В [1] и [2] опубликованы схемы контроллера керамических нагревателей паяльника, однако детская болезнь «60 Вт» не оставляет надежд на применение с остальными изделиями линейки, с которыми непрерывное измерение тока нагревателя в фазе отключения нагрева вызывает серьезный рост рассеиваемой мощности на элементах.
Предложенное схемное решение (Рисунок 1) при сохранении всех преимуществ прототипа позволяет применить любой из серии нагревателей, изменив номинал единственного резистора. В основу положен принцип импульсного питания схемы управления строго в момент перехода сетевого напряжения через ноль.
 |
|
| Рисунок 1. | Принципиальная схема контроллера 100 Вт. |
Транзистор Q1 открывается на время около 200 мкс, в течение которого компаратор может включить силовой ключ или пропустить следующий полупериод. При открытии ключа измерительный ток, обеспечиваемый исключительно зарядом конденсатора C1, отсекается диодом D1, а если ключ остается запертым, питание схемы разрывается закрытием транзистора. Весьма малая мощность, потребляемая контроллером, позволила поднять его питающее напряжение (по сравнению с [2]) и, тем самым, уменьшить влияние сетевых шумов и импульсных помех, сохраняя необходимую величину тока (в импульсе) через нагреватели повышенной мощности.
Номинал R6 зависит от мощности применяемого нагревателя и обеспечивается двумя параллельно соединенными резисторами, подбор одного из которых (при необходимости) позволяет согласовать отметки температуры для разных нагревателей. Пока предлагается простое соотношение между сопротивлениями применяемого нагревателя RHO при комнатной температуре и R6:
R6 ≈ 0.0156 × RHO.
Схема позволяет абсолютно (!) отградуировать шкалу регулятора в градусах Цельсия и сдвинуть/ растянуть/ сжать ее по предпочтению пользователя. Для этого, воспользовавшись формулой изменения сопротивления от температуры
R = RHO(1 + α(T – TO)),
где: α – температурный коэффициент сопротивления (эмпирическое значение 0.0035), TO и T – комнатная и назначаемая отметке температуры, подготавливают нужное количество эталонных резисторов в порядке возрастания T. Далее отсоединяют катод диода D1 от нагревателя и подключают его через первый эталонный резистор к общему проводу. Потенциометр должен быть в положении TMIN. Включить контроллер с нагревателем. Медленно вращать регулятор до зажигания светодиода.
Отметить положение, которое будет соответствовать заданной температуре нагревателя. Выключить контроллер и повторить для оставшихся резисторов.
Из предыдущего понятно, что, применяя резисторы с разными регулировочными характеристиками, можно сжимать или растягивать шкалу, а подбирая в небольших пределах R6, установить начальную или конечную отметку температуры.
Заметим, что суммарное сопротивление R2, R3 пропорционально сопротивлению нагревателя в рабочих пределах. Это позволяет, увеличив номинал R3, установить точку желаемой TMIN в начале шкалы. Номинал потенциометра придется выбрать из ближайшего значения ряда, по возможности сохранив исходное значение. Приведенное на схеме значение R3 назначает температуру TMIN около 150 °C.
У читателей может возникнуть вопрос о правомерности применения MOC3063, максимальный ток которого 100 мА, согласно документации. Здесь нужно пояснить простые понятия. Нагреватель в схеме работает, по большому счету, в четырех режимах: максимальной, средней, минимальной температуры и «холодного пуска». На максимуме температуры сопротивление RH больше исходного (RHO) приблизительно в 2.7 раз, и средний ток через оптотриак близок к паспортному. При средней температуре скважность полупериодов питания около 0.5. На минимальной температуре скважность стремится к нулю. В режиме «холодного пуска» ток спадает из-за роста сопротивления в течение нескольких секунд, до выхода на рабочий режим. Пиковый ток и мощность рассеивания не превысят указанных в документации значений из-за краткости режима. Для проверки надежности несколько контроллеров испытывались во всех режимах с нагревателями сопротивлением от 375 до 608 Ом в течение 8 месяцев и отказов не зафиксировано. Конечно, лучше вместо MOC3063 применить BRT22, который имеет более высокое значение максимального тока, но последний менее доступен.
На Рисунке 1 стабилитрон, обозначенный как Z1, имеет альтернативную замену схемой на U3. Это связано с тем, что у стабилитронов 3V3, имевшихся на момент макетирования, оказался очень большой разброс порогового напряжения, что могло помешать отладке. Применять стабилитроны допустимо, но с условием, что их напряжение стабилизации будет как можно ближе к 3.3 В.
При работе с нагревателями 80/100 Вт советуем, но не настаиваем, заменить биполярный транзистор на полевой AO3401 или его аналог.
В рукотворной паяльной станции (ПС) на два поста для коммутации R6 применены ползунковые переключатели на три положения, общий диодный мост и потенциометры RV097NS B5K с выключателем, включенным в цепь коллектора транзистора. Из сети такую ПС выключать необязательно, достаточно регуляторы вывернуть до щелчка. Набор паяльников с разными наконечниками от старых ПС, переделанных на 220 В, обеспечивают субъективно более комфортную работу, чем цифровые ПС.
Предположив, что подобные керамические нагреватели могут применяться и в оборудовании для поверхностного монтажа, было решено расширить диапазон мощности контроллеров – на вырост, так сказать.
Схема контроллера повышенной мощности показана на Рисунке 2.
 |
|
| Рисунок 2. | Принципиальная схема контроллера 400 Вт. |
Приведенный выше расчет для R6 оказался справедливым для нагревателей с начальным сопротивлением от 130 Ом. Более мощные не испытывались ввиду отсутствия. Диодный мост, тиристор или симистор выбираются по необходимому току. При работе в районе максимальных мощностей, возможно, придется повысить емкость конденсатора C1 до 22 мкФ.
Ссылки
- Валерий Бабанин. Контроллеры керамического нагревателя паяльника
- Валерий Бабанин. Контроллер керамического нагревателя паяльника без датчика температуры
Купить MOC3063 на РадиоЛоцман.Цены
