Идея состоит в том, чтобы создать паяльник, который был бы намного легче обычного трансформаторного паяльника, но таким же удобным в использовании. Обычный паяльник мощностью 100 Вт весит с кабелем 768 г, а импульсный паяльник весит вдвое меньше — 344 г, причем в большом корпусе из оргстекла с толщиной стенок 3 мм. Уменьшив толщину стенок, Вы сможете еще больше снизить вес (около 250 г и меньше) и добиться большего комфорта в работе.
Этот инструмент имеет аналогичные функциональные свойства с обычным паяльником, т.е. аналогичную мощность, время прогрева и перерывы в пайке, которые можно уменьшить, добавив вентилятор для охлаждения трансформатора и медных выводов паяльного жала.
Принцип действия импульсного паяльника
Инструмент сделан с применением электронной схемы, подающей прямоугольный сигнал частотой примерно 16 кГц на первичную обмотку трансформатора с ферритовым сердечником Е32, помещенным в корпус WE-1802H. Относительно простая схема устройства, которая, по сути, является импульсным блоком питания, представлена на рисунке.
Такая частота генератора была выбрана для уменьшения влияния паразитных индуктивностей выводов вторичной обмотки, так как на более высокой частоте невозможно было бы получить соответствующий ток нагрева жала, используя столь небольшой трансформатор и переключающие транзисторы.
Ток питания заряжает конденсатор С2, а затем заряжает С3 через резистор R9, ограничивающий ток стабилитрона D5 и диода D6. Напряжение на конденсаторе С3 составляет примерно 32,4 В, пока мы не нажмем кнопку S1. После ее нажатия напряжение с конденсатора С3 поступает на стабилизатор U2, который питает операционный усилитель (ОУ) U1A.
На его выходе присутствует высокий уровень, вызывающий заряд конденсатора С1 через потенциометр R8 и резистор R7. Транзистор Т4 открыт, поэтому напряжение на его коллекторе минимально, и почти все напряжение питания сосредоточено на резисторе R3. Транзистор Т2 заперт, а транзистор Т3 открыт. На его затворе есть напряжение питания, потому что транзистор Т1 закрыт, и на резисторе R5 нет падения напряжения.
При заряде конденсатора С1 до напряжения, превышающего определенное резисторным делителем R6||R12/R13 (8,85 В), на выходе U1A возникнет потенциал, близкий к земле (около 1,4 В для TL072), что приведет к разряду конденсатора С1 (в цепи R7, R8). В результате откроется транзистор Т1, закроется Т4, что, в свою очередь, из-за падения напряжения на R5 вызовет запирание Т3 и открытие Т2.
Низкий уровень на выходе U1A будет сохраняться до тех пор, пока напряжение на неинвертирующем входе U1A не упадет до значения менее 2,23 В. Таким образом, из приведенного описания следует, что схема выдает на выходе U1A переменный прямоугольный сигнал, вызывающий попеременную проводимость транзисторов Т3 и Т2 с добавлением короткого интервала между моментами их проводимости.
Транзисторы Т3 и Т2 поочередно соединяют выводы двух первичных обмоток трансформатора Тr1, соединенных последовательно с землей. Точка их подключения (отвод) соединяется через резистор R16 с плюсом источника питания 325 В. В результате на вторичных обмотках трансформатора возникает переменный прямоугольный сигнал.
Напряжение со вспомогательной обмотки через диоды D1…D4 подается на конденсатор С3 и паяльник при нормальной работе, поскольку тока, ограниченного резистором R9, не хватило бы для питания U1 и транзисторов Т4 и Т5. Благодаря этому удается уменьшить сопротивление резистора R9, чтобы не терять на нем и на слишком мощном стабилитроне, при токе 150 мА, целых 46 Вт. Конденсатор С3 при этом выполняет роль хранения заряда в момент «запуска» устройства при помощи дополнительной вспомогательной обмотки и выпрямительных диодов D1…D4.
Когда мы отпустим кнопку питания, конденсатор С4 разрядится за несколько десятков микросекунд, и цепь U1 перестанет питаться, а транзисторы Т2 и Т3 перестанут проводить ток. Конденсатор С4 имеет функцию защиты от помех, устраняя кратковременные пики напряжения.
Как уже говорилось, С3 накапливает заряд за время запуска схемы до того, как вспомогательная обмотка Тr1 начнет подавать ток на вход стабилизатора U2, и сглаживает это напряжение, позволяя U2 работать корректно. Конденсатор С2 служит для обеспечения напряжения (накопления заряда) для работы трансформатора Тr1 при абсолютном мгновенном значении синусоидального сигнала в электросети ниже 300 В.
Резисторы R4 и R2 ограничивают ток, проводимый транзисторами Т4 и Т1 во время разряда емкости на затвор-исток транзисторов Т3 и Т2. Резисторы R14 и R15 замыкают затворы T3 и T2 на землю, не позволяя им проводить ток, когда мы отпускаем кнопку S1. Резистор R16 ограничивает ток транзисторов Т3 и Т2 в переходных состояниях, т.е. при нажатии и отпускании кнопки S1.
Резисторы R3 и R5 служат для питания затворов транзисторов Т3 и Т2 (насыщая их за достаточно короткое время). Двунаправленные диоды D7 и D8 защищают транзисторы Т3 и Т2 от чрезмерных перенапряжений, которые могут возникнуть между выводами DS транзисторов. Диод D6 защищает диод D5 в случае, если напряжение на С3 превысит 33 В.
Схема может работать без диода D6, если напряжение на С3 во время работы не превышает 33 В. Потенциометр R8 и резистор R7 используются для регулирования времени зарядки и разрядки конденсатора С1 и, следовательно, частоты прямоугольного сигнала, создаваемого U1A.
Резистор R10 образует делитель напряжения с R11, вызывая уменьшение напряжения на базе T4 во время низкого состояния на выходе U1A (для TL072 сигнал низкого уровня на выходе составляет примерно 1,4 В). При использовании интегральной микросхемы LM358P резистор R10, скорее всего, не потребуется, поскольку выходное напряжение ОУ при этом составит 0,6 В. Входящий в структуру микросхемы U1 второй операционный усилитель U1B не используется.
Перечень элементов схемы
Номинальные параметры всех элементов указаны на принципиальной схеме. При этом единый список комплектующих упростит работу.
Резисторы:
- R1, R7, R11 — 4,7 кОм;
- R2, R4 — 47 Ом;
- R3, R5 — 120…150 Ом;
- R6, R13 — 10 кОм;
- R8 — 10 кОм;
- R9 — 75 кОм/2 Вт;
- R10 — 1,8 кОм;
- R12 — 1,5 кОм;
- R14, R15 — 10 кОм;
- R16 — 15 Ом/10 Вт.
Конденсаторы:
- C1 — 2,2 нФ;
- C2 — 100 мкФ/ 350 В;
- C3 — 470 мкФ /35 В;
- C4 — 100 нФ.
Полупроводники:
- D1…D4, D6 — 1N4148;
- D5 — стабилитрон 33 В, например, BZX55C33;
- D7, D8 — двунаправленные диоды, 400 В;
- Br1 — выпрямительный мост, ток нагрузки минимум 4 А, например, KBL10;
- T1 — BC557B;
- T2, T3 — STF3NK80Z или STP5NK80ZFP;
- T4 — BC547B;
- U1 — TL072CP (или LM358P, LM358AN);
- U2 — 7810.
Прочие элементы:
- F1, F2 — предохранитель 2 А;
- два гнезда предохранителя для печатной платы;
- обмоточный провод диаметром 0,3 мм;
- медная пластина толщиной 0,5 мм.
Сборка устройства своими руками
Самая трудная часть работы – изготовление трансформатора. Начнем с намотки первичных обмоток – каждая из них состоит из 4-х слоев провода диаметром 0,3 мм по 288 витков в каждом слое.
Обе обмотки следует пропитать несколькими каплями специального электроизоляционного лака, нанесенного ватной палочкой или кистью по всей площади обеих обмоток. Если лак отсутствует, можно пропиткой не заниматься, но тогда придется учитывать больший риск повреждения обмотки.
Теперь наматываем под вспомогательную обмотку один слой изоляционного материала, например, полоску изоленты шириной 20 мм. Далее выполняем вспомогательную обмотку (22 витка того же провода).
Затем наматываем один рулон тереспановой ленты толщиной 0,25 мм и шириной 20 мм так, чтобы концы изоляционного материала перекрывались (желательно в месте, где жила не проходит рядом с ней, например, со стороны клемм). Таким образом мы обеспечиваем гальваническую развязку первичной обмотки от обмотки, питающей жало паяльника.
Обмотка для жала паяльника представляет собой один виток из двух полосок медной фольги толщиной 0,5 мм и шириной 19,5 мм, отделенных друг от друга полосой из тереспана толщиной 0,15 мм или другого изоляционного материала, устойчивого к температуре не ниже 130°С. Края медных пластинок следует выровнять и обработать после резки. Далее их нужно плотно обжать вокруг катушки трансформатора таким образом, чтобы они не цепляли его сердечник при сборке.
Теперь к обеим сторонам обмотки из медной фольги нужно прикрутить по шесть пластин из той же фольги толщиной 0,5 мм и размерами 50х10 мм. Для этого в сопрягаемых деталях сверлим отверстия и соединяем их винтами М3х10 мм с гайками и шайбами. Пластины 50х10 мм размещаем под углом 90 градусов к обмоткам из фольги.
При этом сопрягаемые детали на каждой клемме чередуются в следующем порядке: две пластины, подключенные к наконечнику, затем пластина обмотки, далее вновь пластина наконечника, и за ней следует изоляционная прокладка (она присутствует между двумя пластинами обмотки), потом вновь пластина наконечника, за ней следует вторая пластина обмотки, и в завершении — две пластины наконечника.
Заводской наконечник (или провод сечением 2,5 мм² вместо него) можно прикрепить винтами М4 с шайбами. Предварительно необходимо просверлить отверстия диаметром 3 мм, нарезать резьбу метчиком М4. Чтобы облегчить заправку проволоки наконечника, сначала зажмите концы пластин и припаяйте их на торце. При нарезании резьбы также рекомендуется удерживать пачку пластин плоскогубцами рядом с отверстиями для винтов. При желании можно прикрутить наконечник винтами и гайками М3 или М4.
Если имеется паяльник мощностью не менее 100 Вт, то пластины, соединяющие обмотки с жалом, можно дополнительно припаять к фольге обмотки, чтобы уменьшить сопротивление соединения между ними. При этом необходимо соблюдать осторожность, чтобы не перегреть обмотку и не расплавить каркас или изоляцию. После установки катушки в сердечник трансформатора ее необходимо обжать и обернуть несколькими слоями канцелярского скотча.
Устройство можно собрать на двухсторонней печатной плате, топология обеих сторон которой представлена на картинках выше. Изготовить плату можно самостоятельно их двустороннего стеклотекстолита. Расположение элементов показано на рисунке ниже.
Сборку начинаем в порядке от самых маленьких элементов (резисторов) к самым большим (электролитический конденсатор, трансформатор, держатели предохранителя, резистор R16). Резисторы R3 и R5 состоят из двух резисторов сопротивлением 68 Ом/0,25 Вт, включенных последовательно из-за высокой мощности рассеивания.
Если у Вас есть резистор мощностью 0,5 Вт, тогда вместо двух можно использовать один резистор сопротивлением 120…150 Ом. На плате, изготовленной без металлизации переходных отверстий, не забудьте припаять концы элементов с обеих сторон.
Запуск и настройка
Внимание!
Будьте особенно осторожны при запуске устройства, подключенного к сети переменного тока 220 В. Лучше всего поручить эту операцию лицу, имеющему допуск к работе с установками до 1000 В. Подключение осциллографа и других приборов следует производить только при отключенном питании переменного тока 220 В.
Кнопку следует соединить с платой проводами подходящей длины, а ее корпус поместить в термоусадочную трубку, чтобы невозможно было задеть контакты кнопки. Во время испытаний все устройство должно быть устойчиво размещено на основании из изоляционного материала, например, картона или непроводящего пластика.
При запуске, как и в большинстве подобных случаев, будет полезна лампочка мощностью 60 Вт/220 В. Подключаем ее последовательно в цепь питания паяльника. Затем установите потенциометр на минимальное значение сопротивления. После подключения схемы к сети переменного тока 220 В лампочка должна мигнуть, а затем погаснуть.
При нажатии на кнопку лампочка должна слегка светиться, а наконечник нагреваться. Если наконечник нагревается, мы можем отключить последовательно включенную лампочку, подать питание непосредственно на разъем и начать уменьшать частоту сигнала, поворачивая потенциометр против часовой стрелки.
При настройке частоты старайтесь установить ее значение так, чтобы во время работы схемы, при холодном наконечнике и после его прогрева был слышен устойчивый тихий звук. В системе не должно быть никаких щелчков или других подозрительных звуков. Обычно они указывают на то, что рабочая частота слишком низкая, и существует риск повреждения транзисторов.
Если мы будем использовать жало с меньшим сечением, оно будет нагреваться быстрее, и весь трансформатор будет нагреваться меньше — это решение может быть полезно при пайке, например, SMD-компонентов. На частоте 16 кГц и при сечении провода наконечника 2,5 мм² получаются следующие результаты:
- время первого нагрева для плавления припоя — 7 секунд;
- время второго цикла после перерыва в 5 секунд — 5 секунд.
Впоследствии время прогрева уменьшается, поскольку выводы наконечника нагреваются и рассеивают меньше тепла. Поэтому после нескольких циклов время разогрева составляет около 3 секунд. На время нагревания жала также влияют следующие обстоятельства:
- тщательность зачистки места контакта наконечника с его выводами;
- сила, с которой он закручен (однако не закручивайте слишком сильно, чтобы не сорвать резьбу);
- с какой силой прижимается вторичная обмотка к выводам жала;
- припаяна ли силовая обмотка жала к пластинам жала.
Мощность, потребляемая импульсным паяльником, составляет примерно 82 Вт, из них на жало приходится примерно 60 Вт. Транзисторы Т3 и Т2 в этом случае работают на пределе своих возможностей, пропуская порой ток до 2,2 А. Смелые люди могут попытаться снизить частоту даже до 10 кГц, но транзисторы Т3 и Т2, а также другие транзисторы и элементы схемы могут быть повреждены. Транзисторы Т3 и Т2 выбраны недорогие с незначительным запасом по нагрузке. Если кому-то требуется больше мощности (более короткое время прогрева), он может использовать транзисторы большей мощности.
После наладки устройства корпус для него можно сделать своими руками из оргстекла толщиной 2…3 мм или поместить его в другой готовый корпус (например, пластиковую трубку).
Loading...
