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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Alimentation à découpage pour fer à souder avec thermostat. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Radio-amateur Technologies Le soudage avec un fer à souder électrique était et reste peut-être l'opération la plus courante dans le travail d'un radioamateur. La température de la panne, sa régulation et sa stabilité, la vitesse de chauffage du fer à souder, tels sont les principaux paramètres qui déterminent la qualité de la soudure et la facilité d'utilisation. La littérature radioamateur [1,2] a déjà décrit des conceptions de fers à souder et d'alimentations électriques pour ceux-ci, dans lesquels le capteur de température de la pointe est un thermocouple. Tous méritent attention et ont leurs avantages et leurs inconvénients. Le fer à souder électrique décrit dans [1], bien que connecté à l'alimentation électrique avec un câble à deux fils, ne peut pas assurer une stabilité de température maximale, car le thermocouple n'a pas de contact direct avec la panne du fer à souder. L'alimentation dans son ensemble s'avère assez complexe : seul le régulateur électronique utilise 5 circuits intégrés, de plus, il faut fournir 3 tensions d'alimentation dont deux doivent avoir au moins les stabilisateurs les plus simples. Une conception plus réussie a été proposée dans [2]. Grâce à la connexion non conventionnelle de l'amplificateur opérationnel (sans OOS, alimentation avec tension pulsée), l'auteur a pu minimiser le nombre de pièces dans l'alimentation. La conception du fer à souder s'est avérée simple mais fiable. Tout cela est important pour un radioamateur débutant. Toute personne ayant une certaine expérience dans la conception d'alimentations à découpage peut créer une unité électronique avec régulation de la largeur d'impulsion (PW) de la puissance du fer à souder. En raison de l'absence de transformateur basse fréquence, l'alimentation a moins de poids et de dimensions. De plus, contrairement aux conceptions décrites précédemment fonctionnant sur le principe du « chauffage - refroidissement périodique », un changement de puissance en douceur est utilisé ici à l'aide du contrôle PID, grâce auquel il n'y a pas de fluctuations périodiques de température. Le circuit d'alimentation du fer à souder est illustré à la Fig. 1. Pour plus de commodité, il peut être divisé en deux unités fonctionnelles : analogique et numérique.
La base de la partie analogique est un amplificateur différentiel monté sur l'amplificateur opérationnel DA1. Les fils du thermocouple du fer à souder sont connectés selon la polarité indiquée aux broches 1-2 du connecteur X1 via les résistances R5, R6 aux entrées de l'ampli opérationnel. Le diviseur R2, R3 crée un boîtier artificiel - un fil commun analogique. Si les paires de résistances R4, R9 et R5, R6 sont égales, le gain est déterminé par le rapport R4/R5 ou R9/R6. Le signal de la sortie DA1 à travers le filtre passe-bas R14 C10 R15 est fourni à l'émetteur du transistor VT3, et la tension de référence prélevée sur le curseur de la résistance R19 est fournie à sa base. Avec les valeurs des résistances R18-R20 indiquées dans le schéma, la tension de référence peut être modifiée de 3,8 à 11,2 V (par rapport à la broche 4 de DA1). Le signal amplifié du thermocouple sur la broche 6 de DA1 doit changer à peu près dans les mêmes limites lorsque la température du fer à souder change dans la plage de température spécifiée. À cette fin, l'équilibrage de l'ampli-op est utilisé à l'aide des broches 1 ou 5 (dans ce cas, la broche 1). Pour assurer la stabilité de l'amplificateur et éliminer les interférences du convertisseur de tension, des condensateurs C2-C5, C8, C9 sont utilisés. Ils rétrécissent la bande de fréquence amplifiée "par le haut", améliorent la réjection du mode commun, mais n'affectent pas le gain, puisque le circuit est un amplificateur à courant continu (à proprement parler, un amplificateur de courant à variation lente). Considérons le fonctionnement du nœud numérique - le circuit de génération de signal PSI - à l'aide des oscillogrammes simplifiés illustrés sur la figure 2.
Le générateur d'impulsions rectangulaires (Fig. 2a) est assemblé à l'aide d'éléments logiques DD1.1, DD1.2. La fréquence d'impulsion est déterminée par les éléments R1, C1 et lorsqu'elle est configurée, elle est réglée à environ 40 kHz. Au front de chaque impulsion arrivant à l'entrée horloge du trigger DD2.1, ce dernier passe à l'état simple (en broche 13 - niveau haut, en broche 12 - niveau bas). A partir de ce moment, la charge du condensateur C7 commence par R12, R16, VT2. Lorsque la tension sur C7 atteint le seuil de réinitialisation du déclenchement à l'entrée R, DD2.1 passera à l'état zéro et la tension de niveau haut sur la broche 12 ouvrira le transistor VT1, qui déchargera rapidement le condensateur C7. La chaîne R8C6 accélère ce processus. Le temps de charge de C7, et donc la largeur des impulsions générées par le trigger, est régulé par le transistor VT2. Sur la figure 2b, la courbe 1 représente la tension de sortie de l'amplificateur à thermocouple (broche 6 de DA1), la droite 2 correspond à la tension sur le moteur de la résistance R19. Au cours de la période initiale, lorsqu'un fer à souder froid est branché, sa température augmente continuellement et la tension de l'amplificateur DA1 diminue. Lorsque cette tension devient inférieure de 1 à 1,2 V à la tension de référence réglée sur le curseur de la résistance R19, le transistor VT3 s'ouvre. Le courant du collecteur VT3 est le courant de base du transistor VT2 qui, s'ouvrant lors d'un niveau de tension élevé sur la broche 13 de DD2.1, augmente le taux de charge du condensateur C7 jusqu'à la tension de seuil (Fig. 2c). Dans ce cas, les impulsions générées par le déclencheur DD2.1 deviennent plus courtes (Fig. 2d). Ces impulsions de la sortie 13 de DD2.1 sont fournies aux entrées des éléments 2I-NOT DD1.3 et DD1.4. Les impulsions de la sortie 12 de DD2.1 sont envoyées au diviseur DD2.2. Divisés par 2, les signaux antiphase sont fournis aux autres entrées des éléments DD1.3, DD1.4. Le fonctionnement du circuit est illustré par les oscillogrammes correspondants sur la figure 2, pris par rapport à la sortie de 7 circuits intégrés numériques DD1, DD2, à l'exception du dernier oscillogramme. La figure 2,k montre l'allure de la tension appliquée aux enroulements 1-2 du transformateur T1. Des impulsions de polarité alternée avec des pauses entre elles via T1 sont appliquées aux bases des transistors clés VT4 et VT5 du convertisseur demi-pont et les ouvrent alternativement. Comme le montre la figure 2, lorsque le fer à souder est chauffé, les pauses entre les impulsions sont minimes (elles sont nécessaires pour éliminer le courant traversant VT4, VT5) et la puissance libérée par l'élément chauffant est la plus grande. Dès que la panne du fer à souder a chauffé jusqu'à la température réglée, les pauses augmentent, les impulsions sont raccourcies du même montant, ce qui entraîne une diminution de la puissance et une stabilisation de la température. L'ensemble du circuit est alimenté par une tension redressée de 220 V, traversant le filtre L1 L2 C17 C18. L'élément chauffant du fer à souder est connecté à l'enroulement 3-4 du transformateur T2. Un enroulement séparé 1-2 est également utilisé pour l'isolation galvanique du thermocouple. La tension de cet enroulement est redressée par le pont VD4, chargeant le condensateur C13 à une tension proche de l'amplitude des impulsions et peu dépendante de leur largeur. L'alimentation est fournie aux microcircuits depuis C13 via le stabilisateur paramétrique R21 VD3. Pour démarrer le convertisseur, vous devez appuyer brièvement sur le bouton SA1. Dans ce cas, une tension de 300 V du condensateur C16 est connectée via les résistances de limitation de courant R22, R26 à la diode Zener VD3, fournissant la tension d'alimentation initiale aux microcircuits. Le convertisseur, après avoir démarré, alimente le circuit à partir de l'enroulement 12 T2 après avoir relâché le bouton SA1. Bien que les R23 et R26 assurent la sécurité électrique, vous devez éviter de toucher la panne du fer à souder et d'appuyer simultanément sur le bouton de démarrage. Après avoir libéré ce dernier, le fer à souder dispose d'une isolation galvanique complète du réseau. La LED HL12 est connectée à l'enroulement 2 du transformateur T22 via R1 ; elle signale non seulement que le fer à souder est allumé, mais sert également comme une sorte d'indicateur du mode de fonctionnement du stabilisateur thermique : lorsque le fer à souder est allumé , la LED s'allume avec la plus grande luminosité (puissance maximale), lorsque la panne est chauffée à la température de stabilisation, la luminosité de la lueur diminue légèrement, signalant que le fer à souder est prêt à l'emploi. L'appareil peut utiliser les résistances MLT indiquées sur le schéma de puissance. R19 - toute variable de petite taille. Il convient de noter que la dépendance de la température sur l'angle de rotation du bouton R19 sera la même que celle de la résistance, donc si une échelle de température linéaire est souhaitée, utilisez une résistance du groupe A. Condensateurs C14, C15, C17, Type C18 K73-17 ; C12, C13, C16 - K50-27, K50-29, K50-35. Le reste est en céramique. Les transistors VT4, VT5 peuvent être remplacés par KT858A, KT859A, KT872A et d'autres microcircuits haute tension K561LA7, K561TM2 - par ceux correspondants des séries 564, 164. Commutateur SA1 - toute petite taille sans fixation. Les bobines L1, L2 sont enroulées sur un noyau magnétique toroïdal K16x10x4,5 en ferrite M2000HM1 et contiennent 20 tours de fil PELSHO-0,25 plié en deux. Pour le transformateur T1, le même noyau est utilisé comme dans L1, L2. L'enroulement 1-2 contient 150 tours de fil PELSHO-0,15, les enroulements 3-4, 5-6 - 14 tours de PELSHO-0,25 chacun. Le transformateur T2 est enroulé sur un anneau K28x16x9 en ferrite M2000HM1. Tout d'abord, un enroulement de 5 à 6 à 230 tours de fil PELSHO0,25 est enroulé. L'enroulement 1-2 contient 53 tours de PELSHO-0,15. Le dernier enroulement est enroulé 3-4 avec du fil PEV-2 1,0. Pour un fer à souder avec une résistance d'élément chauffant de 15 Ohms, l'enroulement 3-4 contient 42 tours et la puissance maximale est d'environ 40 W. Pour que les fers à souder avec une résistance chauffante différente puissent être alimentés à partir du bloc fabriqué, l'enroulement 3-4 est réalisé avec des prises. La conception de l’alimentation est arbitraire. Tout dépend des goûts et des capacités du radioamateur. J'ai réussi à placer l'appareil dans un boîtier mesurant 85x80x20 mm, collé en polystyrène et fermé par un couvercle métallique. L'installation s'est avérée très serrée - imprimée et montée. L'unité électronique a été pré-assemblée, ajustée et testée sur une maquette. Le fer à souder peut être fabriqué en utilisant la technologie décrite dans [2]. Certes, à mon avis, le choix du support d'alimentation en courant d'une ampoule pour réaliser un thermocouple n'est pas entièrement réussi : le fil y est trop épais et sa longueur est insuffisante. À cette fin, il est plus pratique d'utiliser un fil d'un diamètre de 0,2 à 0,3 mm. Pour configurer l'appareil, une source DC externe de 30-35 V est connectée au condensateur C13 (le « plus » de la source est au « plus » de C13), le thermocouple du fer à souder est connecté aux prises 1-2 ( dans la polarité indiquée) du connecteur X1. Pour régler la température du fer à souder, la tension du LATR est fournie à son élément chauffant. Tout d'abord, l'ampli-op est équilibré avec la résistance R11 et, si nécessaire, le gain est ajusté en sélectionnant les résistances R5 et R6, en maintenant leur égalité. Lorsque le mode est correctement réglé, la tension à la broche 6 par rapport à la broche 4 de DA1 passe de 10-11 V (à la température minimale de la panne du fer à souder) à 3-4 V (au maximum). Pour déterminer la température, vous pouvez par exemple utiliser la fusion du polyéthylène (limite inférieure) et du plomb (limite supérieure). Vérifier ensuite à l'aide d'un oscilloscope la présence des oscillogrammes correspondants aux points caractéristiques (Fig. 2). Une attention particulière doit être portée à la largeur d'impulsion (Fig. 2e), qui correspond à l'intervalle de garde t3 - la période pendant laquelle les transistors VT4 et VT5 sont fermés, t3 est réglé égal à 4-5 μs avec un fer à souder froid par en sélectionnant R16. Enfin, la source d'alimentation externe est déconnectée de C13, le chauffage du fer à souder est connecté aux prises 3-4 du connecteur X1 et, après avoir connecté l'alimentation au réseau, il est démarré en appuyant sur le bouton SA1, et la LED HL1 doit allumer. Le robinet d'enroulement 3-4 T2 est sélectionné de manière à ce que le fer à souder chauffe jusqu'à la température de fonctionnement en 30 à 50 s et que l'alimentation soit en mode de stabilisation de la température dans n'importe quelle position du bouton du régulateur R19. Vous pouvez le vérifier de cette façon. En régime permanent, tournez le bouton de contrôle de la température d'un petit angle dans un sens puis dans l'autre, tandis que la luminosité de la LED doit sensiblement diminuer dans un cas et augmenter dans l'autre. Après avoir placé l'appareil dans le boîtier, calibrez l'échelle du régulateur de température. Littérature
Auteur : I.N.Tanasiychuk
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