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消费电子

客户成功故事与项目成功案例

恒温电烙铁控制板开发设计


电烙铁是在电子产品制造与服务等行业中广泛应用的工具。随着技术的发展,电子产品自动化焊接技术也不断发展,但是采用电烙铁进行元器件进行人工焊接和拆焊等技术依然是必不可少的。现在电烙铁普遍实现了恒温控制和漏电保护等功能,使用寿命也大大增加。在日常使用电烙铁结束后,其残留温度依然比较高,稍不注意就有可能烫伤人,甚至引发火灾等危险事故。很多使用电络铁的人员习惯于用手接近烙铁头去感知电烙铁的残留温度,这样也存在烫伤的危险。为了让使用者能直观了解电烙铁使用后的冷却状态,避免了用手感知电烙铁余温可能产生的危险和可能产生的火灾隐患,设计带冷却指示功能的电烙铁。

一、原有电络铁工作原理分析

以下是某款恒温电烙铁工作原理及电路图(见图1)。市电AC220V经R1降压、D1半波整流、C1滤波、D2稳压后作为集成运放3582比较器件IC的电源电压及调温设定电压源。

图 1 恒温电烙铁电路原理图

热电偶作为检测烙铁头的温度传感器,根据温度不同,产生不同的电动势。工作中将电动势通过电阻R3加到根据IC-A③脚,作为为热电偶检测电压输入端;而②脚为调温设定电压。在②、③脚两端电压比较后,由①脚输出。其中反馈电阻R5的作用在输入信号小幅度波动时,其输出信号锁定不变。当热电偶检到温度偏低时,③脚电平低于②脚电平,使输出①脚为低电平。进而使IC-B放大器⑥脚相对于固定偏置的⑤脚偏低,使输出⑦脚为高。由于IC-B⑤脚电压是由AC220V经R6、R7分压而得,因而,频率、相位完全与AC220V相同。⑤脚电平与⑥脚电平比较后在⑦脚输出交流电压。该交流电压经C2与D3和D4反向并联(作用同双向二极管)的触发电路控制双向可控硅,控制加到烙铁电热丝上的电流导通时间,从而实现恒温控制的目的。

二、电络铁控制电路改进设计

2.1改进基本思路

对上述原有恒温电烙铁进行改进,利用电路中热电偶的热电效应来实现对余温检测。在断开电烙铁加热控制主电路的同时,把热电偶的电压信号引到由集成运放组成的电压比较器上。当电烙铁冷却未结束时,热电偶输出电压使集成运放输出一个高电平,点亮指示LED代表电烙铁冷却中;而当电烙铁冷却结束时,热电偶输出电压很小,集成运放输出端输出一个低电平,LED灯熄灭,表示电烙铁冷却结束。

通过对热电偶输出电压的检测,实现用LED灯显示温度状态,从而使电烙铁具备冷却指示功能。

2.2具体实现过程

以下是带冷却指示恒温电烙铁工作原理及电路图(见图2)。用开关SW1实现对电烙铁工作贺断电的控制。当开关SW1闭合时,电烙铁正常工作,其原理与上述电路原理完全相同,不同之处是在焊接结束以后。

图 2 恒温电烙铁电路原理图

焊接结束以后,开关SW1打开时。U2:A③脚与热电偶被断开,使U2:A①脚输出为高,进而使U2:B放大器⑥脚相对于固定偏置的U2:B⑤脚偏高,使输出U2:B⑦脚一直为低。双向可控硅处于关闭状态,电热丝断电,烙铁不工作。在U2:A③脚支路与热电偶被断开的同时,双掷开关SW1使热电偶经与U3:A③脚相连,同时使集成运放U3:A电源⑧脚与电源线相连,U3:A开始工作,电烙铁冷却未完成时,热电偶输出电压使U3:A③引脚电压高于②引脚电压,使U3:A①引脚输出高电平,经限流电阻R10后点亮LED;当烙铁头温度下降到设定温度时,热电偶输出电压使U3:A③脚引脚电压相对于②引脚电压为低,进而使U3:A①引脚输出低电平,LED灯D5熄灭,从而起冷却指示作用。

三、电烙铁实际使用效果测试

要使用电烙铁时,打开开关,电烙铁得电,红色电源指示灯点亮,电烙铁开始加热,并实现恒温控制;在使用结束时,关闭开关,电烙铁失电,电源指示灯熄灭;同时,蓝色冷却指示灯点亮,电烙铁开始处于冷却状态;当蓝色冷却指示灯熄灭时,代表电烙铁冷却完成。图3到图5是实际使用效果图示。

(1)正常工作时:开始使用时,按下开关,电烙铁开始工作。红色电源指示灯亮。

(2)刚使用结束:使用结束后,打开控制开关,电烙铁电热丝停止工作,红色电源指示灯熄灭;电烙铁处于冷却状态,蓝色冷却指示灯亮起。

(3)电络铁冷却后:当蓝色冷却指示灯熄灭,代表电烙铁冷却完成。

总结

(1)本文在原有恒温电烙铁控制电路基础上进行改进,增加了开关断电功能与冷却指示的新功能,从电路仿真和和实物检测都说明该该作品能够实现相应功能,同时不会影响电络铁使用功率和绝缘电阻等性能指标。电路是在成熟电路的基础上进行改进和创新,具有科学性和创新性。(2)该设计控制电路基础上,只添加了极少量元器件,实现其新功能。主要采用了如下元器件:运算放大器LM358、按键开关、LED灯各一个,10k电阻三个。采用的器件都是市面上成熟、通用的器件,增加成本不超过1元。(3)本设计提高了电烙铁的使用效能.本设计具有电路设计新颖、功能实用、可靠性高、成本低廉等优点,极具推广应用价值。

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