為變壓器烙鐵DIY一個溫度「穩定器」

作者 : oldking,elektroda.com

可能所有用過變壓器烙鐵的用戶都會注意到,使用這種烙鐵焊接需要經過大量練習,以免因溫度過高而造成損耗。但其問題在於難以控制烙鐵頭的溫度,因此,我決定稍微DIY...

多年來,對於變壓器的烙鐵頭(Soldering tip)缺乏溫度控制,一直令我感到不耐煩。我測試過各種電路、在閘流體上進行調節,甚至以多諧振盪器對烙鐵(Soldering Iron)進行脈衝控制——但都無法成功打造出來,只是在浪費時間。

這些系統無法實現其功能,尤其是在使用三端雙向交流開關(TRIAC)時,結合變壓器的電感以及從正弦波產生方波的系統,並不是個好主意。它看似可行,但變壓器其實是在非常不利的情況下運作。

用「穩定器」(stabilizer)一詞也算是誇大不實,因為這個系統根本就不穩定,而只是「巧妙地」讓烙鐵頭的溫度降低。

注意:不建議沒經驗的人使用這項設計——因為它存在觸電風險,整個系統是在230V電源電壓下運作。進行佈局和測試都要特別小心。

可能所有用過變壓器烙鐵的用戶都會注意到,使用這種烙鐵焊接需要經過大量練習,以免因溫度過高而造成損耗。但其問題在於難以控制烙鐵頭的溫度,而這與烙鐵開啟的時間密切相關。

我決定把它稍微「修理」一下。第一步是檢查變壓器烙鐵在供電電壓降低時的行為。為了先進行測試,我採用一個220V的烙鐵——其實手邊也只有這麼一個。接著再用支援0到250V電壓調節的自耦變壓器進行測試。

首先以每次10V的增量不斷降低電壓,並檢查它是否還能焊接。而當達到170V電壓時,我的烙鐵幾乎就無法再熔化錫了。

大約在200V電壓時,我沒注意到焊接發生任何問題,但在焊接處,即使加熱時間更長,也不至於像在230V時那樣易於造成PCB性能下降。

結論很明顯:將供電電壓降低到200V,好的解決方案會在大約1秒內將烙鐵的電壓從230V自動線性降低到195-200V。為什麼要這樣?其目的在於快速預熱烙鐵頭,然後使其保持其溫度。

為此,我想出了使用可編程的齊納(Zener)二極體,即普遍使用的TL431 IC。這是一款熱穩定性能良好的三端可調分流電壓基準源。根據製造商的應用,該電路可作為齊納二極體使用,但如何使電壓從0V線性增加至30V呢?

因此,我對典型方案進行了一些小改動,以獲得線性電壓變化的效果。

測試版看起來像這樣:

該系統與變壓器初級電路中的烙鐵串聯,可以將供電電壓線性降低約33V (必須為烙鐵選擇此電壓)。

用於設定穩壓的分壓器選擇大約31V的電壓(R3電阻對我來說是71k),建議嘗試從較低的值開始。31V電壓幾乎是該系統的最大工作電壓。較高的電壓可能會對TL431晶片造成危險——不同製造商列出的最大電壓範圍為30至37V。

電路如何工作呢?請注意C2——電壓上升的速度取決於它。

整流橋整流後的電壓會對電容C1充電,從而使其在1s內的前一部份幾乎發生短路(僅二極體上有電壓損耗)。

電壓開始在C1上累積,從而導致電容器C2同時充電,C2上的充電電流使TL431輸入處形成幾乎等於C1電壓的全部電壓。TL431電路驅動限制C1電壓的電晶體,但電容器C2會繼續充電,一段時間後C2充滿,電路達到平衡,電壓由分壓器R3/R4確定。正如我上面所寫的,它大約是31V。功率電晶體必須擰到一個小散熱器上,大約會有12-15W在上面損耗掉。事實上,烙鐵在操作過程中只要幾秒鐘就會變熱。

該原理圖並顯示系統是否正常運作的診斷細節,也就是一個串聯的16V齊納二極體、一個LED和一個限流電阻。當電壓達到20V左右時LED二極體點亮,表示系統正在運作中。

在製作和測試過程中,可以安全地進行,使用一個20-40V的穩壓電源並串聯一個12V/5W的汽車燈泡就足夠了。這樣就能安全地建立電壓。

整個設置是在插入一個帶有附加插座的電源之後,以一個舊外殼製作的。因此,它是一個獨立的模組,可以根據需要安裝烙鐵。

編譯:Franklin Zhao

(參考原文:Temperature “stabilizer” for transformer soldering iron,by oldking)

本文原刊登於EDN China網站

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