Регулятор мощности паяльника на микроконтроллере
Содержание:
Несмотря на обилие в продаже китайских паяльников и паяльных станций с регулировкой температуры многие все еще предпочитают пользоваться паяльниками старого типа отечественного производства. Действительно, современные регулируемые паяльники наряду с несомненными достоинствами имеют ряд существенных недостатков: хрупкость, недостаточная надежность, достаточно высокая цена, а так же, нередко, низкая точность регулировки. Кроме того, такие паяльники мощностью 60 – 100 Вт большая редкость, а иногда требуется паять достаточно массивные детали. Как бы то ни было, но до сих пор немало тех, что пользуются старыми советскими (российскими) паяльниками, добротными с медным жалом. Однако часто требуется, чтобы мощность и температура паяльника регулировались. Ведь кроме необходимости разных работ, в большинстве местностей очень нестабильное сетевое напряжение, как правило, заниженное. Простая регулировка мощности паяльника, например диммером, только понижает входное напряжение, а значит и мощность. Но на практике чаще наблюдается именно заниженное сетевое напряжение.
Для решения указанных задач было разработано устройство для питания стандартного паяльника, предназначенного для работы от 220В. Данное устройство, конечно же не превращает простой паяльник в полноценную паяльную станцию, но значительно повышает удобство пользования оным, предоставляя следующие возможности:
— плавная регулировка напряжения питания паяльника с возможностью цифровой индикации как напряжения, так и выходной мощности;
— удобное управление с помощью двух кнопок;
— возможность как понижения, так и повышения исходного сетевого напряжения;
— поддержание установленных выходных значений при изменении сетевого напряжения в широких пределах;
— форсированный начальный разогрев повышенной мощностью с возможностью регулирования длительности и напряжения этого процесса;
— регулируемое время автовыключения при отсутствии воздействия на органы управления;
— всевозможные защиты от разного рода аварийных ситуаций и выхода входного напряжения и выходного тока за допустимые пределы;
— возможность установки индикатора как с ОА, так и с ОК без всяких других манипуляций;
— малые габариты и вес.
Основные технические характеристики устройства.
Напряжение питания (переменное, Вольт) ………………………. 150 – 250
Стабилизированное выходное напряжение (среднеквадратичное, Вольт) …. 50 – 250
Максимальная мощность используемого паяльника (Вт) …………………… 99
Способ регулирования выходного напряжения ……………………………… ШИМ
Частота выходного напряжения (Герц) ………………………………………. 240
Напряжение форсированного разогрева (Вольт) ……………………………..150 – 250
Время форсированного разогрева (сек.) ……………………………………. 0 – 250
Период отключения без воздействия на кнопки (часов) …………………….. 0.5 – 9.5
Точность поддержания выходного напряжения не хуже:
— для PIC16F73 (%) ……….. 3
— для PIC16F873A (%) ……. 2
Время срабатывания защиты от КЗ в нагрузке не более (мкс) ……………. 200
Перейдем теперь к рассмотрению работы принципиальной схемы.
Собственно паяльник подключен к напряжению примерно 300 Вольт через MOSFET транзистор VT2 типа IRF840, на затвор которого через транзистор VT1 поступает ШИМ сигнал с порта RC2 микроконтроллера (МК) PIC16F73. Данный МК выбран из-за его дешевизны и доступности при достаточных количестве портов и функционалу. У него два основных недостатка: отсутствие памяти EEPROM и лишь 8-разрядный АЦП. Первый преодолен использованием дополнительной микросхемы энергонезависимой памяти (для проверки прибор временно можно включать без него – тогда начальными будут значения по умолчанию), что же касается разрядности АЦП, то в данном применении ее вполне достаточно. Впрочем, МК безболезненно можно заменить на PIC16F873A, лишенный этих недостатков, с некоторым улучшением параметров прибора — прошивка прилагается и для него.
Принцип работы прибора состоит в том, что с помощью кнопок S1 и S2 выбирается требуемое напряжение, а программа вычисляет необходимую скважность ШИМ сигнала внутреннего модуля CCP, включенного в режиме ШИМ так, чтобы при амплитуде импульсов, равном амплитуде сетевого напряжения, на паяльнике действовало требуемое среднеквадратичное напряжение. Транзистор VT1 служит для увеличения открывающего напряжения на затвор VT2 с 5В до 12В. Цепочка R18, VD1 защищает VT1 и остальную часть схемы в случае пробоя VT2. Низкая используемая частота переключения транзистора позволила обойтись без специального усилителя (драйвера) для перезарядки входной емкости VT2 при приемлемом температурном режиме последнего.
Напряжение с резистора R23, пропорциональное току паяльника, поступает на вход AN1 МК. Посредством же входа AN0 МК измеряет высокое входное (примерно равное амплитудному сетевому) напряжение через цепочку R25, R26, R27, C9, R31. Верхнее плечо делителя составлено из двух резисторов для защиты от случайного пробоя одного из них.
На DA1 и R12 организовано опорное напряжение системы АЦП МК. Четырехразрядный светодиодный индикатор подключен к МК непосредственно разрядными выводами и через токоограниченные резисторы — сегментными. Порядок подключения сегментных выводов к портам МК выбран исходя из удобства “разводки” печатной платы. При включении прибора программа определяет тип индикатора (ОА или ОК) с помощью сигнала, поступающего на вход AN2 через R3 посредством специального алгоритма, в соответствии с которым подается положительный потенциал через штатный токоограничивающий резистор на один из сегментов при “нуле” на одном из разрядов, и по падению напряжения делается вывод о том, прямое или обратное включение светодиода получилось. Индикация организована динамическая, в прерываниях от таймера TMR0 с интервалом 4 мс. Частота ДИ равна примерно 63 Гц. Элементы X1, C3, C4 используются в тактовом генераторе МК. Внешняя EEPROM типа 24С02 подключена к портам RC3 и RC4, посредством которых организована программно шина I2C. Резисторы R13 и R14 “подтягивают” шину I2C к +5В. Они должны быть установлены даже при тестировании без DD2, иначе программа “зависнет”!
В дополнение к программному контролю превышения предельных напряжения и тока, прибор имеет еще и аппаратные средства защиты от аварийных ситуаций. Эти цепи собраны на управляемых стабилитронах TL431A DA3 и DA4, включенных в данном случае в режиме компаратора. На DA4 и элементах C8, R28-R30 собрана быстродействующая схема защиты от короткого замыкания в нагрузке. При превышении током паяльника максимального значения более чем на 30%, потенциал на входе RB7 сменяется с высокого на низкий. С данного входа активировано прерывание по изменению уровня, поэтому вышеизложенное событие активирует прерывание и прибор переходит в режим защиты через время менее 200 мкс. Так как ток VT2 еще ограничен в пределах 2-2.5 А резистором R23, благодаря вышеуказанной защите он (VT2) уцелеет с большой долей вероятности. На элементах DA3, R20, R21, C7, R24, VD3 и VD4 организована схема защиты от чрезмерного снижения напряжения питания +12В при низком сетевом напряжении. Такое снижение может привести к недостаточному напряжению открывания на затворе VT2, его перегреву и выходу из строя. При величине этого напряжения ниже 10В, нормально открытый DA3 закрывается, высокий уровень с его катода через диоды VD3 и VD4 воздействует на вход МК, программа интерпретирует это как аварийное превышение сетевого напряжения и прибор переходит в режим защиты. При входном напряжении, близком к нижнему пределу, на резисторе R27 будет примерно 1.2 Вольта. На катоде открытого DA1 при нормальной работе присутствуют 1.8 – 2 Вольта. Разность этих напряжений могла бы открыть один кремниевый диод, поэтому применена цепочка из двух диодов для исключения воздействия напряжения катода DA3 на измерительную цепь в рабочем режиме. Номиналы резисторов R20 и R21 могут отличаться от указанных на схеме не более чем на 1%, иначе, возможны ложные срабатывания защиты либо отсутствие таковой!
Микроконтроллер и микросхема DD2 питаются через интегральный стабилизатор типа 78L05 DA2.
Блок питания прибора собран по классической схеме: низковольтная часть состоит из сетевого трансформатора, диодного моста, фильтрующих конденсаторов и стабилизатора типа 7812, а высокое напряжение получено путем непосредственного выпрямления и сглаживания сетевого напряжения. Терморезистор 5D-11 ограничивает бросок тока при включении из-за зарядки достаточно существенной емкости С2.
Все детали устройства собраны на двух печатных платах, далее будем их называть плата управления и плата блока питания. Они выполнены из стеклотекстолита с односторонней металлизацией, размерами соответственно 50мм на 60мм и 50мм на 90мм. На плате управления размещены все детали, изображенные на первой схеме, за исключением сильноточных и высоковольтных частей схемы (элементы VT2, VD2, R22, R23, R25, R26 расположены на плате БП). Все SMD резисторы и конденсаторы применены типономинала 0802. Выводные резисторы – мощностью 0.125 Вт, кроме R23 (2 Вт) и R25, R26 (0.5 Вт). Микросхемы DD1, DD2 установлены на панельках. Микросхему 24С02 можно заменить на более емкие 24С04 либо 24С08. При использовании контроллера PIC16F873A (прошивка для этого МК так же прилагается), элементы DD2, R13, R14 не нужно устанавливать. Кнопки – тактовые, высотой 15 мм. VT2 установлен с небольшим радиатором из медной или алюминиевой пластины размерами 12 мм на 40 мм и толщиной 1 мм, согнутой в виде буквы “П”. В этой позиции можно применить IRF740, но у него ниже допустимое напряжение. Стабилитроны VD1, VD2 – любые на напряжение 12 – 15 В, VT1 – любой из серии КТ3102, диоды 1N4148 можно заменить отечественными серий КД521, КД522. Индикатор подойдет FYQ3641 с любой буквой. Резисторы R20 и R21 обязательно должны быть с допуском не хуже 1%! TL431 можно везде использовать без буквы, но параметры их будут чуть хуже.
Детали следует впаивать в следующей последовательности: сначала SMD, потом перемычки, далее колодки для микросхем и остальные детали. На плате БП терморезистор в крайнем случае можно заменить резистором 3 Ома на 5 Вт, диодные мосты – собрать из диодов серии 1N1007. Сетевой трансформатор при входном напряжении 220 В должен выдавать на выходе без нагрузки15-16 В переменного напряжения. Неплохо подходит трансформатор от блока питания польской антенны с усилителем, называемой в народе “сетка”.
Соединения между платами – разъемное, можно использовать любые подходящие разъемы “провод – плата” с шагом 2.5 мм. Провода от сети и паяльника подключаются к плате БП при помощи винтовых разъемов. Ниже изображены соответственно чертеж рисунка проводников, вид на детали со стороны металлизации и обратной стороны платы управления, а так же рисунок платы и расположение деталей платы БП.
Внешний вид печатных плат устройства. Небольшие расхождения между чертежами и фотографиями плат объясняются последующим улучшением конструкции и оптимизацией рисунков плат. На чертежах – последние версии.
Конструктивно устройство размещено внутри корпуса от удлинителя на 4 розетки. В нем оставлена одна розетка, а все остальное место использовано для размещения двух печатных плат устройства. Мешающие части вырезаны лобзиком, а на образовавшийся сверху вырез прикручена декоративная пластина из пластмассы с отверстиями для кнопок и окном для индикатора, который заклеен красным прозрачным оргстеклом.
Внимание! Все детали устройства гальванически соединены с сетью 220В! Конструкция прибора должна исключать возможность прикосновения к деталям – корпус из изоляционного материала и т.д. Особенно следует проследить, чтобы под напряжением не оказались элементы крепежа плат, которые доступны снаружи корпуса.
Программа для микроконтроллера написана на языке Си и оттранслирована в среде MikroC. К статье прилагаются проект, код на Си и прошивка-HEX для обоих упомянутых ранее контроллеров.
Правильно без ошибок собранное устройство не требует налаживания и начинает работать сразу при условии точного соблюдения номиналов деталей. Только желательно произвести программную калибровку, описанную ниже.
Рассмотрим теперь подробно работу с устройством. После подключения прибора к сети, прежде всего, происходит автоматическое определение типа индикатора и считывание данных с энергонезависимой памяти (EEPROM). Затем на индикаторе высвечивается на 1с знак “U”. В это время происходит плавный рост выходного напряжения до начального значения, считанного из EEPROM. Это значение обычно устанавливается больше номинального, для форсированного нагрева паяльника, и действует в течении времени от 30 с до 4 мин. И напряжение и время его действия можно менять в настройках, после чего они сохраняются в EEPROM. Форсированный нагрев подтверждается миганием всех знаков индикатора, где в данный момент высвечивается текущее значение напряжения или мощности, в зависимости от последнего режима до выключения. Форсированный режим можно прервать, не дожидаясь указанного времени, путем нажатия любой из двух кнопок.
После этого индикатор перестает мигать, что означает начало основного режима работы прибора. Здесь, как и ранее, прибор показывает выходные напряжение или мощность. При коротком нажатии на две кнопки одновременно, на экране высвечивается “U__P” с миганием знака “U” или “P”, в зависимости от текущего режима. Нажатием кнопок “+” и “-“ можно менять мигающий знак. По истечении 8 с без нажатия кнопок, либо при коротком нажатии двух кнопок одновременно, прибор переходит в основной режим с индикацией напряжения или мощности, в зависимости от нашего выбора, он (выбор) так же сохраняется в памяти и при следующем включении прибор продолжит работать в этом режиме. Напряжение прибор индицирует с разрешением в 1В, а мощность – 0.1 Вт. Мощность вычисляется реальная, исходя из напряжения и замеряемого тока потребления.
В основном режиме, при нажатии левой или правой (S1 и S2 согласно схемы на рис.1) кнопки, соответственно уменьшается или увеличивается напряжение на индикаторе на единицу (при индикации мощности вычисляется соответственно новое значение). При длительном (3 с) нажатии кнопки значение меняется автоматически с частотой 0.5 Гц. Такое действие кнопок (имеется в виду характер воздействия на значение, имеющееся на данный момент на индикаторе) сохраняется во всех режимах работы прибора. При достижении предельных значений напряжения 50 или 250 В, значения дальше не меняются и мигает знак “U” или “P”. При очень низком сетевом напряжении возможен случай, когда выходное напряжение не может достичь требуемого значения даже при максимальном коэффициенте заполнения выходных импульсов, ведь амплитудным значением ШИМ сигнала является выпрямленное и сглаженное конденсатором сетевое напряжение (Ua = U
* 1.41), и оно может быть меньше 250 Вольт. В этом случае, после достижения максимально возможного значения (скважность стала равной 1), начинает мигать знак режима, а при отпускании кнопки, показания возвращаются к максимально возможному напряжению, а индикатор перестает мигать. Напряжение не растет по нажатию правой кнопки (хоть даже оно еще меньше 250 В) так же в случае, если при текущем напряжении уже достигнута предельная мощность в 99 Вт. Это может происходить при подключенном паяльнике большой мощности (более 80 Вт).
При любых изменениях сетевого напряжения, прибор вычисляет новое значение скважности импульсов так, что среднеквадратичное значение выходного напряжения равно установленному на индикаторе, стабилизируя напряжение, а значит и мощность паяльника.
Если удерживать нажатыми обе кнопки в течении 4 с, то прибор переходит в режим изменения настроек. При нажатиях кнопок на индикаторе сменяются следующие значения:
— “FSt.U” – напряжение форсированного старта (меняется в пределах 150 – 250В).
— “FSt.t” — время форсированного старта в секундах (30 – 250с).
— “t.oFF” – время до отключения нагрузки при отсутствии воздействия на кнопки в часах (0.5 – 9.5 ч).
— “CALI” – калибровка измерения напряжения и тока.
Непосредственно в конкретный режим настройки можно перейти коротким нажатием обеих кнопок. Во время настройки мигает первый слева знак индикатора. Выход – так же или ничего не делать в течении 8 с.
Про режим форсированного старта уже было сказано. Рассмотрим остальные два. Отключение нагрузки происходит в целях пожарной безопасности по истечении установленного времени. При этом, на индикаторе мигает надпись “OFF” и на нагрузку не подается напряжение. При нажатии любой кнопки прибор возвращается в обычный режим работы с прежними данными.
Калибровка
При попадании в этот режим, на индикаторе появляется мигающая надпись “t.oFF” – turn off, что означает необходимость извлечения вилки паяльника из гнезда прибора. После этого (прибор сам определяет, что паяльник отключен) выводы розетки прибора для подключения паяльника подключаются к “сетевому” конденсатору (С2 по схеме на рис.2), и на индикаторе высвечивается напряжение на нем. В гнезда розетки прибора следует подключить щупы образцового вольтметра и кнопками установить на индикаторе рассматриваемого устройства значение, как можно ближе к показаниям образцового вольтметра. Затем, нужно сохранить это значение коротким нажатием обоих кнопок одновременно либо просто ожидая индикацию следующего этапа. Внимание! Если воткнуть вилку паяльника в розетку прибора до этого, прибор перейдет в обычный режим без сохранения установленного значения. После сохранения калибровочного значения напряжения, на экране появляется мигающая надпись “t_on” – turn on, что означает необходимость подключения паяльника к устройству. Предварительно надо по точнее измерить его (паяльника) сопротивление. На индикаторе будет вычисленное прибором значение сопротивления. Кнопками надо установить значение, наиболее близкое к ранее измеренному, и сохранить одновременным нажатием кнопок либо ожиданием 16 с. Следует отметить, что при смене паяльника нет необходимости повторять калибровку, но она точнее получается с более мощным паяльником. Для исключения погрешности калибровки из-за колебаний температуры нагревателя, а значит, и его сопротивления (хоть ТКС нихрома и невелик), калибровку следует производить сразу при включении холодного паяльника, прервав форсированный нагрев и сразу перейдя в этот режим. Собственно во время калибровки тока (установки сопротивления) на паяльнике действует в среднем не более 10 В, а значит существенного нагрева его на происходит.
При включении прибора в сеть, считываются из EEPROM следующие параметры: время форсированного старта, напряжение форсированного старта, калибровочные константы для тока и напряжения, режим индикации (напряжение или мощность), последнее до выключения значение выходного напряжения, но с нижеследующей оговоркой. Это значение сохраняется только по истечении 10 минут после его изменения (нажатия кнопок). Сделано это для исключения запоминания кратковременных изменений мощности для работ, которые больше не требуются. Сохраняя значение спустя 10 минут, запоминается только установившееся напряжение, которое выбирает пользователь. При самом первом включении, либо при сбоях в EEPROM, загружаются значения по умолчанию, которые при первом включении еще и сохраняются в памяти.
Прибор имеет развитую систему защиты от перегрузки, как по току, так и по напряжению, которые рассмотрены выше. При срабатывании защиты, устройство полностью обесточивает нагрузку и выводит на индикатор мигающее сообщение о причине перегрузки: “I.out” – аномальный выходной ток, либо “U_In” – аномальное входное напряжение. Вывести устройство из этого состояния можно лишь полным отключением питания.
В заключение следует отметить, что питание паяльника импульсами с крутыми фронтами, тем более частотой 240 Гц, увеличивает вероятность пробоя паяемых деталей наводками от сети через емкость между корпусом и нагревателем, из-за чего очень желательно заземление корпуса паяльника. Впрочем, данное утверждение можно отнести ко всем импульсным регуляторам, включая тиристорные (диммеры).
Практика показала, что для четкого срабатывания защиты от КЗ, необходимо ограничить скорость нарастания выходного тока установкой последовательно с нагрузкой (паяльником) дросселя с индуктивностью 100-150 мкГн и, обязательно, с незамкнутым сердечником. Я намотал его на стержне из феррита размерами 6 х 6 х 30 мм — 50 витков проводом 0.55 мм. Размеры позволяют легко разместить его в корпусе прибора.
Моделей паяльников в магазинах множество — от дешёвых китайских до дорогих, со встроенным регулятором температуры, продаются даже паяльные станции.
Другое дело, нужна ли та же станция, если подобные работы нужно выполнять раз в год, а то и реже? Проще купить недорогой паяльник. А у кого-то дома сохранились простые, но надёжные советские инструменты. Паяльник, не оснащённый дополнительным функционалом, греет на полную, пока вилка в сети. А отключённый, быстро остывает. Перегретый паяльник способен испортить работу: им становится невозможно прочно припаять что-либо, флюс быстро испаряется, жало окисляется и припой скатывается с него. Недостаточно нагретый инструмент и вовсе может испортить детали — из-за того что припой плохо плавится, паяльник можно передержать впритык к деталям.
Чтобы сделать работу комфортнее, можно собрать своими руками регулятор мощности, который ограничит напряжение и тем самым не даст жалу паяльника перегреваться.
Регуляторы для паяльника своими руками. Обзор способов монтажа
В зависимости от вида и набора радиодеталей, регуляторы мощности для паяльника могут быть разных размеров, с разным функционалом. Можно собрать как небольшое простое устройство, в котором нагрев прекращается и возобновляется нажатием кнопки, так и габаритное, с цифровым индикатором и программным управлением.
Возможные виды монтажа в корпус: вилка, розетка, станция
В зависимости от мощности и задач регулятор можно поместить в несколько видов корпуса. Самый простой и довольной удобный — вилка. Для этого можно использовать зарядное устройство для сотового телефона или корпус любого адаптера. Останется только найти ручку и поместить её в стенке корпуса. Если корпус паяльника позволяет (там достаточно места), можно разместить плату с деталями в нём.
Другой вид корпуса для несложных регуляторов — розетка. Она может быть как одинарной, так и представлять собой тройник-удлинитель. В последнем можно очень удобно поставить ручку со шкалой.
Вариантов монтажа регулятора с индикатором напряжения тоже может быть несколько. Все зависит от сообразительности радиолюбителя и фантазии. Это может быть как очевидный вариант — удлинитель с вмонтированным туда индикатором, так и оригинальные решения.
Собрать можно даже подобие паяльной станции, установить на ней подставку для паяльника (её можно купить отдельно). При монтаже нельзя забывать о правилах безопасности. Детали нужно изолировать — например, термоусадочной трубкой.
Варианты схем в зависимости от ограничителя мощности
Регулятор мощности можно собрать по разным схемам. В основном различия состоят в полупроводниковой детали, приборе, который будет регулировать подачу тока. Это может быть тиристор или симистор. Для более точного управления работой тиристора или симистора в схему можно добавить микроконтроллер.
Можно сделать простейший регулятор с диодом и выключателем — для того чтобы оставить паяльник в рабочем состоянии на какое-то (возможно, длительное) время, не давая ему ни остывать, ни перегреваться. Остальные регуляторы дают возможность задать температуру жала паяльника более плавно — под различные нужды. Сборка устройства по любой из схем производится схожим способом. В фотографиях и видеороликах приведены примеры того, как можно собрать регулятор мощности для паяльника своими руками. На их основе можно сделать прибор с нужными лично вам вариациями и по собственной схеме.
Тиристор — своеобразный электронный ключ. Пропускает ток только в одном направлении. В отличие от диода у тиристора 3 выхода — управляющий электрод, анод и катод. Открывается тиристор посредством подачи импульса на электрод. Закрывается при смене направления или прекращении подачи проходящего через него тока.
Симистор, или триак — вид тиристора, только в отличие от этого прибора, двусторонний, проводит ток в обоих направлениях. Представляет собой, по сути, два тиристора, соединённые вместе.
В схему регулятора мощности для паяльника — зависимости от его возможностей — включают следующие редиодетали.
Резистор — служит для преобразования напряжения в силу тока и обратно. Конденсатор — основная роль этого прибора в том, что он перестаёт проводить ток, как только разряжается. И начинает проводить вновь — по мере того как заряд достигает нужной величины. В схемах регуляторов конденсатор служит для того, чтобы выключить тиристор. Диод — полупроводник, элемент, который пропускает ток в прямом направлении и не пропускает в обратном. Подвид диода — стабилитрон — используется в устройствах для стабилизации напряжения. Микроконтроллер — микросхема, при помощи которой обеспечивается электронное управление устройством. Бывает разной степени сложности.
Схема с выключателем и диодом
Такой тип регулятора самый простой в сборке, с наименьшим количеством деталей. Его можно собирать без платы, на весу. Выключатель (кнопка) замыкает цепь — на паяльник подаётся всё напряжение, размыкает — напряжение падает, температура жала тоже. Паяльник при этом остаётся нагретым — такой способ хорош для режима ожидания. Подойдёт выпрямительный диод, рассчитанный на ток от 1 Ампера.
Сборка двухступенчатого регулятора на весу
- Подготовить детали и инструменты: диод (1N4007), выключатель с кнопкой, кабель с вилкой (это может быть кабель паяльника или же удлинителя — если есть страх испортить паяльник), провода, флюс, припой, паяльник, нож.
- Зачистить, а потом залудить провода.
- Залудить диод. Припаять провода к диоду. Удалить лишние концы диода. Надеть термоусадочные трубки, обработать нагревом. Можно также использовать электроизоляционную трубку — кембрик. Подготовить кабель с вилкой в том месте, где удобнее будет крепить выключатель. Разрезать изоляцию, перерезать один из находящихся внутри проводов. Часть изоляции и второй провод оставить целыми. Зачистить концы разрезанного провода.
- Расположить диод внутри выключателя: минус диода — к вилке, плюс — к выключателю.
- Скрутить концы разрезанного провода и проводов, подсоединённых к диоду. Диод должен находиться внутри разрыва. Провода можно спаять. Подключить к клеммам, затянуть винты. Собрать выключатель.
Регулятор с выключателем и диодом — пошагово и наглядно
Регулятор на тиристоре
Регулятор с ограничителем мощности — тиристором — позволяет плавно устанавливать температуру паяльника от 50 до 100%. Для того чтобы расширить эту шкалу (от нуля до 100%), в схему нужно добавить диодный мост. Сборка регуляторов и на тиристоре, и на симисторе совершает сходным образом. Метод можно применить для любого устройства такого типа.
Сборка тиристорного (симисторного) регулятора на печатной плате
- Сделать монтажную схему — наметить удобное расположение всех деталей на плате. Если плата приобретается — монтажная схема идёт в комплекте.
- Подготовить детали и инструменты: печатную плату (её нужно сделать заранее согласно схеме или купить), радиодетали — см. спецификацию к схеме, кусачки, нож, провода, флюс, припой, паяльник.
- Разместить на плате детали согласно монтажной схеме.
- Откусить кусачками лишние концы деталей.
- Смазать флюсом и припаять каждую деталь — сначала резисторы с конденсаторами, потом — диоды, транзисторы, тиристор (симистор), динистор.
- Подготовить корпус для сборки.
- Зачистить, залудить провода, припаять к плате согласно монтажной схеме, установить плату в корпус. Заизолировать места соединения проводов.
- Проверить регулятор — подключить к лампе накаливания.
- Собрать устройство.
Схема с маломощным тиристором
Тиристор небольшой мощности недорогой, занимает мало места. Его особенность — в повышенной чувствительности. Для управления им используются переменный резистор и конденсатор. Подходит для устройств мощностью не более 40 Вт.
Спецификация
| Название | Обозначение | Вид/Номинал |
| Тиристор | VS2 | КУ101Е |
| Резистор | R6 | СП-04 / 47К |
| Резистор | R4 | СП-04 / 47К |
| Конденсатор | С2 | 22 мф |
| Диод | VD4 | КД209 |
| Диод | VD5 | КД209 |
| Индикатор | VD6 |
Схема с мощным тиристором
Управление тиристором осуществляется за счёт двух транзисторов. Уровень мощности регулирует резистор R2. Регулятор, собранный по такой схеме, рассчитан на нагрузку до 100 Вт.
Спецификация
| Название | Обозначение | Вид/Номинал |
| Конденсатор | C1 | 0,1 мкФ |
| Транзистор | VT1 | КТ315Б |
| Транзистор | VT2 | КТ361Б |
| Резистор | R1 | 3,3 кОм |
| Резистор переменный | R2 | 100 кОм |
| Резистор | R3 | 2,2 кОм |
| Резистор | R4 | 2,2 кОм |
| Резистор | R5 | 30 кОм |
| Резистор | R6 | 100 кОм |
| Тиристор | VS1 | КУ202Н |
| Стабилитрон | VD1 | Д814В |
| Диод выпрямительный | VD2 | 1N4004 или КД105В |
Сборка тиристорного регулятора по приведённой схеме в корпус — наглядно
Сборка и проверка тиристорного регулятора (обзор деталей, особенности монтажа)
Схема с тиристором и диодным мостом
Такое устройство даёт возможность регулировки мощности от нуля до 100%. В схеме использован минимум деталей.
Спецификация
| Название | Обозначение | Вид / Номинал |
| Резистор | R1 | 42 кОм |
| Резистор | R2 | 2,4 кОм |
| Конденсатор | C1 | 10 мк х 50 В |
| Диоды | VD1-VD4 | КД209 |
| Тиристор | VS1 | КУ202Н |
Регулятор на симисторе
Схема регулятора на симисторе с небольшим количеством радиодеталей. Позволяет регулировать мощность от нуля до 100%. Конденсатор и резистор обеспечат чёткую работу симистора — он будет открываться даже при низкой мощности.
| Название | Обозначение | Вид/Номинал |
| Конденсатор | C1 | 0,1 мкФ |
| Резистор | R1 | 4,7 кОм |
| Резистор | VR1 | 500 кОм |
| Динистор | DIAC | DB3 |
| Симистор | TRIAC | BT136–600E |
| Диод | D1 | 1N4148/16 B |
| Светодиод | LED |
Сборка симисторного регулятора по приведённой схеме пошагово
Регулятор на симисторе с диодным мостом
Схема такого регулятора не очень сложная. При этом варьировать мощность нагрузки можно в довольно большом диапазоне. При мощности более 60 Вт лучше посадить симистор на радиатор. При меньшей мощности охлаждение не нужно. Метод сборки такой же, как и в случае с обычным симисторным регулятором.
Регулятор мощности с симистором на микроконтроллере
Микроконтроллер позволяет точно установить и отобразить уровень мощности, обеспечить автоматическое отключение регулятора, если с ним долго не работают. Способ монтажа такого регулятора существенно не отличается от монтажа любого симисторного регулятора. Паяется на печатной плате, которая изготавливается предварительно. Очень важно поставить правильную прошивку.
Спецификация
| Название | Обозначение | Вид/Номинал |
| Конденсатор | C1 | 0.47 мкФ |
| Конденсатор | C2 | 1000 пФ |
| Конденсатор | C3 | 220 В х 6.3 мкФ |
| Резистор | R1 | 22 кОм |
| Резистор | R2 | 22 кОм |
| Резистор | R3 | 1 кОм |
| Резистор | R4 | 1 кОм |
| Резистор | R5 | 100 Ом |
| Резистор | R6 | 47 Ом |
| Резистор | R7 | 1 МОм |
| Резистор | R8 | 430 кОм |
| Резистор | R9 | 75 Ом |
| Симистор | VS1 | BT136–600E |
| Стабилитрон | VD2 | 1N4733A (5.1v) |
| Диод | VD1 | 1N4007 |
| Микроконтроллер | DD1 | PIC 16F628 |
| Индикатор | HG1 | АЛС333Б |
Рекомендации по проверке и наладке
Перед монтажом собранный регулятор можно проверить мультиметром. Проверять нужно только с подключённым паяльником, то есть под нагрузкой. Вращаем ручку резистора — напряжение плавно изменяется.
В регуляторах, собранных по некоторым из приведённых здесь схем, уже будут стоять световые индикаторы. По ним можно определить, работает ли устройство. Для остальных самая простая проверка — подключить к регулятору мощности лампочку накаливания. Изменение яркости наглядно отразит уровень подаваемого напряжения.
Регуляторы, где светодиод находится в цепи последовательно с резистором (как на схеме с маломощным тиристором), можно наладить. Если индикатор не горит, нужно подобрать номинал резистора — взять с меньшим сопротивлением, пока яркость не будет приемлемой. Слишком большой яркости добиваться нельзя — сгорит индикатор.
Как правило, регулировка при правильно собранной схеме не требуется. При мощности обычного паяльника (до 100 Вт, средняя мощность — 40 Вт) ни один из регуляторов, собранных по вышеприведённым схемам, не требует дополнительного охлаждения. Если паяльник очень мощный (от 100 Вт), то тиристор или симистор нужно установить на радиатор во избежание перегрева.
Регулятор мощности для паяльника можно собрать своими руками, ориентируясь на собственные возможности и потребности. Существует немало вариантов схем регулятора с различными ограничителями мощности и разными средствами управления. Здесь приведены некоторые, самые простые из них. А небольшой обзор корпусов, в которые можно смонтировать детали, поможет выбрать формат устройства.
PIC16F628A
MAC15
MOC3020
Update. Обратите внимание, что прошивка из этого поста — не самая свежая. Лучше брать прошивку из поста "Снова о регуляторе мощности. Универсальная прошивка для любого включения светодиодов".
- 20 уровней регулировки с запоминанием уровня
- фазовое управление мощностью
- линейная регулировка мощности (не фазы)
- наличие режима форсированного разогрева в течении 5 или 10 минут
- плавное включение нагрузки
- автоматическое отключение нагрузки через 30 мин
- наличие режима без отключения нагрузки
- линейная шкала на светодиодах
- управление мощностью и выбор режимов осуществляется двумя кнопками
- в схеме использован микропроцессор PIC16F628A.
Принципиальная схема контроллера
Перечень элементов
| Обозначение | Номинал | Примечание |
|---|---|---|
| C1 | 1n | |
| C2 | 10µ x 10V | |
| C3 | 1n | |
| C4 | 1n | 600V |
| C5 | 100n | |
| DA1 | PC817 | |
| DA2 | MOC3020 | MOC3020-MOC3023 |
| DD1 | PIC16F628A | |
| R1 | 2k2 | |
| R2 | 220k | |
| R3 | 220k | |
| R4 | 1k | |
| R5 | 22k | |
| R6 | 220 | |
| R7 | 39 | |
| R8 | 220 | |
| R9 | 220 | |
| R10 | 220 | |
| R11 | 220 | |
| R12 | 220 | |
| R13 | 220 | |
| R14 | 220 | |
| R15 | 220 | |
| R16 | 220 | |
| R17 | 220 | |
| R18 | 220 | |
| R19 | 220 | |
| VD1 | 1N4148 | |
| VD2 | 1N4148 | |
| VD3 | 1N4148 | |
| VD4 | 1N4148 | |
| VD5 | 1N4148 | |
| VS1 | MAC15N | MAC16N |
| VT1 | 2SC828 |
Благодаря наличию оптронов цифровая часть гальванически развязана с сетью, но, тем не менее, в схеме присутствует высокое напряжение , поэтому при повторении конструкции необходимо соблюдать технику безопасности!
Осцилограммы на выводах процессора.
Смещение импульсов друг относительно друга на осцилограмме соответствует второй ступени регулировки мощности (горит 1 светодиод)
Ширина импульса на RA4 около 170uS, на RB3 около 1.5mS
Прошивка
Обратите внимание , что более свежая и функциональная прошивка есть здесь
Правильно выставленные фьюзы — залог успеха:
CONFIG = 0x2150
или CONFIG = 0x3F50 (если считать неопределенные биты 9-12 за "1")
| CP | — | — | — | — | CPD | LVP | BOREN | MCLRE | FOSC2 | !PWRTE | WDTE | FOSC1 | FOSC0 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | x | x | x | x | 1 | 1 | 1 |
Для прользователей IC-PROG установка фьюзов должна выглядеть так (сам не проверял, подтвердите или поправьте в комментах кто пробовал)
FOSC = 100 (INTOSC internal oscillator: I/O function on RA6/OSC2/CLKOUT pin, I/O function on RA7/OSC1/CLKIN)
WDTE = (WDT. Disabled)
PWRTE = (Power-up Timer Enable bit. Enabled)
MCLRE = (RA5/MCLR Pin Function Select bit. RA5/MCLR is digital I/O)
LVP = (Low Voltage Programming Enable bit. RB4/PGM is digital I/O, Low Voltage Programming is off)
Как и любая цифровая схема, данный регулятор не нуждается в налаживании, и в случае правильной сборки и исправных деталей начинает работать сразу. Но, как оказалось, это только в теории. На практике бывает, что контроллер в лучшем случае не работает вообще, и в этом случае проблему отыскать сравнительно легко. Это или фьюзы неверно выставлены, ошибка в монтаже или еще что-то подобное, глобальное.
Гораздо хуже, когда процессор вроде работает, есть индикация, но в нагрузке творится что-то непонятное. В таком случае очень полезно посмотреть осциллограммы на входах и выходах процессора RA4 и RB3.
К сожалению, не у всех под рукой есть осциллограф. С расчетом именно на такой случай я добавляю тестовую прошивку, которая позволит определить, есть ли на входе RB3 сигнал с частотой 100Гц с детектора нуля.
Прошивка
Данная прошивка предназначена только для указанной цели, больше ничего она не делает. Фьюзы для этой прошивки такие-же, как и для основной прошивки. Она работает с рассчетом, что используется внутренний тактовый генератор на 4MHz. Результат работы выводится на светодиодный индикатор.
Значения отдельных светодиодов индикатора указаны на рисунке ниже:
Фактически индикаторы означают следующее:
0-20 Hz — импульсов скорее всего нет вообще
108 Hz — импульсы следуют слишком часто
Возможна ситуация, когда горит одновременно несколько светодиодов, что означает, что обнаружены импульсы, следующие с разными интервалами (частотами), чего в нормально работающем детекторе нуля не должно быть, максимум — пара соседних из "нормального" интервала
Наконец регулятор обзавёлся печатной платой, которую разработал и любезно предоставил RN3QNR
Выглядит в собранном виде это так:
Для регулятора готова новая прошивка, которая позволяет работать в одном из двух режимов. Параметры каждого из режимов (время и мощность форсированного разогрева, время до отключения и мощность при отключении) могут быть выставленны индивидуально в режиме настроек.
Читайте про новую прошивку здесь
Даташиты
- Процессор PIC16F628A скачать
- Оптосимистор MOC3020-MOC3023 скачать
- Подключение MOC3020-MOC3023 к симистору скачать
- Симистор MAC15 скачать
- Симистор MAC16 скачать
- Оптопара pc817 скачать
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии
ОБСУЖДЕНИЯ
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии
Интересно, почему чаще используется программное управление симистором в момент перехода сетевого напряжения через ноль? Ведь можно упростить схему используя специализированый оптосимистор, например МОС3063. В аналоговых устройствах успешно им пользуюсь. Или есть особенность при связке с микроконтроллером? Только начинаю изучать pic16F628A.
Спасибо за схему, попробую повторить и приспособить для своих нужд, а именно регулировать сварочный ток по первичке, взяв мощнее симистор. До недавно успешно пользовался схемой на К1182ПМ1, но нечаяно спалил её, а новую тяжко и дорого купить.
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии
MOC3063 и аналогичные, со встроенным детектором нуля, используются там, где нужно просто открыть симистор, например зажечь лампочку на всю катушку. Управляющий сигнал можно подавать в любой момент времени, но благодаря встроенному детектору нуля реальное открытие симистора происходит всегда в момент перехода сетевого напряжения через 0. Делается это для снижения помех, которые лезут обратно в сеть, да и режим работы самого симистора, мне кажется, облегчается.
MOC3020 и аналогичные, не имея встроенного детектора 0V позволяют открывать симистор на любом угле синусоиды, что позволяет строить схемы фазового управления мощностью нагрузки. Для того, чтоб открывать симистор на определенном угле сетевой синусоиды, процессору нужно знать о моменте переходов сетевого напряжения через 0V, чтоб, во-первых, отсчитывать задержку открытия симистора от этого момента, и, во-вторых, для расчёта периода колебаний, т.к. схема не кварцованная, да и в сети не всегда точно 50Гц может быть.
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии
Здравствуйте.Подскажите пожалуйста,как можно зарегится на этом сайте,почему то не проходит регистрация,не отправляются письма на указанный емайл в регистациии
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии
Были проблемы с отсылкой почты, сейчас всё работает
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии
упакуйте пожайлуста прошивку ( .hex )в архив, в браузере белеберда какая то.
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии
Поясните, плиз, назначение куска схемы с РС817?
В программировании я, увы, не спец, потому расскажите в какой программе Вы прошивали процессор, и можно ли его прошить вне схемы?
Да, и хотя бы кратко, черкните порядок работы с кнопками. Непонятно также, как включить режим без отключения нагрузки.
И еще хотелось бы узнать Ваши рекомендации по расположению элементов на плате, с целью минимизации наводок, etc.
Спасибо
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии
Кусок схемы с PC817 формирует короткие импульсы в моменты перехода сетевого напряжения через 0.
Прошивать процессор можно в любой программе, которая работает с имеющимся у Вас программатором. Я сейчас использую PICkit 2 с программатором, который печатался в журнале "Радио" № 11 за 2010
Прошить процесcоор можно вне схемы, можно прямо в схеме — это ни на что не влияет.
Порядок работы с кнопками:
Нормальный режим : если просто включить регулятор — он встанет на последний запомненный уровень мощности.
Форсированный разогрев 1 : если включить с нажатой кнопкой SA1 — регулятор выйдет на 100% мощности. Через 10 мин. или при нажатии на любую кнопку он вернется на на последний запомненный уровень мощности, переходя в Нормальный режим.
Форсированный разогрев 2 : если включить с нажатой кнопкой SA2 — регулятор выйдет на 100% мощности. Через 20 мин. или при нажатии на любую кнопку он вернется на на последний запомненный уровень мощности, переходя в Нормальный режим.
Если в течение получаса в этих трех режимах не трогать кнопок, то регулятор снижает мощность на нагрузке до 0% (моргают все индикиторы сразу). Нажатие на любую кнопку возвращает в Нормальный режим.
Режим без отключения : если включить с нажатыми кнопками SA1 и SA2 — он выставит на нагрузке последний запомненный уровень мощности, как в Нормальном режиме, но автоматического отключения нагрузки происходить не будет.
Если во время работы в Нормальном или Без отключения режиме нажать любую кнопку — регулятор перейдет на режим установки мощности (моргают светодиоды), теперь можно выставить нужный уровень мощности и оставить кнопки в покое — через 3 сек индикаторы перестанут моргать, новое значение мощности будет запомнено.
Рекомендации по расположению простейшие: силовая часть должна быть отдельно от цифровой, границей служат 2 оптрона. В принципе, к наводкам схема не чувствительна.
Благодаря наличию оптронов цифровая часть гальванически развязана с сетью, но, тем не менее, в схеме присутствует высокое напряжение , поэтому при повторении конструкции необходимо соблюдать технику безопасности!
Отправить ответ