VT1, увеличивает крутизну фронта, что позволяет подавать его непосредственно на вход СN десятичного счетчика DD1 без каких-либо дополнительных формирователей.
Фронт счетного импульса на входе микросхемы формируется в конце каждого положительного (относительно нижнего по схеме сетевого провода) полупериода напряжения сети. При этом на выходах 0-9 счетчика, имеющего встроенный дешифратор, появляется "бегущий* сигнал высокого уровня (лог. 1). Когда сигнал такого уровня возникает на выходе 9 (вывод 11) счетчика, RS-триггер, собранный на элементах DD2.1, DD2.2, устанавливается в состояние с высоким уровнем на выводе 10 элемента DD2.1, который запрещает работу генератора импульсов запуска симистора VS1. Генератор выполнен на элементах DD2.3, DD2.4. В таком состоянии нагрузка регулятора обесточена. Включение нагрузки в сеть произойдет после переключения RS-триггера в противоположное состояние сигналом высокого уровня на выводе 8 элемента DD2.1.
Момент прихода импульса включения нагрузки относительно импульса выключения определяется номером выхода счетчика, подключенного к выводу 8 элемента DD2.1. Таким образом, мощность, подводимую к паяльнику в рабочем режиме и режиме ожидания, определяет положение контактов переключателей SА1 и SА2 соответственно. Смена режимов происходит переключателем SF1 при нажатии на его кнопку коромыслом, удерживающим паяльник на подставке. В обоих режимах мощность от 10 до 100 % с шагом 10 % устанавливают переключателями SА1 и SА2. Резистор R7 устраняет неопределенность сигнала на выводе 8 элемента DD2.1 при переключениях.
В рабочих периодах сети генератор импульсов запуска симистора \/S1 работает непрерывно, что позволяет включать симистор с активной нагрузкой мощностью 60 Вт при напряжении сети около 20 В. Визуально оценить относительную мощность, отдаваемую в нагрузку, можно по свечению индикатора НL2. Хотя через него и проходят импульсы тока управляющего электрода симистора значением в несколько десятков миллиампер, средний же ток составляет единицы миллиампер. Поскольку на выходе регулятора постоянная составляющая сигнала близка к нулю, при определенных ограничениях им можно управлять мощностью низковольтных паяльников, включаемых в сеть через понижающий трансформатор. Ограничения связаны с особенностью работы трансформатора. Если нагрузка трансформатора отключена., к выходу регулятора оказывается подключенной высокодобротная катушка индуктивности, на которой возникают выбросы напряжения, практически равные удвоенному амплитудному напряжению питания - около 600 В. Такой режим крайне нежелателен, поэтому для обеспечения сохранности регулятора при случайных переключениях нагрузки выход регулятора зашунтирован варистором R11 с точкой излома характеристики 350...300 В. Но если регулятор будет использоваться только с активной нагрузкой, варистор можно исключить.
Второе ограничение связано с переходными процессами в трансформаторах, обусловленных их низкой рабочей частотой. При включении трансформатора в сеть (даже при нулевом напряжении) первый полупериод расходуется на первичное намагничивание магнитопровода, сопровождающееся повышенным током первичной обмотки. Например, для популярного паяльника ЭПСН 25/24 (ГОСТ 7219-83), подключенного к сети через трансформатор, амплитуда импульса тока составила 2,5 А, что в 12 раз больше, чем в установившемся режиме. Значение амплитуды тока второго полупериода превышало установившееся значение примерно
на 50 %, а для третьего полупериода - около 10 %. Следовательно, включать даже нагруженный трансформатор желательно как можно реже. Этим обусловлено использование для регулирования мощности целого числа полных периодов, что, с одной стороны, обеспечивает близкое к нулевому значение постоянной составляющей, а с другой - компромисс между тепловой инерционностью нагрузки, легкостью реализации и уменьшением числа коммутаций нагрузки в единицу времени.
В свое время нашей промышленностью выпускались низковольтные паяльники, питаемые от сети через гасящий конденсатор, встроенный в пластмассовый корпус, близкий по размерам к трансформаторному блоку такой же мощности. Эти паяльники подключать к регулятору нельзя. А если такое все же случится, от выхода из строя регулятор защитит плавкий предохранитель FU1.
Внешний вид регулятора показан на рис. 2, а компоновка и монтаж его деталей - на рис. 3. Конструктивно он выполнен в виде подставки под паяльник (использован пластмассовый корпус от унифицированного блока питания бытовой радиоаппаратуры), Большая часть деталей размещена и смонтирована на универсальной печатной плате.
Паяльник кладут на две металлические стойки подставки, согнутые из стальной проволоки диаметром 2,5 мм. Носовая стойка подвижна, ее коромысло механически связано с нажимной кнопкой переключателя SF1 (МП1-1). Выключатель ЗВ1 (нажимного типа от настольной лампы), переключатели SА1,SА2 (МПН-1) и светодиоды НL1,HL2 вынесены на верхнюю панель устройства. Поскольку положение контактов переключателей SА1 и SА2 однозначно определяет мощность, отдаваемую в нагрузку, светодиод HL2 нужен только для общего контроля работоспособности устройства, поэтому его при желании можно исключить.
Если приобретение малогабаритных многопозиционных переключателей затруднительно, их заменяют гнездовой частью двухрядного многоконтактного разъема, используя в качестве подвижного контакта одиночную штыревую часть, припаяв к ней тонкий гибкий провод. Чтобы избежать контакта с питающей сетью, лучше применить разъем с утопленными гнездами, а в разрыв цепи подвижного контакта переключателя SF1 включить резистор сопротивлением 91 ...100 кОм.
Регулятор рассчитан на мощность нагрузки до 150 Вт, поэтому симистор может работать без теплоотвода. Чтобы уменьшить габариты и облегчить компоновку деталей устройства, можно применить миниатюрный симистор ТС-106 в пластмассовом корпусе, установленный на алюминиевый флажковый радиатор теплоотвода с площадью поверхности 10 см2.
Литература
Автор: П.Полянский, г.Москва