Крутая паяльная станция своими руками. Термовоздушная паяльная станция "didav" Паяльная станция старая
Современная, более усовершенствованная техника, увы, выходит из строя не меньше, чем старые образцы. И если раньше вопрос об усовершенствовании привычного нам не стоял, то сегодня по старинке отпаять или припаять деталь, не «задев» соседние чипы, практически невозможно. Именно поэтому умельцы собирают более современные термовоздушные и инфракрасные паяльные станции своими руками. В этом обзоре расскажем, какими бывают паяльные системы, как работает блок управления и как его подключить, что входит в элементы конструкции. Только в нашем обзоре вы найдете рекомендации, иллюстрирующие особенности сборки и регулировки современных паяльных станций.
Читайте в статье
Для чего нужна паяльная станция
Паяльная станция, в отличие от простого паяльника, – система более усовершенствованная. Она позволяет спаять мелкие детали, такие, к примеру, как SMD-компоненты, контролировать нагрев на табло, программировать кнопки. Кроме того, благодаря бесконтактной системе пайки перегрев соседних элементов здесь исключён.
Паяльная станция бесконтактного типа относится к современным системам пайки. К примеру, нагрев с помощью термофена помогает мастерам в ремонте бытовых электроприборов и мобильников. А вот с помощью ИК-систем можно производить монтаж и демонтаж (даже формата BGA).
Общие характеристики и принцип работы паяльной станции
Анатомия паяльной станции достаточно проста и максимально отвечает необходимым условиям: аккуратная, «умная» пайка элементов. Сердце прибора − , внутри которого находится трансформатор, выдающий напряжение двух вариантов 12 или 24 Вольта. Без этого элемента все системы станции были бы бесполезны. Трансформатор отвечает за регулировку температуры. Блок питания снабжён терморегулятором и специальными кнопками запуска прибора.
Для справки! Некоторые устройства оборудованы специальной подставкой, которая нагревает печатную плату во время пайки, что помогает избежать её деформации.
С помощью блока управления также может быть реализована функция запоминания температуры и программирования кнопок. Мастера «прокачивают» прибор, используя процессор, благодаря которому появляется возможность измерять температуру в ходе пайки.
Разберём особенности работы термовоздушной паяльной станции: поток воздуха с помощью специальных спиралевидных или керамических элементов (они находятся прямо внутри трубки термофена) нагревается, а затем через специальные насадки направляется в точку пайки. Такая система позволяет нагреть необходимую поверхность равномерно, исключив точечную деформацию.
Комментарий
Задать вопрос"Температура, которую могут обеспечить современные фены для пайки, в том числе и собранные своими руками, варьируется от 100 до 800°C. Причём показатели эти могут настраиваться оператором.
"В качестве ещё одного дополнительного элемента может выступать специальный инфракрасный нагреватель. Принцип его похож на работу термофена, он нагревает не место стыка, а определённую площадь. Однако, в отличие от термофена, здесь отсутствует поток тёплого воздуха. Профессиональные паяльные станции могут оборудоваться специальными сопутствующими инструментами, оловоотсосами и вакуумными пинцетами.
Разновидности паяльных станций по конструкции
Существуют как простые паяльные станции, оборудованные привычным нам классическим паяльником, так и более продвинутые. Причём вариаций сочетания компонентов и систем может быть великое множество. Без труда можно в одной станции совместить контактный паяльник и фен, вакуумный или термопинцет и оловоотсос. Для удобства приведём таблицу основных типов паяльных станций.
| Контактные ПС− это обыкновенный, имеющий при пайке прямой контакт с поверхностью, паяльник, оснащённый электронным блоком управления и регулирования температуры. | Бесконтактные ПС − в основе работы блок управления и особая система управления элементов. |
|||
| Свинцовые | Бессвинцовые
Требуют повышенной температуры плавки. | Термовоздушные
Обеспечивают эффективную пайку в труднодоступных зонах с единовременным прогреванием сразу нескольких поверхностей. Позволяет осуществлять пайку любого типа, как со свинцом, так и без него. | Инфракрасные
Здесь присутствует нагревательный элемент в виде инфракрасного излучателя, сделанного из керамики или кварца. | Комбинированные
Сочетают в своей конструкции несколько типов оборудования: фен или классический паяльник, или, как мы уже говорили, ИК-нагреватель и оловоотсос допустим, паяльник и фен. |
По механизму стабилизации температуры и принципу работы управляющих блоков паяльные станции можно разделить также на аналоговые и цифровые. В первом случае нагревательный элемент включён, пока паяльник не прогреется до нужной температуры, самая близкая аналогия – нагрев обычного утюга. А вот второй тип паяльника отличается сложной системой контроля и регулирования температуры. Здесь размещён PID-регулятор, который подчиняется программе микроконтроллера. Такой метод стабилизации температуры намного эффективнее аналогового. Ещё одна классификация позволяет разделить все ПС на монтажные и демонтажные. Первые осуществляют пайку приборов, однако, не имеют оловоотсоса и других элементов, позволяющих проводить чистку и замену деталей.
Такие паяльные системы снабжены специальной ёмкостью для удаления припоя, который, в свою очередь, отсасывается специальной насадкой, снабжённой компрессором.
К сведению! Существуют комбинированные станции, позволяющие проводить как монтажные, так и демонтажные работы. Они снабжены двумя видами паяльников, различающихся по мощности.
Как сделать своими руками термовоздушную паяльную станцию
Купить паяльную станцию с феном не каждому по карману, хотя ИК-станции стоят ещё больших денег, поэтому самый простой путь – собрать её своими руками. Однако, следует помнить, что такие воздушные паяльные станции обладают определёнными недостатками:
- Потоком воздуха можно случайно сдуть маленькие детали.
- Поверхность прогревается неравномерно.
- Для разных случаев требуются дополнительные насадки.
Паяльный фен своими руками: универсальная схема
Термофен – специальное устройство, которое нагревает место пайки потоком горячего воздуха.
Проще всего собрать прибор с феном на вентиляторе, а в качестве нагревателя использовать спираль.
Если покупать нагреватель механический, то он достаточно дорогой. И при резких перепадах температур может простой треснуть. Не все могут самостоятельно сконструировать компрессор. В качестве поддувала можно использовать обычный малогабаритный вентилятор. Подойдёт кулер от домашнего ПК. Для знакомства с устройством такого прибора изучим схему паяльной станции своими руками.
Вентилятор расположим около термофена. К нему аккуратно присоединяем трубку для подачи тёплого воздуха. На торце кулера вытачиваем отверстие под сопло. С противоположной стороны кулер необходимо закрыть, чтобы обеспечить необходимую тягу.
Теперь подошла очередь сборки нагревательного элемента. Для этого необходимо накрутить нихромовую проволоку спиралью на основание нагревателя. Причём витки обязательно не должны касаться друг друга. Витки наматываются с учётом того, что сопротивление должно быть 70-90 Ом. Основание выбирают с плохой теплопроводностью и хорошей стойкостью к большим температурам.
Комментарий
Электромонтер 5 разряда ООО "Петроком"
Задать вопрос"Часть деталей можно позаимствовать из обычного фена. В частности, в качестве основы для спирали с низкой термопроводностью подойдёт слюдяная пластина.
"Приступаем к поиску деталей для сопла. Лучше всего для этого подойдёт труба из керамики или фарфора. Оставляем небольшой зазор между стенками сопла и спиралью. Сверху поверхность обматываем изоляционными материалами. Можно использовать асбестовый слой, стекловолокно и т.д. Это увеличит высокое КПД фена, а также позволит брать его руками, не получив ожог. Крепим нагревательный элемент так, чтобы воздух подавался в трубку, а нагреватель находился точно посередине внутри сопла.
Система управления паяльной станцией
Для сборки системы управления самодельной паяльной станции типа фен своими руками в ней необходимо разместить два реостата: один регулирует входящий поток, другой − мощность нагревательного элемента. А вот обычно делается один как для нагревателя, так и для нагнетателя.
Здесь очень важно правильно подключить провода, чтобы они соотносились с реостатами.
Затем присоединяем термофен так, чтобы провода соответствовали нужным реостатам и выключателю.
Сборка и настройка работы паяльной станции
Мощность паяльной станции, как мы уже замечали выше, обычно находится в пределах от 24 до 40 Ватт. Однако если вы планируете паять шины питания и , то мощность прибора должна быть увеличена от 40 до 80 Ватт.
Подробнее о том, как паять феном от паяльной станции, смотрите в этом видео.
Инфракрасная паяльная станция своими руками
Инфракрасная паяльная станция − тот инструмент, который проще всего сделать своими руками. Цена на паяльные станции такого типа просто заоблачная. Купить что-то попроще – не вариант, так как всё равно будет ограниченный функционал.
Именно поэтому мы расскажем поэтапно, как собрать своими руками инфракрасный паяльник. Разберём этапы сборки ПС для пайки плат размером 250×250 мм. Наша паяльная станция подойдёт для работы с телевизионными платами, видеоадаптерами для ПК, а также планшетов.
Изготовление корпуса и нагревательных элементов
Для основы самодельной ИК паяльной станции, собранной своими руками, можно взять дверцу от антресоли либо 10-12 мм, прикручиваем к ней ножки. На этом этапе важно примерно прикинуть компоновку исходя из размеров нагревателей и ПИД-регуляторов. От этого будет зависеть высота «боковин» и скосов передней панели.
Алюминиевые уголки используются для формирования «скелета» конструкции. Заранее позаботьтесь о «начинке», в работе пригодятся и старые видеомагнитофоны, ДВД-проигрыватели и тому подобное. Можно обойти специализированных уличных лоточников.
Теперь ищем антипригарный поддон. Да, именно тот, что можно купить в обычном магазине бытовой техники. Здесь же можно и присмотреть качественный паяльник для паяльной станции.
Важно! Возьмите с собой рулетку. Ваша задача – найти противень оптимальной ширины и глубины. Размеры зависят от высоты ИК-излучателей и их количества.
Система управления паяльной установкой
Приступим к самому интересному. На торговой площадке заранее заказываем ПИДы (или пропорционально-интегрально-дифференциальные регуляторы), а также ИК - 3 нижних ИК излучателя 60×240 мм, и один верхний − 80×80 мм, не забудьте запастись двумя твердотельными на 40А. На этом этапе уже можно переходить к жестяным работам, а именно подогнать всю конструкцию под размеры наших основных элементов. После подгонки боковин и крышки вырезаем технологические отверстия под ПИДы на передней, под кулер на задней стенке.
Сборка и регулировка работы паяльной станции
Итак, после установки излучателей, кулера и соединения всех проводков внешний вид нашей паяльной станции уже обретает практически законченный вид. На этом этапе необходимо провести тестирование оборудования на нагрев, удержание температуры и гистерезис. Переходим к монтажу основного ИК-излучателя. Сделать это несложно.
Паяльная станция с феном своими руками – довольно простое, но очень полезное устройство. С его помощью можно осуществлять ремонт радиодеталей и других изделий в домашних условиях. Данное приспособление станет достойной заменой дорогостоящему оборудованию, покупка которого не всегда целесообразна.
Принцип работы и общее описание
Паяльной станцией называют особое устройство, которое отличается широким спектром применения в электротехнике. При помощи данного агрегата можно осуществлять индивидуальную или групповую пайку деталей.
Самодельная паяльная станция способна нагреть до высоких температур металлические отводы и пластик. Она имеет очень простую конструкцию и принцип работы, поэтому для ее изготовления не нужно быть профессионалом.
Размягчение материалов происходит путем их обдува горячим воздухом. Для этого в процесс включается специальная нагревательная спираль. Такие устройства характеризуются высокой точностью направления воздушных масс. Поэтому созданную своими руками паяльную станцию с феном можно относить к категории полупрофессионального оборудования.
Конструкционные особенности
Если решено создать паяльную станцию с феном своими руками, нужно разобраться в ее конструкции. Ее основными составляющими компонентами называют:
- блок управления. Контролирует все основные рабочие параметры агрегата;
- паяльник. Непосредственно принимает участие в процессе пайки;
- пинцет. Необходим для выполнения сборки и разборки деталей, которые устанавливаются на печатную плату;
- фен. Важное устройство, производящее нагрев узлов, которые собираются;
- источник тепла. Продуцирует тепловую энергию, необходимую для эффективного протекания всех технологических процессов;
- устройство для удаления ненужного олова;
- различные вспомогательные предметы;
- браслеты для снятия статического напряжения.
Самые конструктивно простые паяльные агрегаты представляют собой комплект из паяльника, контролирующего прибора и подставки. При помощи таких специализированных станций удается не только произвести пайку, но и максимально оптимизировать данный рабочий процесс. В их состав входят детали, позволяющие повысить производительность и обеспечивающие высокую безопасность во время работы.
Технология изготовления паяльной станции из подручных средств
Человек, который владеет элементарными знаниями в области электротехники, сможет собрать паяльную станцию своими руками. Для этого необходимо следовать простым инструкциям, приведенным ниже.
Общие требования к самодельному оборудованию
К самодельному агрегату с феном предъявляются конкретные требования. Он должен обеспечить создание потока воздуха, нагретого до 850°С. Мощность нагревательного элемента не должна превышать 2,6 кВт.
При выборе комплектующих к станции необходимо отдавать предпочтение тем, что имеются в наличии или отличаются невысокой стоимостью. Поэтому целесообразно изготавливать ручной или стационарный агрегат с феном. Последний работает таким образом, что излучатель тепловой энергии находится неподвижно, при этом сама деталь движется. Данный принцип работы создает определенные трудности при осуществлении пайки.
Чтобы повысить эффективность производимых работ, желательно использовать ручной агрегат. Он имеет небольшие размеры и вес, что облегчает эксплуатацию.
Особенности создания нагревателя
Специалисты рекомендуют самостоятельно изготовить нагреватель их нихромовой проволоки. Она должна иметь диаметр в пределах 0,4-0,8 мм. Необходимо понимать, что большой размер проволоки придаст ей огромный запас прочности, но утруднит достижение оптимальной температуры. Поэтому нецелесообразно применять для этого слишком крупную нить.
Внешний диаметр сформированной нагревательной спирали должен составлять 4-8 мм. Для фиксации созданной детали используют специальное основание, которое устойчиво к воздействию высоких температур. Специалисты рекомендуют отдавать предпочтение керамике. Такое основание можно изъять из обычного бытового фена.
Технология формирования нагнетателя горячего воздуха
Чтобы созданная самодельная станция работала эффективно, необходимо оснастить ее вентилятором небольших размеров. Его можно изъять со старого фена или другого ненужного бытового прибора. Вентилятор должен обеспечивать воздушным потоком в 20 л/мин.
Допускается применение воздушного компрессора, который обычно ставят на аквариумы. Чтобы агрегат работал более эффективно, его дополняют ресивером. Для этой цели можно взять обычную пластиковую бутылку.
Формирование корпуса станции с феном
Для создания корпуса паяльной станции необходимо использовать термостойкие материалы. Это можно сделать несколькими способами, используя такие варианты:
- керамика. По обеспечению безопасности отличное, но очень дорогое решение;
- частичная теплоизоляция канала, по которому передвигается нагретый до высоких температур воздух;
- старый корпус от любого бытового прибора. Должен быть объемным и не подвергаться разрушению от высокой температуры.
Сборка и обеспечение работоспособности оборудования
Чтобы созданная паяльная станция работала эффективно, в ее конструкцию добавляют включатель и устройство для регулировки основных рабочих параметров. Последний агрегат должен задавать оптимальную температуру воздуха и скорость его перемещения. Чтобы добиться данной цели, в состав оборудования включают реостаты. С их помощью можно осуществить плавную регулировку мощности.
Создание станции необходимо начинать с формирования спирали. Ее наматывают на качественный изолятор и сверху накрывают стекловолокном. Концы спирали в результате должны выходить наружу. Полученную деталь укладывают в корпус с готовой теплоизоляцией. Спираль в последующем соединяют с силовым проводом, к которому подключен выключатель. С тыльной стороны корпуса монтируют нагнетатель воздуха.
Каких ошибок можно избежать в процессе сборки?
Сделанная своими руками паяльная станция не может состоять только из нагревательной спирали и вентилятора. Данный прибор нельзя смастерить из простого фена. В таком случае он не сможет расплавить даже олово. Поэтому забывать о дополнительном оснащении не стоит.
С целью увеличения температуры нагрева не нужно уменьшать частоту вращения вентилятора и диаметр выходного отверстия. Это приведет только к расплавлению корпуса и выходу из строя других составляющих деталей оборудования.
Видео: Простая паяльная станция с феном своими руками
Цифровая паяльная станция. Зачем она нужна и каковы её преимущества? Причин много: кому-то надоели отслоившиеся дорожки, кто-то подогревает паяльник зажигалкой или на газу, так как не может выпаять массивную деталь, у кого-то пробивает спираль на корпус и бьется током, кому-то нужно очень точно контролировать температуру жала паяльника, а кто просто хочет перейти на современную SMD элементную базу.Чем отличается паяльная станция от обычного паяльника, или даже паяльника с регулятором? В паяльной станции есть, говоря нашими терминами, обратная связь. При касании жалом массивной детали температура жала падает, соответственно уменьшается напряжение на выходе термопары. Это падение напряжения, усиленное ОУ, поступает на микроконтроллер, и он сразу же подает на нагреватель больше мощности, повышая температуру жала (точнее напряжение на выходе ОУ) до того уровня, который записан в память. Прочитав данную статью, собрав необходимую комплектацию, и не забыв предварительно прошить контроллер, вы в последний раз воспользуетесь своими старыми, надоевшими и не совершенными паяльниками, перейдя на более профессиональный уровень пайки схем. Итак, представляю вашему вниманию самодельную цифровую паяльную станцию. Функционально схема состоит из двух частей – блока контроля и блока индикации.
В авторском варианте стабилизатор 7805 подключен к диодному мосту, выход с которого идет на нагрев паяльника, но там минимум 24 вольта. Поэтому лучше использовать для этих целей более низковольтную обмотку трансформатора, если такова имеется, или отдельный источник питания, в качестве которого я использовал ЗУ от мобильного телефона. Если зарядное выдает стабильно 5 вольт, то можно отказаться от применения стабилизатора.
Почти все детали размещены на одной плате. и прошивки взяты с сайта radiokot. Скачать их можно в архиве. Диодный мост и электролитический конденсатор находятся вне платы. В центре диодного моста имеется отверстие, с помощью которого он закреплен на корпусе паяльной станции. Электролит припаян прямо на него.
Комплектация: ATmega8, LM358, IRFZ44, 7805, рассыпуха, трехразрядный светодиодный семисегментный индикатор А-563G-11, пять тактовых кнопок (можно и три) и пятивольтовый биппер со встроенным генератором. Номиналы элементов:
R1 - 1M
R2 - 1k
R3 - 10k
R4 - 82k
R5 - 47k
R7, R8 - 10k
R индикатора -0.5k
C3 - 1000mF/50v
C2 - 200mF/10v
C - 0,1mF
Q1 - IRFZ44
IC4 – 78L05ABUTR
Диодные мосты использовал разные, главное чтобы тянули по току. Трансформаторы - ТС-40. Правда подключаю только одну половинку трансформатора, поэтому он греется, но работает уже пару лет. В принципе, можно использовать простой , с запасом по мощности, чтобы избежать применения кулеров. В таком случае можно будет использовать компактный, недорогой пластиковий корпус. Плюс биппера подключается к 12-му выводу микроконтроллера (или к 14-му в случае применения контроллера в ДИП корпусе). Минус подключается на землю.
Технические характеристики паяльной станции. Температура от 50 до 500гр, (нагрев до 260гр примерно 30 секунд), две кнопки +10гр и -10гр температуры, три кнопки памяти - длинное нажатие (до моргания) - запоминание установленной температуры (ЕЕ), короткое - установка температуры из памяти. После подачи питания схема в спящем режиме, после нажатия кнопки - включается установка из первой ячейки памяти. При первом включении температуры в памяти 250, 300, 350 градусов. На индикаторе моргает установленная температура, затем бежит и потом горит температура жала с точностью до 1*С в реальном времени (после нагревания иногда забегает на 1-2*С вперед, потом стабилизируется и изредка поскакивает на +-1*С). Через 1 час после последней манипуляции с кнопками засыпает и остывает (реально может вырубиться и раньше). Если температура более 400*С, засыпает через 10 минут (для сохранности жала). Бипер пикает при включении, нажатиях кнопок, записи в память, достижении заданной температуры, три раза предупреждает перед засыпанием (двойной бип), и при засыпании (пять-бип). После сборки паяльную станцию необходимо откалибровать. Калибруется она с помощью подстроечника R5 и термопары, которая идет в комплекте со многими мультиметрами. У меня DT-838. Сверял с промышленной термопарой. Точность показаний порадовала.
Фузы:
Теперь о паяльниках. В нашей самодельной станции можно применять паяльники от паяльных станций разных производителей. В своём варианте использую ZD-929 на 24 Вольта и 48 Ватт.
Вот распиновка его разъема:
И LUKEY, модель не знаю, но тоже на такое напряжение:
Позже выяснилось, что LUKEY значительно уступает своим качеством и мощностью. За непродолжительное время эксплуатации в нем полетела термопара. Кроме того, он слабее ZD-929. Разъем люкея такой же, как компьютерный PS/2, поэтому его сразу же отрезал и заменил на РШ2Н-1-17. Так понадежней будет.
Сопротивление нагревателя – 18 Ом, сопротивление термопары 2 Ома. У термопары необходимо соблюдать полярность. "+” термопары идет на R3, "–" на массу. Полярность термопары можно определить тестером, установив его на 200 мВ и прогревая паяльник зажигалкой. Итак, мы перешли на новейшие монтажные технологии, а что дальше? А теперь необходимо прочесть правила эксплуатации, чтобы не запороть дорогостоящих, зато долго работающих жал.
1.
Многослойные паяльные наконечники не требуют (и не допускают) никакой заточки.
2.
Неоправданно высокая температура сокращает срок службы наконечника. Используйте минимально возможную температуру.
4.
При непрерывной работе, не реже раза в неделю необходимо снимать наконечник и полностью очищать его от окислов. Припой на наконечнике должен оставаться даже в холодном состоянии.
Пару слов о "мягкой целлюлозной губке”. Ее вы должны приобрести там же, где покупали паяльник. Но не спешите тыкать в нее жалом. Перед этим ее необходимо намочить, в результате чего она разбухнет, и выжать. Теперь губка готова к эксплуатации. В крайнем случае вместо губки можно использовать Х/Б салфетку.
Вот мы и подошли к концу. Теперь самое интересное – фотографии готовых девайсов.
Самодельной станции:
Модернизированный под изогнутые жала местного радиозавода ZD-929 в подставке из двух винчестеров:
Люкей в покупной подставке. Визуально подставка похожа на аналогичную фирмы Pace (на что я и повелся при заказе), но только вместо литого металла там пластик:
Конструкцию собрал и испытал: Troll
Обсудить статью САМОДЕЛЬНАЯ ПАЯЛЬНАЯ СТАНЦИЯ
В интернете очень много схем различных паяльных станций, но у всех есть свои особенности. Одни сложны для новичков, другие работают с редкими паяльниками, третьи не закончены и т.д. Мы сделали упор именно на простоту, низкую стоимость и функциональность, чтобы каждый начинающий радиолюбитель смог собрать такую паяльную станцию.
Для чего нужна паяльная станция
Обычный паяльник, который включается напрямую в сеть просто греет постоянно с одинаковой мощностью. Из-за этого он очень долго разогревается и никакой возможности регулировать температуру в нем нет. Можно диммировать эту мощность, но добиться стабильной температуры и повторяемости пайки будет очень сложно.
Паяльник, подготовленный для паяльной станции имеет встроенный датчик температуры и это позволяет при разогреве подавать на него максимальную мощность, а затем удерживать температуру по датчику. Если просто пытаться регулировать мощность пропорционально разности температур, то он будет либо очень медленно разогреваться, либо температура будет циклически плавать. В итоге программа управления обязательно должна содержать алгоритм ПИД-регулирования.
В своей паяльной станции мы, конечно, использовали специальный паяльник и уделили максимум внимания стабильности температуры.
Технические характеристики
- Питание от источника постоянного напряжения 12-24В
- Потребляемая мощность, при питании 24В: 50Вт
- Сопротивление паяльника: 12Ом
- Время выхода на рабочий режим: 1-2 минуты в зависимости от питающего напряжения
- Предельное отклонение температуры в режиме стабилизации, не более 5ти градусов
- Алгоритм регулирования: ПИД
- Отображение температуры на семисегментном индикаторе
- Тип нагревателя: нихромовый
- Тип датчика температуры: термопара
- Возможность калибровки температуры
- Установка температуры при помощи экодера
- Светодиод для отображения состояния паяльника (нагрев/работа)
Принципиальная схема
Схема предельно простая. В основе всего микроконтроллер Atmega8. Сигнал с оптопары подается на операционный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления (для калибровки) и затем на вход АЦП микроконтроллера. Для отображения температуры использован семисегментный индикатор с общим катодом, разряды которого включены через транзисторы. При вращении ручки энкодера BQ1 задается температура, а в остальное время отображается текущая температура. При включении задается начальное значение 280 градусов. Определяя разницу между текущей и требуемой температурой, пересчитав коэффициенты ПИД-составляющих, микроконтроллер при помощи ШИМ-модуляции разогревает паяльник.
Для питания логической части схемы использован простой линейный стабилизатор DA1 на 5В.
Печатная плата
Печатная плата односторонняя с четырьмя перемычками. Файл печатной платы можно будет скачать в конце статьи.
Список компонентов
Для сборки печатной платы и корпуса потребуются следующие компоненты и материалы:
- BQ1. Энкодер EC12E24204A8
- C1. Конденсатор электролитический 35В, 10мкФ
- C2, C4-C9. Конденсаторы керамические X7R, 0.1мкФ, 10%, 50В
- C3. Конденсатор электролитический 10В, 47мкФ
- DD1. Микроконтроллер ATmega8A-PU в корпусе DIP-28
- DA1. CСтабилизатор L7805CV на 5В в корпусе TO-220
- DA2. Операционный усилитель LM358DT в корпусе DIP-8
- HG1. Семисегментный трехразрядный индикатор с общим катодом BC56-12GWA.Также на плате предусмотрено посадочное место под дешевый аналог .
- HL1. Любой индикаторный светодиод на ток 20мА с шагом выводов 2,54мм
- R2,R7. Резисторы 300 Ом, 0,125Вт — 2шт
- R6, R8-R20. Резисторы 1кОм, 0,125Вт — 13шт
- R3. Резистор 10кОм, 0,125Вт
- R5. Резистор 100кОм, 0,125Вт
- R1. Резистор 1МОм, 0,125Вт
- R4. Резистор подстроечный 3296W 100кОм
- VT1. Полевой транзистор IRF3205PBF в корпусе TO-220
- VT2-VT4. Транзисторы BC547BTA в корпусе TO-92 — 3шт
- XS1. Клемма на два контакта с шагом выводов 5,08мм
- Клемма на два контакта с шагом выводов 3,81мм
- Клемма на три контакта с шагом выводов 3,81мм
- Радиатор для стабилизатора FK301
- Колодка для корпуса DIP-28
- Колодка для корпуса DIP-8
- Выключатель питания SWR-45 B-W(13-KN1-1)
- Паяльник . О нем мы еще позже напишем
- Детали из оргстекла для корпуса (файлы для резки в конце статьи)
- Ручка энкодера. Можно купить ее, а можно напечатать на 3D-принтере. Файл для скачивания модели в конце статьи
- Винт М3х10 — 2шт
- Винт М3х14 — 4шт
- Винт М3х30 — 4шт
- Гайка М3 — 2шт
- Гайка М3 квадратная — 8шт
- Шайба М3 — 8шт
- Шайба М3 гроверная — 8шт
- Также для сборки потребуются монтажные провода, стяжки и термоусадочная трубка
Вот так выглядит комплект всех деталей:
Монтаж печатной платы
При сборке печатной платы удобно пользоваться сборочным чертежом:
Подробно процесс монтажа будет показан и прокомментирован в видео ниже. Отметим только несколько моментов. Необходимо соблюдать полярность электролитических конденсаторов,светодиода и направление установки микросхем. Микросхемы не устанавливать до тех пор, пока корпус полностью не собран и не проверено питающее напряжение. С микросхемами и транзисторами необходимо обращаться аккуратно, чтобы не повредить их статическим электричеством.
После того, как плата собрана, она должна выглядеть вот так:
Сборка корпуса и объемный монтаж
Монтажная схема блока выглядит следующим образом:
То есть осталось всего навсего подвести к плате питание и подключить разъем паяльника.
К разъему паяльника требуется припаять пять проводов. К первому и пятому красные, к остальным черные. На контакты надо сразу надеть термоусадочную трубку, а свободные концы проводов залудить.
К выключателю питания следует припаять короткий (от переключателя к плате) и длинный (от переключателя к источнику питания) красные провода.
Затем выключатель и разъем можно установить на лицевую панель. Обратите внимание, что выключатель может входить очень туго. При необходимости доработайте лицевую панель надфилем!
На следующем этапе все эти части собираются вместе. Устанавливать контроллер, операционный усилитель и прикручивать лицевую панель не нужно!
Прошивка контроллера и настройка
HEX-файл для прошивки контроллера вы сможете найти в конце статьи. Фьюз-биты должны остаться заводскими, то есть контроллер будет работать на частоте 1МГц от внутреннего генератора.
Первое включение следует производить до установки микроконтроллера и операционного усилителя на плату. Подайте постоянное напряжение питания от 12 до 24В (красный должен быть "+", черный "-") на схему и проконтролируйте, что между выводами 2 и 3 стабилизатора DA1 присутствует напряжение питания 5В (средний и правый выводы). После этого отключите питание и установите микросхемы DA1 и DD1 в панельки. При этом следите за положением ключа микросхем.
Снова включите паяльную станцию и убедитесь, что все функции работают правильно. На индикаторе отображается температура, энкодер ее изменяет, паяльник нагревается, а светодиод сигнализирует о режиме работы.
Далее необходимо откалибровать паяльную станцию.
Оптимальный вариант при калибровке – использование дополнительной термопары. Необходимо выставить требуемую температуру и проконтролировать ее на жале по эталонному прибору. Если показания различаются, то произведите подстройку многооборотным подстроечным резистором R4.
При настройке помните, что показания индикатора могут отличаться незначительно от фактической температуры. То есть, если вы установили, например, температуру "280", а показания индикатора в небольшой степени отклоняются, то по эталонному прибору вам нужно добиваться именно температуры 280°С.
Если под рукой нет контрольного измерительного прибора, то можно установить сопротивление резистора около 90кОм и потом подбирать температуру опытным путем.
После того, как паяльная станция проверена, можно аккуратно, чтобы не потрескались детали, установить лицевую панель.
Видео работы
Мы сняли краткое видео-обзор
…. и подробное видео, на котором показан процесс сборки:
Инфракрасная паяльная станция - это устройство для пайки микросхем в корпусе BGA. Если прочитанное ничего вам не говорит, вряд-ли вам стоит заходить под кат. Там ардуины, графики, программирование, амперметры, саморезы и синяя изолента.
Предыстория первая.
Моя профессиональная деятельность некоторым образом связана с электроникой. Поэтому родственники и знакомые постоянно норовят притащить мне какую-нибудь не совсем исправную электронную штуку со словами «ну посмотри, может тут какой проводок отпаялся».
В тот раз такой штукой оказался 17" ноутбук eMachines G630. При нажатии на кнопку питания зажигался индикатор, шумел вентилятор, но дисплей был безжизненным, не было звуковых сигналов и активности жесткого диска. Вскрытие показало, что ноутбук построен на платформе AMD, а северный мост имеет маркировку 216-0752001. Беглое гугление показало, что у чипа весьма плохая репутация в части надежности, зато проблемы с ним легко диагностируются. Нужно лишь его прогреть. Выставил на паяльном фене 400 градусов и подул на чип секунд 20. Ноутбук запустился и показал картинку.
Диагноз поставлен. Казалось бы, дело за малым - перепаять чип. Вот тут меня ожидало первое откровение. После обзвона сервис-центров выяснилось, что минимальная сумма, за которую в Минске можно поменять чип - 80 долларов. 40 долларов за чип и 40 долларов за работу. Для ноутбука общей стоимостью хорошо если 150 долларов это было весьма не бюджетно. Дружественный сервис по знакомству предложил перепаять чип по себестоимости - за 20 долларов. Итоговый ценник снизился до 60 долларов. Верхняя граница психологически приемлемой цены. Чип был благополучно перепаян, ноутбук собран, отдан и я о нем благополучно забыл.
Предыстория вторая.
Через несколько месяцев после окончания первой предыстории мне позвонил родственник со словами «Ты же любишь разную электронику. Забери ноутбук на запчасти. Бесплатно. Или просто выкину в мусор. Сказали, вроде материнская плата. Отвал чипа. Ремонтировать экономически нецелесообразно». Так я стал обладателем ноутбука Lenovo G555 без жесткого диска, но со всем остальным, включая блок питания. Включение показало те же симптомы, что и в первой предыстории: кулер крутится, лампочки горят, больше признаков жизни нет. Вскрытие показало старого знакомого 216-0752001 со следами манипуляций.
После прогрева чипа ноутбук запустился как ни в чем не бывало, как и в первом случае.
Размышления.
Так я оказался владельцем ноутбука с неисправным северным мостом. Разобрать его на запчасти или попытаться починить? Если второе, то снова паять его на стороне, пусть даже за 60 долларов, а не за 80? Или купить собственную инфракрасную паяльную станцию? А может собрать своими руками? Хватит ли у меня сил и знаний?
После некоторых размышлений было решено попытаться починить, причем починить самостоятельно. Даже если попытка не увенчается успехом, разобрать его на запчасти это никак не помешает. А инфракрасная станция будет полезным подспорьем во многих работах, требующих предварительного подогрева.
Техническое задание.
Изучив цены на готовые промышленные инфракрасные станции (от $1000 до плюс бесконечности), перелопатив кучу топиков на профильных форумах и роликов на Youtube, окончательно сформировал техническое задание:
1. Буду изготавливать собственную паяльную станцию.
2. Бюджет конструкции - не более 80 долларов (две перепайки в сервис-центре без материалов).
Дополнительно в оффлайне были куплены:
Линейные галогенные лампы R7S J254 1500W - 9 шт.
Линейные галогенные лампы R7S J118 500W- 3 шт.
Патроны R7S - 12 шт.
Из хлама в гараже на свет божий были извлечены:
Док-станция от какого-то допотопного лэптопа Compaq - 1 шт.
Штатив от советского фотоувеличителя - 1 шт.
В домашнем складе были найдены силовые и сигнальные провода, Arduino Nano, клемники WAGO.
Нижний нагреватель.
Вооружаемся болгаркой и отрезаем от док-станции все лишнее.
К листу металла прикрепляем патроны.
Соединяем патроны по три штуки последовательно, получившиеся три цепочки в параллель. Устанавливаем лампы, прячем в корпус.
Поиск материала для отражателя занял продолжительное время. Использовать фольгу не хотелось из-за подозрения в ее недолговечности. Использовать более толстый листовой металл не получалось из-за сложностей с его обработкой. Опрос знакомых сотрудников промышленных предприятий и обход пунктов скупки цветмета результатов не дал.
В конце концов удалось найти листовой алюминий чуть толще фольги, идеально подходящий для меня.
Теперь я точно знаю, где такие листы искать - у полиграфистов. Они их крепят к барабанам в своих машинах, то ли для переноса краски, то ли еще для чего-то. Если кто в курсе, расскажите в комментариях.
Нижний нагреватель с установленным отражателем и решеткой. Вместо решетки правильнее использовать , но стоит он совершенно не бюджетно, как и все с наклейкой «Professional».
Светит красивым оранжевым светом. Глаза при этом не выжигает, смотреть на свет можно совершенно спокойно.
Потребляет порядка 2.3 кВт.
Верхний нагреватель
Идея конструкции та же самая. Патроны привернуты саморезами к крышке от компьютерного блока питания. К ней же прикреплен согнутый из алюминиевого листа отражатель. Три пятисотваттные галогенки соединены последовательно.
Тоже светит оранжевым.
Потребляет порядка 250 ватт.
Схема управления
Инфракрасная станция - суть автомат с двумя датчиками (термопара платы и термопара чипа) и двумя исполнительными механизмами (реле нижнего нагревателя и реле верхнего нагревателя).
Было решено, вся логика регулирования мощности нагрева будет реализована на ПК. Arduino будет только мостом между станцией и ПК. Получил с ПК параметры ШИМ-регулирования нагревателей - выставил их - отдал температуру термопар в ПК, и так по кругу.
Arduino ожидает на последовательном порту сообщения типа SETxxx*yyy*, где xxx - мощность верхнего нагревателя в процентах, yyy - мощность нижнего нагревателя в процентах. Если полученное сообщение соответствует шаблону, выставляются ШИМ-коэффициенты для нагревателей и возвращается сообщение OKaaabbbcccddd, где aaa и bbb - установленная мощность верхнего и нижнего нагревателей, ccc и ddd - температура, полученная с верхней и нижней термопары.
«Настоящий» аппаратный ШИМ микроконтроллера с частотой дискретизации несколько килогерц в нашем случае неприменим, так как твердотельное реле не может отключиться в произвольный момент времени, а только при прохождении переменного напряжения через 0. Было решено реализовать собственный алгоритм ШИМ с частотой порядка 5 герц. Лампы при этом полностью гаснуть не успевают, хоть и заметно мерцают. При этом минимальным коэффициентом заполнения, при котором еще есть шансы захватить один период сетевого напряжения, оказывается 10%, чего вполне достаточно.
При написании скетча была поставлена задача отказаться от задания задержек фунцией delay(), так как есть подозрение, что в момент задержек возможна потеря данных с последовательного порта. Алгоритм получился следующий: в бесконечном цикле проверяется наличие данных из последовательного порта и значение счетчиков времени программного ШИМ. Если есть данные из последовательного порта, обрабатываем их, если счетчик времени достиг значений переключения ШИМ, проводим действия по включению-выключению нагревателей.
#include
Приложение для компьютера.
Написано на языке Object Pascal в среде Delphi. Отображает состояние нагревателей, рисует график температуры и имеет встроенный примитивный язык моделирования, больше по философии напоминающий какой-нибудь Verilog, нежели к примеру Pascal. «Программа» состоит из набора пар «условие - действие». К примеру «при достижении нижней термопарой температуры 120 градусов установить мощность нижнего нагревателя 10%, а верхнего - 80%». Таким набором условий реализуется требуемый термопрофиль - скорость нагрева, температура удержания и т. п.
В приложении раз в секунду тикает таймер. По тику таймера функция отправляет в контроллер текущие установки мощности, назад получает текущие значения температур, отрисовывает их в окне параметров и на графике, вызывает процедуру проверки логических состояний, после чего засыпает до следующего тика.
Сборка и пробный запуск.
Схему управления собрал на макетке. Не эстетично, зато дешево, быстро и практично.
Окончательно собранное и готовое к запуску устройство.
Прогон на тестовой плате выявил следующие наблюдения:
1. Мощь нижнего нагревателя невероятна. График температуры тонкой ноутбучной платы свечой взлетает вверх. Даже при 10% мощности плата уверенно греется до требуемых 140-160 градусов.
2. С мощностью верхнего нагревателя похуже. Догреть чип даже до температуры «низ+50 градусов» получается только на 100% мощности. То ли придется впоследствии переделывать, то ли пускай остается как защита от соблазна недогревать низ.
Покупка чипа на Aliexpress.
В продаже есть два вида мостов 216-0752001. Одни заявлены как новые и стоят от 20 долларов за штуку. Другие указаны как «бывшие в употреблении» и стоят 5-10 долларов за штуку.
Среди ремонтников много мнений относительно б/у чипов. От категорически отрицательных («бугага, приходи ко мне, у меня как раз под столом горка бэушных мостов насобиралась после перепайки, я тебе их недорого продам») до осторожно нейтральных («сажаю иногда, вроде нормально работают, возвраты если и бывают, то не намного чаще новых»).
Поскольку ремонт у меня ультрабюждетный, то было решено сажать чип бывший в употреблении. А чтобы перестраховаться на случай дрогнувшей руки или неисправного экземпляра, был найден лот «2 штуки за 14 долларов».
Демонтаж чипа
Устанавливаем плату на нижний подогрев, крепим одну термопару к чипу, вторую к плате подальше от чипа. Для уменьшения теплопотерь накрываем плату фольгой, за исключением окошка под чип. Ставим верхний нагреватель над чипом. Так как чип уже пересаживался, загружаем самостоятельно придуманный профиль для свинцового припоя (нагрев платы до 150 градусов, догрев чипа до 190 градусов).
Все готово для старта.
После достижения платой температуры 150 градусов автоматически включился верхний нагреватель. Внизу под платой видна разогретая нить накаливания нижней галогенки.
В районе 190 градусов чип «поплыл». Поскольку вакуумный пинцет в бюджет не уместился, цепляем его тонкой отверткой и переворачиваем.
График температур в процессе демонтажа:
На графике хорошо виден момент включения верхнего нагревателя, качество стабилизации температуры платы (желтая крупно волнистая линия) и температуры чипа (красная мелкая рябь). Красный длинный «зубец» вниз - падение термопары с чипа после его переворота.
Запаивание нового чипа
Ввиду ответственности процесса было не до фотосъемки и изготовления скриншотов. В принципе все то же самое: проходимся по пятакам паяльником, мажем флюсом, устанавливаем чип, устанавливаем термопары, отрабатываем профиль пайки, легким пошатыванием убеждаемся, что чип «поплыл».
Чип после установки:
Видно, что сел более-менее ровно, цвет не поменялся, текстолит не погнуло. Прогноз на жизнь - благоприятный.
Затаив дыхание включаем:
Да! Материнская плата запустилась. Я перепаял первый в жизни BGA. К тому же с первого раза успешно.
Ориентировочно смета затрат:
Лампа J254: $1.5*9=$13.5
Лампа J118: $1.5*3=$4.5
Патрон r7s: $1.0*12=$12.0
Термопара: $1.5*2=$3.0
MAX6675: $2.5*2=5.0
Реле: $4*2=$8.0
Чипы: $7*2=$14.0
Итого: $60 минус оставшийся запасной чип.
Ноутбук был собран, в него добавлен найденный в столе жесткий диск на 40 гигабайт, установлена операционная система. Для предотвращения в будущем подобных инцидентов с помощью k10stat напряжение питания ядра процессора понижено до 0.9В. Теперь при самом жестком использовании температура процессора не поднимается выше 55 градусов.
Ноутбук был установлен в столовой в качестве фильмотеки для самого младшего члена семьи, который отказывается принимать пищу без любимых мультиков.
