14 stycznia 2017

Prosta stacja lutownicza na LM358


Kiedyś próbowałem już stworzyć samemu stację lutowniczą z wykorzystaniem wzmacniacza operacyjnego ale dotychczas wszystkie moje wysiłki kończyły się fiaskiem. Mimo, że na chwilę obecną posiadam już stacje lutowniczą firmy Solomon, postanowiłem do tego tematu powrócić
i spróbować jeszcze raz zbudować swoją własną stację lutowniczą. Na jej potrzeby kupiłem kiedyś na znanym portalu aukcyjnym kolbę o mocy 50W zasilaną napięciem 24V. Postanowiłem ją wykorzystać, w sumie i tak leżała bezużyteczna. Resztę podzespołów posiadałem na stanie, duża ich część pochodzi z odzysku m.in. transformator oraz obudowa.

Całość jest zasilana transformatorem o mocy ok. 50VA i napięciu znamionowym strony wtórnej 24V, które jest wyprostowane za pomocą mostka gretza. Układ sterowania, wraz z wzmacniaczem operacyjnym zasilany jest poprzez stabilizator napięcia 12V. Pierwsza część wzmacniacza operacyjnego działa jako wzmacniacz nieodwracający o wzmocnieniu x100. Wzmacnia on sygnał wychodzący z termopary typu K. Druga jego część działa jak komparator, porównując wzmocnione napięcie z napięciem ustawionym za pomocą potencjometru. A zatem na wyjściu drugiego wzmacniacza - komparatora uzyskujemy dwa stany; zera lub jedynki. Ten z kolei steruje tranzystorem polowym IRFZ44N, który załącza grzałkę w kolbie.

Projekt płytki prostej stacji lutowniczej na LM358
Transformator zajmuje znaczną część obudowy dlatego postanowiłem zaprojektować płytkę w taki sposób, aby znajdowała się na przednim panelu obudowy. Potencjometr został prostopadle zamontowany do płytki i za jego pomocą, oraz dodatkowo za pomocą dwóch śrub M3 płytka została przytwierdzona do obudowy. Umieszczenie mostka gretza, głównego kondensatora filtrującego (C3), tranzystora polowego oraz stabilizatora napięcia nie jest przypadkowe - jest podyktowane wolnym miejscem w obudowie. Zwracam również uwagę, że pomimo iż stabilizator napięcia i tranzystor polowy znajdują się w tej samej osi nie należy ich łączyć ze sobą radiatorem; grzałka będzie cały czas grzała. Masa będzie się zamykać poprzez stabilizator napięcia. Dodatkowo dodałem dwa potencjometry precyzyjne, które umożliwiają kalibracje stacji lutowniczej.

Ukończona płytka prostej stacji lutowniczej
Temperaturę z grota, a w zasadzie z termopary (o tym później) można odczytać podłączając miernik z możliwością pomiaru temperatury za pomocą termopary typu K, w miejsce oznaczonym na płytce jako "TEMP". Radzę skupić się na temperaturze maksymalnej, ponieważ kręcąc potencjometrami wpływamy również na temperaturę minimalną. W zasadzie wystarczyłby nawet jeden potencjometr, ja użyłem dwóch, aby zakres regulacji był większy. Dodatkowo posiadam tylko potencjometry precyzyjne o wartości 10K. Jak się później okazało, była to słuszna decyzja.

Ukończona płytka prostej stacji lutowniczej - inny widok
Zwracam również uwagę na kondensator oznaczony jako C5. Jego brak powoduje niekontrolowane załączanie się kolby przy dotyku części metalowych. Z koli jego większa pojemność spowoduje powiększenie się histerezy. W znacznym stopniu za histerezę w tym układzie ponosi również odpowiedzialność rezystor R6. W moim przypadku ma on wartość aż 4.7Mohm. Wartość tego rezystora jest bardzo duża ale histereza wynosi ok. 1*C. W ten sposób udało mi się osiągnąć bardzo zadowalające wyniki dla wzmacniacza operacyjnego, który - powiedzmy sobie szczerze, nie jest najlepszym wyborem do takich pomiarów.

Jak widać na poniższym  zdjęciu, nie zostało za wiele miejsca w obudowie na montaż elektroniki. Transformator zajmuje jej znaczną część. Model obudowy to Z3 firmy Kradex.

Środek prostej stacji lutowniczej
Do tego projektu postanowiłem również zaprojektować prosty front panel w programie Inkscape. Jest to po prostu biała kartka z wydrukiem, która została następnie zalaminowana i przyklejona taśmą dwustronną. Za pomocą prostego wydruku obudowa prezentuje się lepiej. Ma ona również za zadanie ukryć śruby mocujące samą płytkę oraz pozostałe otwory, które pozostały z poprzedniego projektu w obudowie. Wskaźnik wysterowania pokrętła regulującego temperaturę wyposażyłem w przerywaną linię, która ułatwia regulację temperatury grota. Na przodzie znajduje się również główny przycisk załączający całą stację lutowniczą oraz dwie kontrolki. Do kontrolek stanu pracy; zasilanie oraz grzanie wykorzystałem dwie diody LED 3mm, które znajdują się pod zalaminowaną kartką.

Widok z przodu na ukończoną stację lutowniczą
Gniazdo do podłączenia kolby - DIN5 znajduje się po prawej stronie stacji lutowniczej.

Zwracam również uwagę na wydajność transformatora. Jeśli będzie za mała i przy ustawionej temperaturze grota napięcie to będzie niższe niż ok. 14V, wówczas stacja lutownicza może działać nieprawidłowo.

Muszę jeszcze wspomnieć o samej kolbie, ponieważ jak się okazało, to ona jednak jest najważniejsza. W sumie nie powinno jakoś szczególnie to nikogo dziwić. Otóż podczas tworzenia zakresu regulacji temperatury wzorowałem się na stacji lutowniczej Solomon SL20ESD, która ma regulację temperatury w zakresie 150-420*C. Po zbudowaniu przeze mnie prezentowanej w tym wpisie stacji lutowniczej i podłączeniu kolby lutowniczej, o której wspominałem na początku wpisu, okazało się, że mimo ustawionej temperatury 420*C grot ma opory z topieniem cyny. Taka sama temperatura ustawiona na Solomonie powoduje wysychanie cyny. W celu zbadania o co chodzi, postanowiłem do stacji lutowniczej przeze mnie zbudowanej podłączyć kolbę od Solomona. Okazało się, że zachowuje się tak samo dobrze, jak w Solomonie. Mało tego sama stabilizacja temperatury grotu była dużo lepsza; w kolbie od Solomona po wyłączeniu grzania już po ok. 1s temperatura grota spada i po chwili załącza się ponownie grzanie. Natomiast na taniej kolbie efekt jest zupełnie inny. Otóż po osiągnięciu wyznaczonej temperatury wyłącza się grzanie, a temperatura jeszcze spokojnie idzie w górę o ok. 7*C. Przez co histereza znacznie się zwiększa. Aby było ciekawiej, dodam, że temperatura samego grota różniła się aż o ponad 150*C względem temperatury odczytywanej z termopary. To wyjaśnia dlaczego ustawiając temperaturę na 420*C tańsza kolba miała problemy z topieniem cyny - temperatura samego grota nie przekraczała 300*C!
Taki stan rzeczy oczywiście podyktowany jest samą budową kolby. Otóż ta od Solomona ma znacznie mniejszy wtyk grotu i dodatkowo jest on osadzony w tuleję. Zapewne stosunkowo blisko jego znajduje się również termopara. Natomiast w tańszej kolbie grot umieszcza się na tulejce. A zatem jest on zacznie bardziej podatny na warunki zewnętrzne; chłodzi go powietrze. Natomiast sama termopara mierzy temperaturę samej grzałki. Na sam koniec dodam, że różnica w temperaturze odczytywanej przez termoparę, względem rzeczywistej temperatury grota w kolbie od Solomona (konkretny model kolby to: SL-NI) wynosiła ok. 35*C. 

Na zakończenie dodam, że można się jeszcze pobawić ze wzmocnieniem wzmacniacza operacyjnego. Wymieniając rezystor R3 na wartość ok. 200K można odczytywać temperaturę grota za pomocą zwykłego miernika napięcia: 1mV= 1*C. Oczywiście do prawidłowej pracy stacji lutowniczej będzie trzeba również zmienić wartości pozostałych elementów.

Schemat:
Schemat prostej stacji lutowniczej na LM358

Wykaz części:
rezystory: 4x 1K, 2.2K, 4.7K, 10K, 47K, 2x 100K, 4.7M | potencjometry: 2x (3006Y) 10k, osiowy 10K; liniowe | kondensatory: 3x 100nF, 4.7uF, 47uF, 1000uF/min. 35V | mostek prostowniczy: D3SBA60 (lub mocniejszy), 2x diody LED 3mm | stabilizator napięcia LM7812 | tranzystor IRFZ44N | wzmacniacz operacyjny LM358 | 2x goldpin


Wzór ścieżek i opis przygotowany do naniesienia na płytkę PCB oraz schemat, plik txt z wykazem części, zdjęcia, podglądowy widok płytki oraz pliki frontpanelu.

Brak komentarzy:

Prześlij komentarz

Aby uniknąć spamu, komentarze na blogu pojawiają się po zatwierdzeniu.