Простая цифровая паяльная станция

Предлагаю простую в повторении цифровую паяльную станцию, постройка которой обойдётся примерно в 7$ (без учёта источника питания). 

Паяльная станция построена на Arduino Nano, поэтому для повторения не потребуется программатор и различные переходники для него. Схема имеет минимум деталей и не требует наладки. 

4186067885.jpg3303176733.jpg

Технические характеристики:

  • Разработано для паяльников Hakko 907;
  • Диапазон температур: 27°C–525°C;
  • Время разогрева: 25–37с (325°C);
  • Рекомендуемый источник питания: 24В, 3А;
  • Мощность: 50Вт (средняя).

За и против цифровых паяльных станций

1992467981.jpg1268944829.jpg

Как и любой другой радиолюбитель, я начал с обычного паяльника. Они хороши, но у них есть несколько минусов:

  • Паяльнику, прежде чем им можно будет паять, требуется 7-15 минут для нагрева;
  • После прогрева эти паяльники будут продолжать работать с максимальной температурой;
  • В некоторых случаях, при продолжительном контакте, эти паяльники могут повредить электронные компоненты.

Обычные паяльники с диммерами:

Существует простой и распространенный способ регулировать температуру у обычных паяльников - это подключить их через диммер, чтобы ограничить мощность, поступающую на нагревательный элемент. Паяльники со встроенным диммером легко купить в магазине. Единственный недостаток - отсутствие обратной связи по температуре. При пайке массивных элементов таким паяльником, температура жала будет падать, что потребует увеличения температуры регулятором диммера. Как только пайка прекращена, жало начнёт перегреваться, и потребуется уменьшить температуру соответствующим регулятором.

Цифровая паяльная станция:

Паяльник очень похож на паяльник с диммером, но все автоматизировано с помощью системы ПИД. Проще говоря, автоматизированная электронная система управления паяльной станцией постоянно настраивает «ручку диммера» за вас. Когда система обнаруживает, что температура жала паяльника ниже заданной температуры, система увеличивает мощность, необходимую для нагрева жала. Когда температура паяльника выше установленной, его питание отключается, что приводит к падению температуры. Система делает этот процесс очень быстро, постоянно включая и выключая нагревательный элемент паяльника, чтобы поддерживать постоянную температуру на жале. Вот почему с цифровыми паяльными станциями время прогрева значительно сокращается.

201520493.jpg828562653.jpg

3006417676.jpg

Необходимые материалы:

Внутри паяльника Hakko 907 находится нагревательный элемент с датчиком температуры. Оба заключены в керамический материал. Нагревательный элемент - это просто змеевик, который выделяет тепло при подаче электроэнергии. С другой стороны, датчик температуры представляет собой термистор. Термистор похож на резистор: при изменении температуры изменяется его сопротивление.

К сожалению, Hakko не предоставляет данных о термисторе внутри своих нагревательных элементов. Поэтому я нагревая термистор записывал его сопротивление, получив тем самым график зависимости сопротивления от температуры.

1268939717.png

Чтобы получить полезный выходной сигнал от датчика температуры термистора, пришлось подключить его в плечо делителя напряжения. Сопротивление верхнего резистора делителя напряжения я выбрал исходя из того, чтобы ограничить максимальную мощность, рассеиваемую на датчике (установив его на максимум 50 мВт). Максимальное выходное напряжение делителя в условиях максимальной рабочей температуры при этом составило около 1,6 В. Для более точного измерения температуры жала паяльника требуется усилить этот сигнал перед подачей его на АЦП Ардуино.

2381236753.png

Для усиления сигнала от датчика температуры в устройстве применён не инвертирующий усилитель на операционном усилителе, коэффициент усиления которого составляет 2,22. Усилитель имеет запас по напряжению, что позволит применять другие модели паяльника.

1971256024.jpg

В проекте, в качестве коммутирующего элемента, применён простой N-канальный MOSFET управляемый логическим уровнем IRFZL44. Он служит цифровым переключателем для подачи питания на нагревательный элемент. Неинвертирующий операционный усилитель (LM358) используется для усиления и масштабирования крошечных напряжений, которые создает комбинированный термистор делителя напряжения. Потенциометр 10k используется в качестве ручки управления температурой, а светодиод - это просто индикатор, который я подключил и запрограммировал в проекте, чтобы отображать, активен ли нагревательный элемент. Для этого конкретного проекта я использую ЖК-дисплей 16X2 с драйвером I2C, так как он более удобен для новичков в электронике.

4147026289.png

Поскольку на большинство клонов Arduino Nano можно подавать напряжение не более 15 В, не перегружая регулятор AMS1117 5 В, а на нагревательный элемент требуется подать 24 В, для оптимальной работы я использую понижающий преобразователь. Регулятор AMS1117 5V, который есть в большинстве клонов Arduino Nano, имеет падение напряжения 1,5 В, это означает, что входное напряжение с вывода VIN Arduino Nano должно быть 6,5 В (5 В + 1,5 В).

264153528.jpg

2020502737.png1158563169.png

Перед установкой понижающего преобразователя на плату, требуется подстроечным резистором установить выходное напряжение в районе 6,5-7В.

3344836296.jpg4198371192.jpg

2020513961.jpg1158590745.jpg

3465191878.jpg

Устройство можно собрать в любой подходящий корпус. Если есть возможность распечатать корпус на 3D принтере, в конце статьи можно скачать соответствующие файлы.

4092233846.jpg3024810662.jpg

2301287190.jpg990512902.jpg

107622070.jpg1103778918.jpg

2091548118.jpg4277856775.jpg

3281699767.jpg97940067.jpg

951475155.jpg2132156675.jpg

1115031731.jpg4032222371.jpg

Перед компиляцией и загрузке кода в Ардуино убедитесь, что библиотеки Wire.h и LiquidCrystal_I2C.h установлены.

147252330.png

При первом включении паяльной станции не забудьте подстроечным резистором настроить контрастность ЖК-дисплея.

2325120963.jpg3086397043.jpg

900086178.jpg147197970.jpg

416498395.jpg632515435.jpg

Паяльную станцию можно запитать от любого блока питания с выходным напряжением 24В и током 3А. Можно применить блок питания от ноутбука с выходным напряжением 18В и током 2,5А, но время прогрева паяльника увеличиться до 37 с.

Для улучшения теплопроводности рекомендую в паяльное жало Hakko 907 добавить термопасту. Только не забудьте выпустить воздух в течение первых 30 минут работы, так как смазка начнет кипеть и выделять пары. По прошествии 30 минут паста твердеет и становиться похожей на мел. Когда придет время замены наконечника, постукивая молотком по наконечнику, следует аккуратно вытаскивать нагревательный элемент изнутри.

1645416891.jpg1601386507.jpg

Я использую эту паяльную станцию ​​уже почти 5 лет и очень ей доволен!

Дополнительные файлы к статье тут

Расчет импульсного трансформатора

Подписаться на новости
Введите Ваш e-mail

Усилители мощности
Блоки питания
Arduino
Программаторы
Радиоконструкторы
Прочее...