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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Schaltnetzteil für einen Lötkolben mit Thermostat. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Amateurfunk-Technologien Das Löten mit einem elektrischen Lötkolben war und ist vielleicht der häufigste Vorgang bei der Arbeit eines Funkamateurs. Die Temperatur der Spitze, ihre Regulierung und Stabilität, die Aufheizgeschwindigkeit des Lötkolbens – das sind die wichtigsten Parameter, die die Qualität des Lötens und die Benutzerfreundlichkeit bestimmen. In der Amateurfunkliteratur [1,2] wurden bereits Konstruktionen von Lötkolben und Netzteilen dafür beschrieben, bei denen der Spitzentemperatursensor ein Thermoelement ist. Sie alle verdienen Aufmerksamkeit und haben ihre Vor- und Nachteile. Der in [1] beschriebene elektrische Lötkolben kann zwar mit einem zweiadrigen Kabel an die Stromversorgung angeschlossen werden, kann jedoch keine maximale Temperaturstabilität gewährleisten, da das Thermoelement keinen direkten Kontakt zur Lötkolbenspitze hat. Die Stromversorgung insgesamt gestaltet sich recht komplex: Lediglich der elektronische Regler nutzt 5 integrierte Schaltkreise, zusätzlich müssen 3 Versorgungsspannungen bereitgestellt werden, von denen zwei mindestens über einfachste Stabilisatoren verfügen müssen. Ein erfolgreicherer Entwurf wurde in [2] vorgeschlagen. Durch den unkonventionellen Anschluss des Operationsverstärkers (ohne OOS, Netzteil mit pulsierender Spannung) konnte der Autor die Anzahl der Teile im Netzteil minimieren. Das Design des Lötkolbens erwies sich als einfach, aber zuverlässig. All dies ist wichtig für einen beginnenden Funkamateur. Jeder, der Erfahrung in der Entwicklung von Schaltnetzteilen hat, kann eine elektronische Einheit mit Pulsweitenregelung (PW) der Lötkolbenleistung herstellen. Durch den Verzicht auf einen Niederfrequenztransformator hat das Netzteil weniger Gewicht und Abmessungen. Darüber hinaus wird hier im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen Konstruktionen, die nach dem Prinzip „periodisches Heizen – Kühlen“ arbeiten, eine sanfte Leistungsänderung mittels PID-Regelung verwendet, wodurch es zu keinen periodischen Temperaturschwankungen kommt. Der Stromversorgungskreis für den Lötkolben ist in Abb. 1 dargestellt. Der Einfachheit halber kann es in zwei Funktionseinheiten unterteilt werden: analog und digital.
Grundlage des Analogteils ist ein auf dem Operationsverstärker DA1 aufgebauter Differenzverstärker. Die Thermoelementleitungen des Lötkolbens werden in der angegebenen Polarität mit den Pins 1-2 des Steckers X1 über die Widerstände R5, R6 mit den Operationsverstärkereingängen verbunden. Der Teiler R2, R3 schafft ein künstliches Gehäuse – einen analogen gemeinsamen Draht. Wenn die Widerstandspaare R4, R9 und R5, R6 gleich sind, wird die Verstärkung durch das Verhältnis R4/R5 bzw. R9/R6 bestimmt. Das Signal vom Ausgang DA1 über den Tiefpassfilter R14 C10 R15 wird dem Emitter des Transistors VT3 zugeführt, und die vom Schieber des Widerstands R19 entnommene Referenzspannung wird seiner Basis zugeführt. Mit den im Diagramm angegebenen Werten der Widerstände R18-R20 kann die Referenzspannung von 3,8 auf 11,2 V (bezogen auf Pin 4 von DA1) geändert werden. Das verstärkte Thermoelementsignal an Pin 6 von DA1 sollte sich innerhalb ungefähr der gleichen Grenzen ändern, wenn sich die Lötkolbentemperatur innerhalb des angegebenen Temperaturbereichs ändert. Zu diesem Zweck wird der Operationsverstärker-Balancing über die Pins 1 oder 5 (in diesem Fall Pin 1) verwendet. Um die Stabilität des Verstärkers zu gewährleisten und Störungen durch den Spannungswandler zu eliminieren, werden die Kondensatoren C2-C5, C8, C9 verwendet. Sie verengen das verstärkte Frequenzband „von oben“, verbessern die Gleichtaktunterdrückung, haben aber keinen Einfluss auf die Verstärkung, da es sich bei der Schaltung um einen Gleichstromverstärker handelt (genau genommen um einen Verstärker mit langsam variierendem Strom). Betrachten wir den Betrieb des digitalen Knotens – der PSI-Signalerzeugungsschaltung – anhand der vereinfachten Oszillogramme, die in Abb. 2 dargestellt sind.
Der Rechteckimpulsgenerator (Abb. 2a) ist aus den Logikelementen DD1.1, DD1.2 aufgebaut. Die Pulsfrequenz wird durch die Elemente R1, C1 bestimmt und ist bei Konfiguration auf ca. 40 kHz eingestellt. Mit der Flanke jedes Impulses, der am Takteingang des Triggers DD2.1 ankommt, wechselt dieser in den Single-Zustand (an Pin 13 - High-Pegel, an Pin 12 - Low). Ab diesem Moment beginnt das Laden des Kondensators C7 über R12, R16, VT2. Wenn die Spannung an C7 den Trigger-Reset-Schwellenwert am Eingang R erreicht, schaltet DD2.1 in den Nullzustand und die hohe Spannung an Pin 12 öffnet den Transistor VT1, wodurch der Kondensator C7 schnell entladen wird. Die R8C6-Kette beschleunigt diesen Vorgang. Die Ladezeit von C7 und damit die Breite der vom Trigger erzeugten Impulse wird durch den Transistor VT2 reguliert. In Abb. 2b stellt Kurve 1 die Ausgangsspannung des Thermoelementverstärkers (Pin 6 von DA1) dar, Gerade 2 entspricht der Spannung am Motor des Widerstands R19. In der Anfangszeit, wenn ein kalter Lötkolben angeschlossen ist, steigt seine Temperatur kontinuierlich an und die Spannung des Verstärkers DA1 sinkt. Wenn diese Spannung 1–1,2 V unter der am Schieber des Widerstands R19 eingestellten Referenzspannung liegt, öffnet der Transistor VT3. Der Kollektorstrom VT3 ist der Basisstrom des Transistors VT2, der bei einem hohen Spannungspegel an Pin 13 von DD2.1 öffnet und die Laderate des Kondensators C7 auf die Schwellenspannung erhöht (Abb. 2c). In diesem Fall werden die vom DD2.1-Trigger erzeugten Impulse kürzer (Abb. 2d). Diese Impulse vom Ausgang 13 von DD2.1 werden den Eingängen der Elemente 2I-NOT DD1.3 und DD1.4 zugeführt. Impulse vom Ausgang 12 von DD2.1 werden dem Teiler DD2.2 zugeführt. Durch 2 geteilt werden gegenphasige Signale an andere Eingänge der Elemente DD1.3, DD1.4 geliefert. Die Funktionsweise der Schaltung wird durch die entsprechenden Oszillogramme in Abb. 2 veranschaulicht, bezogen auf den Ausgang von 7 digitalen ICs DD1, DD2, mit Ausnahme des letzten Oszillogramms. Abbildung 2,k zeigt die Form der an Wicklung 1-2 des Transformators T1 angelegten Spannung. Impulse wechselnder Polarität mit Pausen dazwischen über T1 werden an die Basen der Schlüsseltransistoren VT4 und VT5 des Halbbrückenwandlers angelegt und öffnen diese abwechselnd. Wie aus Abb. 2 ersichtlich ist, sind beim Erhitzen des Lötkolbens die Pausen zwischen den Impulsen minimal (sie werden benötigt, um den Durchgangsstrom VT4, VT5 zu eliminieren) und die vom Heizelement abgegebene Leistung ist am größten. Sobald sich die Lötkolbenspitze auf die eingestellte Temperatur erwärmt hat, verlängern sich die Pausen, die Impulse verkürzen sich um den gleichen Betrag, wodurch die Leistung abnimmt und sich die Temperatur stabilisiert. Der gesamte Stromkreis wird von einer gleichgerichteten Spannung von 220 V gespeist, die durch den Filter L1 L2 C17 C18 fließt. Das Heizelement des Lötkolbens ist an die Wicklung 3-4 des Transformators T2 angeschlossen. Eine separate Wicklung 1-2 dient auch der galvanischen Trennung des Thermoelements. Die Spannung dieser Wicklung wird durch die Brücke VD4 gleichgerichtet, wodurch der Kondensator C13 auf eine Spannung aufgeladen wird, die nahe an der Amplitude der Impulse liegt und kaum von deren Breite abhängt. Die Stromversorgung der Mikroschaltungen erfolgt von C13 über den parametrischen Stabilisator R21 VD3. Um den Konverter zu starten, müssen Sie kurz die SA1-Taste drücken. In diesem Fall wird eine Spannung von 300 V vom Kondensator C16 über die Strombegrenzungswiderstände R22, R26 an die Zenerdiode VD3 angeschlossen und liefert die anfängliche Versorgungsspannung an die Mikroschaltungen. Nachdem der Konverter gestartet ist, versorgt er den Stromkreis über die Wicklung 12 T2 mit Strom, nachdem die SA1-Taste losgelassen wurde. Obwohl R23, R26 elektrische Sicherheit bieten, sollten Sie es vermeiden, die Lötkolbenspitze zu berühren und gleichzeitig den Startknopf zu drücken. Nach dem Loslassen ist der Lötkolben vollständig galvanisch vom Netz getrennt. Die HL12-LED ist über R2 mit der Wicklung 22 des Transformators T1 verbunden und signalisiert nicht nur, dass der Lötkolben eingeschaltet ist, sondern dient auch als eine Art Anzeige für die Betriebsart des Thermostabilisators: wenn der Lötkolben eingeschaltet ist , die LED leuchtet mit der größten Helligkeit (maximale Leistung), wenn die Spitze auf die Stabilisierungstemperatur erhitzt wird, nimmt die Helligkeit des Leuchtens leicht ab und signalisiert damit, dass der Lötkolben einsatzbereit ist. Das Gerät kann die im Leistungsdiagramm angegebenen MLT-Widerstände verwenden. R19 – jede kleine Variable. Es ist zu beachten, dass die Abhängigkeit der Temperatur vom Drehwinkel des R19-Knopfes die gleiche ist wie der Widerstand. Wenn Sie daher eine lineare Temperaturskala wünschen, verwenden Sie einen Widerstand der Gruppe A. Kondensatoren C14, C15, C17, C18 Typ K73-17; C12, C13, C16 - K50-27, K50-29, K50-35. Der Rest ist aus Keramik. Die Transistoren VT4, VT5 können durch KT858A, KT859A, KT872A und andere Hochspannungs-Mikroschaltungen K561LA7, K561TM2 ersetzt werden – durch die entsprechenden aus der Serie 564, 164. Schalter SA1 – beliebig klein, ohne Befestigung. Die Spulen L1, L2 sind auf einen toroidalen Magnetkern K16x10x4,5 aus M2000HM1-Ferrit gewickelt und enthalten 20 Windungen aus in zwei Hälften gefaltetem PELSHO-0,25-Draht. Für den Transformator T1 wird der gleiche Kern wie in L1, L2 verwendet. Wicklung 1-2 enthält 150 Windungen PELSHO-0,15-Draht, Wicklungen 3-4, 5-6 - jeweils 14 Windungen PELSHO-0,25. Der Transformator T2 ist auf einen K28x16x9-Ring aus M2000HM1-Ferrit gewickelt. Zunächst wird eine Wicklung aus 5-6 - 230 Windungen PELSHO0,25-Draht gewickelt. Wicklung 1-2 enthält 53 Windungen PELSHO-0,15. Die letzte Wicklung ist 3-4 mit PEV-2 1,0-Draht gewickelt. Bei einem Lötkolben mit einem Heizelementwiderstand von 15 Ohm enthält die Wicklung 3-4 42 Windungen und die maximale Leistung beträgt etwa 40 W. Damit aus dem gefertigten Block Lötkolben mit unterschiedlichem Heizwiderstand gespeist werden können, sind die Wicklungen 3-4 mit Anzapfungen versehen. Das Design des Netzteils ist beliebig. Es hängt alles vom Geschmack und den Fähigkeiten des Funkamateurs ab. Es gelang mir, das Gerät in einem 85x80x20 mm großen Gehäuse unterzubringen, das aus Styropor zusammengeklebt und mit einem Metalldeckel verschlossen war. Die Installation erwies sich als sehr eng – gedruckt und montiert. Die Elektronikeinheit wurde auf einem Steckbrett vormontiert, eingestellt und getestet. Der Lötkolben kann mit der in [2] beschriebenen Technologie hergestellt werden. Meiner Meinung nach ist die Wahl des Stromversorgungsständers für eine Glühbirne zur Herstellung eines Thermoelements zwar nicht ganz erfolgreich: Der Draht dort ist zu dick und seine Länge reicht nicht aus. Zu diesem Zweck ist es bequemer, einen Draht mit einem Durchmesser von 0,2 bis 0,3 mm zu verwenden. Zum Einrichten des Geräts wird eine externe Gleichstromquelle von 30-35 V an den Kondensator C13 angeschlossen (das „Plus“ der Quelle liegt am „Plus“ von C13), das Lötkolben-Thermoelement wird an die Buchsen 1-2 angeschlossen ( (in der angegebenen Polarität) des Steckers X1. Um die Temperatur des Lötkolbens einzustellen, wird Spannung vom LATR an sein Heizelement angelegt. Zunächst wird der Operationsverstärker mit dem Widerstand R11 abgeglichen und bei Bedarf wird die Verstärkung durch Auswahl der Widerstände R5 und R6 unter Beibehaltung ihrer Gleichheit angepasst. Bei korrekter Einstellung des Modus ändert sich die Spannung an Pin 6 relativ zu Pin 4 von DA1 von 10-11 V (bei minimaler Temperatur der Lötkolbenspitze) auf 3-4 V (bei maximalem). Zur Bestimmung der Temperatur können Sie beispielsweise das Schmelzen von Polyethylen (untere Grenze) und Blei (obere Grenze) heranziehen. Überprüfen Sie anschließend mit einem Oszilloskop das Vorhandensein entsprechender Oszillogramme an charakteristischen Punkten (Abb. 2). Besonderes Augenmerk sollte auf die Impulsbreite gelegt werden (Abb. 2e), die dem Schutzintervall t3 entspricht – der Zeitspanne, in der die Transistoren VT4 und VT5 geschlossen sind, t3 wird mit einem kalten Lötkolben auf 4–5 μs eingestellt Auswahl von R16. Abschließend wird die externe Stromquelle von C13 getrennt, die Lötkolbenheizung an die Buchsen 3-4 des Steckers X1 angeschlossen und nach Anschluss der Stromversorgung an das Netzwerk durch Drücken der SA1-Taste gestartet, die HL1-LED sollte leuchten aufleuchten. Der Wicklungsabgriff 3-4 T2 ist so gewählt, dass sich der Lötkolben in 30-50 s auf Betriebstemperatur erwärmt und sich das Netzteil in jeder Position des R19-Reglerknopfs im Temperaturstabilisierungsmodus befindet. Dies können Sie auf diese Weise überprüfen. Drehen Sie im eingeschwungenen Zustand den Temperaturregler zunächst einen kleinen Winkel in die eine und dann in die andere Richtung, wobei die Helligkeit der LED in einem Fall spürbar abnehmen und im anderen Fall zunehmen sollte. Nachdem Sie das Gerät in das Gehäuse eingesetzt haben, kalibrieren Sie die Skala des Temperaturreglers. Литература:
Autor: I. N. Tanasiychuk
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