Как подключить к паяльной станции датчик температуры

Паяльная станция своими руками

Пайка электронных плат требует соблюдения определенного уровня температуры для различных деталей, ведь недостаток нагрева приведет к плохому соединению припоя, равно, как и чрезмерный нагрев вызовет преждевременное окисление олова и такое же низкое качество пайки.

Помимо этого на перегретой плате могут отслаиваться дорожки, обугливаться целые участки. Если раньше для работы с мелкими и крупными деталями, лужением относительно большой площади радиолюбители использовали набор из нескольких паяльников, сегодня эта функция решается одной паяльной установкой. Но из-за высокой стоимости такого устройства не все могут позволить себе ее приобретение, поэтому мы расскажем, как собирается паяльная станция своими руками.

Принцип действия и варианты реализации

Принцип работы паяльной станции заключается в способности устройства регулировать температуру нагрева и поддерживать ее в установленных пределах на протяжении всего процесса.

Разумеется, реализация всех вышеперечисленных функций задача не из простых, поэтому изготовление полноценного аналога под силу опытным электрикам, имеющим должное оборудование и опыт сборки электронных схем, изготовления печатных плат.

Поэтому сначала мы разберем относительно простые варианты изготовления, регулировка температуры в которых осуществляется вручную. Но и таких паяльных станций вполне достаточно, чтобы выполнить качественную пайку деталей, ориентируясь только по внешним признакам работы жала.

Способ №1. Контактная паяльная станция

Для такой паяльной станции вам понадобиться относительно классический паяльник мощностью хотя бы 80 – 100Вт, регулятор мощности (в данном примере мы будем использовать диммер), диодный мост, соединительные провода. Такая паяльная станция будет работать без обратной связи по температуре жала паяльника, поэтому результативность воздействия на припой придется определять опытным путем.

Рис. 1: схема изготовления простейшей станции

Так как в домашней сети напряжение может быть значительно ниже 220В, в схеме паяльной станции будет использоваться диодный мост.

Процесс изготовления состоит из следующих этапов:

• Соберите из четырех диодов мост или возьмите готовую сборку с параметрами работы с 220 В на 300 В;
• Отрежьте питающий шнур на расстоянии 10 – 15 см от ручки, запас нужен для подключения к паяльной станции;
• Зачистите выводы проводов как возле паяльника, так и на шнуре, его также будем использовать для подключения;
• Подключите одну из жил шнура питания к диодному мосту через диммер, а вторую напрямую;
• Подсоедините выводы диодного моста к жилам паяльника, лучше использовать клеммное соединение, болтовое или пайку;
• Места электрических соединений заизолируйте для предотвращения поражения электрическим током при работе паяльной станцией;
• Установите мост и светорегулятор на диэлектрическое основание.

Простейшая паяльная станция готова к использованию, достаточно включить ее в розетку и повернуть ручку в нужное положение. Принцип работы с ней схож с прибором для выжигания по дереву. Работая с крупными элементами, регулятор мощности устанавливается в максимальное положение. С мелкими, выводится в половинное значение, следует отметить, что конструкция регулятора температуры на основе диммера изменяет напряжение питания от 220 до 0В, а вам ограничивать его меньше половины смысла не имеет.

Способ №2. Бесконтактная паяльная станция

Как показывает практика, далеко не всегда нагревом жала можно воздействовать на любые элементы платы, к примеру, к тем же smd деталям крайне трудно подобраться. В таких ситуациях используется паяльный фен, направляющий поток горячего воздуха на ножки.

Несмотря на схожесть, переделать обычное устройство для сушки волос в инфракрасную станцию не получится, так как рабочая температура должна достигать 500 – 800ºС. Для сборки такой паяльной станции вам понадобится компрессор для подачи воздуха, нагревательный элемент, корпус для элементов управления, сопло, понижающий трансформатор, выпрямитель, блок управления скоростью подачи воздуха.

Принципиальная схема такой паяльной станции приведена на рисунке ниже:

Рис. 2: электрическая схема термофена

Принцип действия паяльной станции основан на воздействии инфракрасного излучения от нагревательного элемента непосредственно в область пайки. Компрессор подает воздух от нагревателя через сужающееся сопло, создавая эффект турбины, производительность насоса желательно обеспечить в пределах от 20 до 30 л в минуту.

При изготовлении инфракрасной станции существует два способа для ее выполнения – ручная модель или стационарная. Первый вариант подходит в тех ситуациях, когда корпус ИК паяльной предвидится относительно небольших размеров и будет удобно помещаться в руке. Второй способ подойдет для крупногабаритных приспособлений, в которых станция установлена неподвижно, а заготовка перемещается под соплом.

Рассмотрим такой пример изготовления паяльной станции бесконтактного типа:

• Намотайте нагревательную спираль из нихромовой проволоки, в данном случае используется диаметром 0,8мм. Можете взять и другой вариант, к примеру, от электрической плиты. Рис. 3: намотайте нагревательный элемент
• Для намотки используйте жесткий каркас, укладывайте витки вплотную, но не делайте нахлестов и следите за тем, чтобы не закоротить намотку. Чем меньше диаметр проволоки у вас получится, тем эффективнее будет идти нагрев, достаточно будет спирали с наружным диаметром 8 – 10 мм.
• В данном примере изготавливаются несколько спиралей, соединяемых параллельно для повышения температуры нагрева.
• Установите полученную спираль на цилиндрический каркас из негорючего материала.

Предварительно удалите с каркаса все лишнее но если он уже готов, можете сразу осуществлять намотку.

• Изготовьте металлический стакан для нагревательного элемента, в этом примере изготовления паяльной станции мы сделаем его из корпуса пальчиковой батарейки.
• Из куска телескопической антенны от радиоприемника сделайте сопло, один край которого нужно расплескать и надеть на шайбу. Рис. 5. Наденьте шайбу
• Прикрутите шайбу сопла к стакану из батарейки при помощи соразмерных болтов. Рис. 6: прикрутите сопло к стакану
• Поместите внутрь стакана между спиралью и стенками термоизоляционный материал, чтобы предотвратить перегревание наружных деталей.
• Соберите диодный мост из четырех полупроводниковых элементов, если под рукой уже есть готовая сборка, можете использовать и ее.
• Изготовьте блок питания из понижающего трансформатора и выпрямительного агрегата, ваша задача получить на выходе низкое напряжение для снижения вероятности поражения электротоком. В рассматриваемом примере получается около 10 – 15В, мощность трансформатора составляет 150Вт. Аналогичная модель может браться с готового оборудования.
• Корпус для паяльной станции мы изготовим из обычной пластиковой бутылки. В данном примере нам нужен прозрачный пластик, так как в нем легче подключать блок питания, нагнетатель воздуха и плату управления. Рис. 7. соедините все элементы в корпусе
• Подключите куллер и нагревательную спираль к выводам блока питания, подсоедините регулятор напряжения. Рис. 8. установите кулер

Регулировка мощности теплового потока может осуществляться либо по скорости подачи воздуха, либо по уровню напряжения, подаваемого на нагреватель.

• Подключите шнур питания к выводам трансформатора – паяльная станция готова к использованию. Рис. 9: паяльная станция готова

Способ №3. Автоматическая паяльная станция на базе Ардуино

Такая паяльная станция собирается на базе микроконтроллера Arduino, который выполняет роль логического элемента, обрабатывающего данные от индикатора температуры и регулирующего мощность нагрева жала. Отличительной особенностью такого устройства является полная автоматизация контроля за температурой – вам достаточно задать ее и дождаться нагревания. Пример схемы для сборки приведен на рисунке ниже:

Рис. 10. схема паяльной станции на базе ардуино

Чтобы собрать такую станцию вам понадобится:

• сама плата Ардуино для управления работой паяльной станции;
• цифровое табло для отображения температуры нагрева;
• микросхему для программирования паяльной станции;
• транзистор, стабилизатор и кнопки, магазин резисторов и емкостных элементов.

Для сборки такой паяльной станции воспользуйтесь приведенной схемой, в качестве нагревательного элемента будет выступать жало обычного паяльника с датчиком температуры, которые подключаются к собранной схеме.

К недостаткам такого устройства следует отнести его сложность, из-за чего начинающие радиолюбители могут попросту не собрать рабочую версию с первого раза. Также для пайки используемых в автоматической станции элементов вам понадобиться специальный паяльник и предварительные навыки работы с ним, чтобы не испортить детали.

Цифровая паяльная станция своими руками

В этом посте мы будем делать в домашних условиях недорогую цифровую паяльную станцию Hakko 907! Она способна поддерживать переменную и постоянную температуру (до 525 °C). Для создания паяльной станции потребуются несколько компонентов общей стоимостью всего 7 долларов (не считая блока питания, но можно использовать уже имеющийся блок питания). Мне не удалось найти подробные инструкции по созданию такой станции, поэтому я решил подготовить собственный туториал с подробным описанием процесса.

Технические характеристики

Станция предназначена для ручных паяльников Hakko 907.

Станция совместима с ручными паяльниками аналогичного типа.

Температурный диапазон: от 27 до 525 °C.

Время прогрева: от 25 до 37 с (до 325 °C).

Рекомендованный источник питания: 24 В, 3 А.

Мощность: 50 Вт (средняя).

Схема сборки, разводка печатной платы, код и файлы стандартной библиотеки шаблонов доступны по ссылке.

Шаг 1. Обычные и цифровые паяльники

Как и любой самодельщик, я взял за основу обычный паяльник. Эти паяльники отлично проявляют себя в работе, однако у них есть ряд недостатков. Любому домашнему мастеру, кто хоть однажды паял, известно, что нагрев таких паяльников занимает от 7 до 15 минут и только после этого их можно использовать по назначению. После нагревания такие паяльники продолжают работать в максимальном температурном диапазоне. В некоторых случаях такие паяльники при длительном контакте с электронными компонентами могут их повредить. Я на своём опыте знаю, что, если неудачно дотронуться сильно разогретым наконечником паяльника до перфорированной макетной платы, можно повредить приклеенный на плату медный слой. Вообще говоря, таких ошибок можно избежать, и для этого существуют свои способы и приёмы, но, стоит только попробовать пайку с цифровой паяльной станцией, у вас никогда не возникнет желания вернуться к старым методам.

Обычные паяльники с регулятором температуры

Для регулирования температуры нагрева обычных паяльников существует простой и распространённый способ – подключить в цепь питания регулятор температуры, ограничивающий мощность, подаваемую на нагревательный элемент. Такие регуляторы устанавливаются на продукты довольно часто. В своё время у меня была паяльная станция Weller с таким регулятором. И это было на самом деле очень удобно! Единственным недостатком такого способа является отсутствие замкнутого контура температурной обратной связи. В некоторых случаях температура паяльника будет меньше установленной регулятором, так как по мере пайки поглощающих тепло компонентов температура наконечника будет снижаться. Чтобы компенсировать падение температуры, можно повернуть регулятор, но, стоит прекратить пайку, температура снова повысится. Время разогрева паяльника можно несколько уменьшить, если повернуть регулятор в крайнее (максимальное) положение, а после разогрева повернуть его обратно.

Цифровая паяльная станция

Я предпочитаю третий способ – самый любимый. Он довольно схож со способом использования паяльника с регулятором температуры, но при этом все действия выполняются автоматически с помощью PID-системы (системы с пропорционально-интегрально-дифференциальным регулятором). Говоря простым языком, такая автоматизированная электронная система управления паяльной станцией «поворачивает» ручку регулятора температуры за вас. Если система обнаружит, что температура наконечника паяльника опустится ниже установленного значения, система повысит мощность до значения, необходимого для выработки тепла на наконечнике паяльника. Если температура паяльника поднимется выше установленного значения, питание на паяльник перестанет подаваться, что приведёт к снижению температуры. С помощью такой системы ускоряется весь процесс пайки – система постоянно включает и отключает нагревательный элемент паяльника и, таким образом, поддерживает постоянную температуру на его наконечнике. Поэтому при использовании цифровых паяльных станций паяльник разогревается значительно быстрее.

Шаг 2. Компоненты и материалы

В зависимости от того, где вы собираетесь купить компоненты станции, итоговая цена системы может оказаться разной (советую закупить компоненты на Aliexpress, так выйдет дешевле всего). Я ещё попробую выяснить, в каких именно интернет-магазинах можно приобрести самые дешёвые компоненты, и, возможно, внесу в ссылки некоторые изменения. Свои компоненты я приобрёл в местном магазине E-Gizmo Mechatronics Manila.Требуемые материалы:

Паяльник Hakko 907 (аналог за 3 доллара).

Программируемый контроллер Arduino Nano.

Понижающий преобразователь (MP2303 производства D-SUN).

Гнездовой 5-штырьковый DIN-разъём.

Гнездо для подключения внешнего источника постоянного тока (2,1 мм).

Источник питания 24 В, 3 A.

ЖК-дисплей 16X2 I2C.

Операционный усилитель LM358.

МОП-транзистор IRLZ44N (я использовал IRLB4132, он лучше).

Электролитический конденсатор 470 мкФ, 25 В.

Сопротивление 470 Ом, 1/4 Вт.

Сопротивление 2,7 кОм, 1/4 Вт.

Сопротивление 3,3 кОм, 1/4 Вт.

Сопротивление 10 кОм 1/4 Вт.

Потенциометр 10 кОм.

ЗАМЕЧАНИЕ: на принципиальной схеме и печатной плате ошибочно указан транзистор IRFZ44N. Следует использовать транзистор IRLZ44N, это версия транзистора IRFZ44N логического уровня. В моей системе я использовал транзистор IRLB4132, так как его у нас легче купить. Можно использовать и другие МОП-транзисторы. Они будут нормально работать, если их технические характеристики соответствуют приведённым ниже. В старой версии паяльной станции я использовал транзистор IRLZ44N.

Рекомендованные технические характеристики МОП-транзисторов:

N-канальный МОП-транзистор логического уровня – МОП-транзисторы логического уровня можно непосредственно подключать к штыревому соединителю логической платы (цифровому штырьку Arduino). Поскольку напряжение насыщения затвора ниже обычных напряжений Vgs стандартных МОП-транзисторов, на МОП-транзисторе логического уровня предусмотрен затвор для подачи напряжений насыщения 5 или 3,3 В (Vgs). Некоторые производители не указывают это в технических характеристиках. Это отражено на кривой зависимости Vgs от Id.

Значение Vds должно быть не менее 30 В – это предельное значение напряжения МОП-транзистора. Мы работаем на 24 В, и, в принципе, значения напряжения Vgs 24 В должно хватить, но обычно, чтобы обеспечить стабильную работу, добавляется некоторый запас. Стандартное значение напряжения Vgs для большинства МОП-транзисторов составляет 30 В. Допускается использование МОП-транзисторов с более высокими напряжениями Vgs, но только в том случае, если другие технические характеристики не выходят за пределы диапазона.

Сопротивление Rds(on) 0,022 Ом (22 мОм): чем ниже, тем лучше. Rds(on) – это сопротивление, формируемое на контактах стока и истока МОП-транзистора в состоянии насыщения. Проще говоря, чем ниже значения сопротивления Rds(on), тем холоднее будет МОП-транзистор. При увеличении значения Rds(on) МОП-транзистор будет при работе нагреваться благодаря рассеиванию мощности из-за – хоть и небольшой, но всё-таки присутствующей – резистивности МОП-транзистора, даже если он находится в состоянии проводимости.

Id не менее 3 А (я предлагаю более 20 А) – это максимальный ток, который может выдержать МОП-транзистор.

Шаг 3. Проектирование

Внутри паяльника Hakko 907 находится нагревательный элемент, рядом с которым размещается датчик температуры. Оба этих элемента имеют керамическое покрытие. Нагревательный элемент представляет собой обычную спираль, генерирующую тепло при подаче питания. Датчик температуры фактически представляет собой терморезистор. Терморезистор ведёт себя аналогично резистору – при изменении температуры сопротивление терморезистора меняется.

Таинственный терморезистор Hakko

К сожалению, Hakko не приводит практически никаких данных о терморезисторе, установленном внутри нагревательных элементов. Для меня это много лет оставалось загадкой. Ещё в 2017 году я провёл небольшое лабораторное исследование, пытаясь узнать тепловые характеристики таинственного терморезистора. Я прикрепил датчик температуры к наконечнику паяльника, подключил омметр к штырькам терморезистора и подал питание на нагревательный элемент с испытательного стенда. Увеличивая температуру паяльника, я фиксировал соответствующие сопротивления терморезистора. В итоге у меня получился график, который оказался полезным при разработке электрической схемы. Потом я выяснил, что, возможно, этот терморезистор представляет собой терморезистор с положительным температурным коэффициентом сопротивления. Другими словами, по мере повышения температуры вблизи терморезистора сопротивление терморезистора также увеличивается.(При выполнении следующих шагов рекомендую сверяться с третьим рисунком.)

Делитель напряжения для датчика

Используется для получения полезного выхода с датчика температуры терморезистора. Мне пришлось подсоединить его с помощью делителя напряжения. Здесь повторяется та же история – технические характеристики этого таинственного датчика отсутствуют, поэтому я установил верхний резистор на делитель напряжения, чтобы ограничить максимальную мощность, рассеиваемую на датчике (я установил максимальное значение 50 мВт). Теперь, когда на делителе напряжения появился верхний резистор, я вычислил максимальное выходное напряжение при максимальной рабочей температуре. Напряжение на выходе делителя напряжения составило приблизительно 1,6 В. Затем я попытался решить проблему совместимости АЦП для 10-разрядного программируемого контроллера Arduino Nano и в итоге обнаружил, что не могу подключить датчик делителя напряжения напрямую, так как значения получаются слишком малыми, и они могут оказаться недостаточными для получения нужного результата. Проще говоря, если я подключу датчик делителя напряжения непосредственно к аналоговому штырьку, то между значениями температуры могут возникать пропуски (например, 325 °C, 326 °C, 328 °C. пропущено значение 327 °C).

Операционный усилитель

Чтобы избавиться от возможной проблемы, связанной с пропуском температурных значений, я использовал операционный усилитель, усиливающий низкое пиковое значение выходного напряжения делителя напряжения (1,6 В). Расчёты, представленные на третьем рисунке, устанавливают требуемое минимальное значение коэффициента усиления и значение коэффициента усиления, выбранное мной для рабочей системы. Я не стал доводить коэффициент усиления до значения, при котором 1,6 В на выходе делителя напряжения превращались бы в 5 В опорного напряжения АЦП в Arduino, так как мне хотелось обеспечить определённый запас, если другие паяльники Hakko, подключаемые к делителю напряжения, будут выдавать напряжения выше 1,6 В (что может привести к нелинейным искажениям). Достаточно большой запас обеспечивается при использовании коэффициента усиления 2,22, при этом система сможет работать с другими моделями паяльников.

Шаг 4. Принципиальная схема

В качестве коммутационного устройства для регулирования напряжения методом широтно-импульсной модуляции в проекте используется простой N-канальный МОП-транзистор логического уровня. Он выступает в качестве цифрового переключателя, подающего питание на нагревательный элемент. Нереверсивный операционный усилитель (LM358) используется для усиления очень малых напряжений, выдаваемых терморезистором делителя напряжения. В качестве регулятора температуры используется потенциометр 10 кОм, а светодиодный индикатор представляет собой обычный индикатор, который я подключил и запрограммировал таким образом, чтобы он отображал состояние активности нагревательного элемента. В данном проекте я использовал ЖК-дисплей 16X2 с драйвером интерфейсной шины I2C, так как новичкам в электронике в нём проще разобраться.

Шаг 5. Печатная плата

Разводку печатной платы я осуществил в программе Proteus. Плата разведена как односторонняя намеренно, чтобы ни у кого не возникали трудности в процессе сборки системы в домашних условиях. Обратите внимание, что, если все элементы устанавливаются на одной стороне печатной платы, потребуется одна перемычка. PDF-файлы можно скачать с диска Google по ссылке ниже.Файлы в формате Gerber, если потребуется, можно скачать с диска Google по ссылке ниже. Дизайн моей платы вы также можете получить непосредственно на сайте pcbway, и тогда вам не придётся вручную вводить файлы Gerber.

Шаг 6. Калибровка понижающего преобразователя.

Поскольку большинство клонов программируемого контроллера Arduino Nano способны принимать входное напряжение не более 15 В (более высокое напряжение может вывести из строя пятивольтовый регулятор AMS1117), а нагревательному элементу для оптимальной работы требуется напряжение 24 В, для совместной работы обоих этих компонентов я ввёл в схему понижающий преобразователь. Регулятор AMS1117 5 В, присутствующий в большинстве клонов программируемого контроллера Arduino Nano, имеет падение напряжения 1,5 В, другими словами, входное напряжение на VIN-контакте Arduino Nano должно составлять 6,5 В (5 В + 1,5 В).

Шаги:

Установите напряжение на источнике питания 24 В.

Подключите источник питания ко входу понижающего преобразователя.

С помощью мультиметра отслеживайте напряжение на выходе понижающего преобразователя.

Отрегулируйте подстроечный резистор до значения напряжения на выходе 6,5 В.

Для обеспечения более высокой стабильности можно установить значение 7 В.

Шаг 7. Сборка системы

Для сборки системы воспользуйтесь принципиальной схемой или схемой размещения компонентов (см. предыдущие этапы).

Шаг 8. 3D-печать корпуса

Какой корпус выбрать – дешёвый пластиковый или мой, разработанный для 3D-печати, – решайте сами. Прилагаю для редактирования соответствующий файл Solidworks. Если потребуется осуществить печать заранее, можно воспользоваться файлами STL, которые можно скачать по приведённой ниже ссылке на Google-диск.

Мои настройки 3D-принтера:

Печать осуществляется на принтере Creality CR-10.

Высота уровня 0,3 мм.

Файлы для 3D печати (Solidworks и STL): Шаг 9. Финишная отделка корпуса (покраска и шлифовка).

После завершения печати полученный 3D-корпус корпус можно отшлифовать. Свой корпус, чтобы он выглядел более изящно, я выкрасил в чёрный цвет.Шаг 10. Установка внешних компонентов.

Закрепите на свои места в корпусе ЖК-дисплей, потенциометр 10 кОм, гнездо для подключения внешнего источника постоянного тока и плату. С помощью суперклея прикрепите DIN-разъём и ЖК-дисплей к корпусу.

Шаг 11. Разъём Hakko 907.

У вас, как и у меня, может возникнуть проблема с 5-штырьковым DIN-разъёмом для паяльника Hakko. Штырьковый разъём можно вырезать из паяльника и заменить его на 4-штырьковый разъём (возможно, у вас такой имеется). У меня нашлась пара 5-штырьковых DIN-разъёмов, однако не та, которая используется на Hakko. Третий штырёк – это обычный контакт заземления, его можно игнорировать, если не хочется возиться со схемой заземления и защитой от статического электричества.

Шаг 12. Подключение внешних компонентов

Такое подключение можно выполнить согласно принципиальной схеме (см. предыдущие шаги). Для дополнительной защиты я рекомендую добавить предохранитель в цепь от гнезда для подключения внешнего источника постоянного тока до платы. Я предохранитель не ставил, так как в моём блоке питания предохранитель уже имеется.

Шаг 13. Программирование

ШАГИ:

Подключите программируемый контроллер Arduino к компьютеру.

Загрузите шаблон моей программы.

Внесите в шаблон необходимые изменения.

Для паяльников Hakko 907 я использовал стандартные значения.

После калибровки эти значения, возможно, придётся изменить.

Не забудьте установить библиотеки Wire.h и LiquidCrystal_I2C.h.

Tools > Boards > Arduino Nano.

Tools > Port > выбрать порт, к которому подключён контроллер Arduino.

Как работает код

Если система обнаружит, что температура наконечника паяльника опустится ниже установленного значения, система повысит мощность до значения, необходимого для выработки тепла на наконечнике паяльника. Если температура паяльника поднимется выше установленного значения, питание на паяльник перестанет подаваться, что приведёт к снижению температуры. С помощью такой системы ускоряется весь процесс пайки – система постоянно включает и отключает нагревательный элемент паяльника и, таким образом, поддерживает постоянную температуру на его наконечнике. Поэтому при использовании цифровых паяльных станций паяльник разогревается значительно быстрее.

Контроль PID

В коде не используется техника PID. В первой версии я использовал старый PID-код, и он работает практически так же, как компараторная версия кода (в этом руководстве). Я остановился на более простой версии, так как с ней легче работать (настраивать, модифицировать и пр.). Я могу отправить по электронной почте версию PID, но она мало что изменит. Код Arduino (V1.0)

Шаг 14. Отрегулируйте контрастность ЖК-дисплея и вставьте ручку потенциометра.

Если контроллер Arduino и 16×2 ЖК-дисплей ранее вами не использовались, первым делом нужно настроить подстроечный резистор контрастности ЖК-дисплея. После завершения настройки вставляется пластиковая ручка потенциометра контроля температуры.

Шаг 15. Закройте корпус и включите устройство

Теперь можно закрепить заднюю панель корпуса. Но перед этим необходимо проверить правильность калибровки паяльной станции. В качестве источника питания можно использовать аккумуляторные батареи или любой источник питания с выпрямителем из моего списка рекомендаций по источникам питания. Для получения максимальной производительности паяльной станции рекомендую использовать блок питания 24 В, 3 А. Таким блоком питания паяльной станции может быть импульсный источник питания в металлическом корпусе или, как вариант, зарядное устройство для ноутбука. Если вы не хотите покупать новый источник питания, можно приобрести б/у. Зарядные устройства для ноутбуков, как правило, имеют номинал 18 В, 2,5 A. Они работают нормально, но время разогрева паяльника может достигать 37 с.Шаг 16. Бонус: как повысить теплопередачу.

Совет: для обеспечения лучшей теплопередачи я обычно наношу на наконечник паяльника Hakko 907 термопасту. Этот приём хорошо работает и значительно улучшает теплообмен! В течение первых 30 минут работы нужно не забывать обдувать наконечник воздухом, так как паста может вскипеть и начать выделять испарения. Через 30 минут паста превратится в мелоообразное вещество. Со временем, когда нужно заменить наконечник, помните, что высушенная паста прилипнет к наконечнику и нагревательному элементу. Удалить мелоообразное вещество можно с помощью резинового молотка.

Шаг 17. Станция готова к работе!

Я пользуюсь такой станцией уже почти 5 лет, и в этой статье рассказал о том, как изготовить её доработанную версию. Я внес небольшие усовершенствования в конструкцию, чтобы каждый, кого это заинтересовало, мог сделать то же самое. Интересно, получится ли у вас собрать такую станцию Hakko?

Все про паяльную станцию Lukey (Люкей) 702

Пайка современной электроники без паяльной станции в некоторых случаях не представляется возможной. Именно поэтому легендарная станция Lukey 702 заслужила большую популярность среди радиолюбителей и электронщиков.

На что способна станция

С помощью Lukey 702 можно выпаивать разъемы, SMD и планарные радиодетали, малогабаритные BGA микросхемы и шлейфы.

Паяльник типа HAKKO 900M, и его жала можно менять в зависимости от типа работ.

У фена также есть свои насадки, они называются соплами.

Плюсы станции

• Низкая цена;
• Возможность замены жал на паяльнике и сопла на фене;
• Широкий спектр выполняемых работ;

Минусы

• Плохая термостабилизация;
• Конструктивные недоработки.

Конструктивные недостатки Lukey 702

Плохая термостабилизация — это критический недостаток станции. Он обусловлен конструкцией паяльника и датчиком температуры.

Между жалом и нагревателем присутствует полость, которая плохо нагревается и забирает часть тепла.

Их-за этого при контакте жала к детали, температура резко опускается и медленно поднимается к заданному уровню.

Радиолюбители сделали несколько модернизаций паяльника:

1. Заполнение жала песком. Песок заполняется в жало, и благодаря этому удаляется воздух между жалом и нагревателем. Минус метода — придется при каждой замене жала снова заполнять его песком;
2. Подвинуть нагреватель максимально близко к жалу. Это работает, но отчасти. Рано или поздно нагреватель может треснуть из-за давления жалом на поверхность.

Например, у паяльника T12 термодатчик (термпопара), жало и нагреватель — это единое целое, и это называется картриджем.

И благодаря этому, в картридже отсутствует лишнее пространство и воздух, жало нагревается в разы быстрее и температура держится намного лучше.

Поэтому, паяльник сам по себе такой, его не получится сделать на порядок лучше. Это его конструктивные недостатки, с которым бороться бесполезно.

Доработка станции

Первое что нужно сделать — это установить выключатель на проводе питания. Нельзя оставлять станцию включенной в сеть из-за того, что тиристор находится под напряжением. И в случае пробоя детали включится фен и несмотря на геркон, он начнет разогреваться и расплавится.

Еще можно усовершенствовать усилитель сигнала с термопары для более точных показаний температуры и оперативного реагирования микроконтроллера на заданную температуру. Это можно сделать заменив операционный усилитель на более качественный по характеристикам.

Не стоит забывать о том, что вместо проводов можно поставить массивные разъемы, которые будут крепиться к корпусу. Это очень удобно, появится возможность при необходимости убрать фен со станции, и потом по ситуации сразу же его подключить обратно.

В паяльнике можно поменять нагреватель. Например, если установлен нихромовый, то лучше поменять его на керамический. Керамический нагреватель по всем параметрам лучше, чем нихромовый.

Не стоит забывать и о микроконтроллерах. У них можно поменять прошивку на новую, или доработать ее вручную, добавить звуковое сопровождение.

Крепление паяльной станции

1 — винты крепления; 2 — основная плата; 3 — плата измерения; 4 — корпус; 5 — трансформатор питания; 6 — плата питания.

На основной плате паяльной станции находятся микроконтроллеры управления, цепи питаний и индикаторы. Трансформатор питания крепится отдельно к корпусу внутри станции. Усилитель с термопары паяльника крепится отдельно к основной плате, как и стабилизатор питания. На лицевой стороне корпуса расположены два индикатора температур паяльника и фена, кнопки включения и выключения, кнопочные регуляторы температуры и переменный регулятор потока воздуха фена.

Технические характеристики станции

Принцип работы

При подключении к сети 220 В 50 Гц паяльной станции на вторичных обмотках понижающего трансформатора возникают переменные электродвижущие силы (ЭДС). 10 В (ХР1 3,4 и ХР13 1,2) обмотка необходима для питания микроконтроллеров, усилителей. 29 В (ХР1 1,2) используются для питания и управления двигателем фена. Для нагрева паяльника используется 26 В (ХР 18 1,2), а для фена — сетевое 220 В.

Микроконтроллеры управляют, показывают и контролируют температуру и работу фена, паяльника. Для их питания имеются стабилизаторы и источники опорных напряжений.

Алгоритм работы паяльника

При включении питания кнопкой SA4 производится анализ подключения паяльника. Если на 18 выводе микроконтроллера DD2 сигнал более 4 В, то включения не происходит. Если на 18 выводе микроконтроллера сигнал 0 В, то включается рабочий режим. При нормальном сигнале на 18 выводе микроконтроллера DD2 (0 В), на индикатор HL2 выводится значение ранее установленной температуры и с 15 вывода микроконтроллера DD2 выдается сигнал включения нагрева. На индикатор HL2 (через 1 секунду) начинает выдаваться значение реальной температуры с шагом 1. Значения реальной температуры подаются на 23 вывод микроконтроллера DD2 с усилителя сигнала термопары.

При достижении заданной температуры (совпадении значений введенных в микроконтроллер DD2 данных с полученными с 23 вывода ), микроконтроллер DD2 переходит в режим поддержания температуры. При этом на индикаторе мигает точка (dp) в младшем разряде. При нажатии одной из кнопок SA5 или SA6, производится увеличение или уменьшение значения введенной в микроконтроллер DD2 температуры. При этом на индикатор HL2 начинает выводиться значение устанавливаемой температуры. Шаг установки температуры равен 1. При удержании кнопки SA5 или SA6 в нажатом положении более 3 секунд, инициирует быстрый ввод значений со скоростью 10 значений в секунду.

Прекращение ввода данных через 3 секунды переводит микроконтроллер DD2 в режим выдачи на индикатор HL2 реальной температуры и переход в рабочий режим. Введенные данные остаются в энергонезависимой памяти микроконтроллера DD2 и при выключении и повторном включении являются рабочими на данном этапе. Использован индикатор с общим анодом.

Алгоритм работы фена

При включении питания кнопкой SA1, микроконтроллер DD1 производит анализ состояния 18 вывода. Если на 18 выводе сигнал 0 В (фен установлен на подставке), то на индикатор HL1 выводится значение ранее установленной температуры и через 3 секунды – значение «- — -», (три средних черточки).

Это ждущий режим. При этом не происходит включения нагрева и вентилятора.

Если в этом режиме нажать одну из кнопок SA2 или SA3, то на индикатор HL1 выводится значение заданной температуры и происходит увеличение либо уменьшение значения введенной в микроконтроллер DD1 температуры с шагом в 1. Удержание кнопки SA2 или SA3 более 3 секунд инициирует быстрое изменение значения со скоростью 10 значений в секунду. При прекращении ввода в микроконтроллер DD1 он через 3 секунды переходит в режим выдачи на индикатор HL1 трех черточек. При состоянии сигнала на 18 выводе менее 4 В (фен снят с подставки) происходит включение микроконтроллера DD1 в рабочий режим. При этом на 26 выводе устанавливается сигнал 0 В, который блокирует моментальной отключение питания кнопкой SA1 и включает схему управления вентилятором. Производится анализ состояния 28 вывода микроконтроллера DD1. Если на нем сигнал менее 0,4 В (т.е. подано питание вентилятора), то на индикатор HL1 выводится значение установленной температуры и через 1 секунду значение реальной температуры с шагом в 1. Значения реальной температуры снимаются с 23 вывода микроконтроллера DD1. Подается сигнал нагрева фена с 15 вывода (рабочий уровень 0 В). При достижении заданной температуры, микроконтроллер DD1 переходит в режим поддержания температуры.

При этом на индикатор HL1 выводится значение реальной температуры и мигает точка (dp) в младшем разряде. При нажатии одной из кнопок SA2 или SA3, производится увеличение или уменьшение значения введенной в микроконтроллер DD1 температуры. При этом на индикатор HL1 начинает выводиться значение устанавливаемой температуры. Шаг установки температуры равен 1. Прекращение ввода данных через 3 секунд переводит микроконтроллер DD1 в режим выдачи на индикатор HL1 реальной температуры и переход в рабочий режим. Введенные данные остаются в энергонезависимой памяти микроконтроллера DD1 и при выключении и повторном включении являются рабочими на данном этапе. При установке фена на подставку и появлении на 18 выводе микроконтроллера DD1 сигнала 0 В, через 1 секунду происходит выключение нагрева фена (переход сигнала на 15 вывода в состояние 5 В). Возможность установки температуры фена 100 — 480 градусов, паяльника 200 — 480 градусов.

Регулировка нагрева фена или паяльника производится микроконтроллерами при помощи симисторов VD13 и VD17. Для управления симисторами имеются оптопары DA3 и DA9,через которые микроконтроллеры производят регулировки температур.

Для питания двигателя используется отдельный выпрямитель и блок управления. С разъема ХР1 1,2 переменное напряжение 29 В выпрямляется при помощи диодного моста VD1-VD4. После диодного моста пульсирующее напряжение фильтруется при помощи электролитического конденсатора С1.

Управление потоком воздуха достигается изменением скорости оборотов двигателя. В качестве управляющих элементов в схеме используются транзисторы VT1, VT2, VT3. При помощи делителя R1, R2, R3 устанавливается смещение на VT1. Для регулировки скорости оборотов двигателя используется переменный резистор R2 в качестве потенциометра.

При изменении сопротивления этого потенциометра изменяется смещение транзистора, соответственно и скорость вращения двигателя после следующих каскадов. Конденсатор С2 защищает от помех, стабилитрон VD5 с токоограничительным резистором R4 стабилизирует работу транзистора VT1. Нагрузкой VT1 является следующий транзисторный каскад VT2. Микроконтроллер управления фена DD2 может включать или выключать работу двигателя при помощи транзистора VT2, подавая на него открывающее или запирающее напряжение из 26 вывода. Контроль работы двигателя осуществляется микроконтроллером DD2 при помощи измерения падения напряжения с делителя R8 и R9 при помощи резистора R10. Это напряжение подается на 28 вывод микроконтроллера DD2, регистр которого настроен как компаратор.

Неинвертирующие усилители необходимы для усиления сигналов с термопар фена и пальника для микроконтроллеров. Они построены на основе операционных усилителей DA5 и DA10 с большим коэффициентом усиления по напряжению. Имеют отдельные выпрямители и фильтры для питания. Также питаются от стабилизированного источника 5 В. Например, выпрямитель первого усилителя состоит из диода VD11, фильтра C6, ограничительного резистора R18, стабилитрона VD12. Выпрямитель второго усилителя выполнен точно так же. Выпрямляется переменное напряжение 10 В с разъема ХР1 3,4.

Источники опорных напряжений выполнены на микросхемах DA4 и DA8. Развязка состоит из электролитических конденсаторов и резисторов. Эти источники необходимы микроконтроллерам для питания и измерений.

Стабилизаторы также состоят из микросхем DA6 и DA7. Перед стабилизаторами стоят однополупериодные выпрямители. Например, переменное напряжение с разъема ХР1 3,4 выпрямляется одним диодом VD8 и фильтруется электролитическим конденсатором С10. Затем, отфильтрованное напряжение поступает на стабилизатор DA6. На таком же принципе построен и стабилизатор на микросхеме DA7.

Методики ремонта и настройки станции

Методика настройки и ремонта паяльной станции Lukey 702 заключается в проверке питающих напряжений, температурных диапазонов паяльника и термовоздушного фена, потока воздуха фена и калибровки температуры.

Методика настройки предусматривает проверки:

• температурного дипазона паяльника;
• температурного диапазона термовоздушного фена;
• потока воздуха;
• калибровку температур;
• калибровку отклика фена.

Температурный диапазон фена или пальника станции Lukey 702 проверяются при помощи термометра. Проверка начинается с самой низкой температуры. У фена эта температура 100 °C, у паяльника 200 °C . Затем, устанавливая по 50 °C к текущей температуре с интервалом в 20 с. После 20 с проверяются показания термометра. Должен быть плавный переход от текущей температуры и новой заданной. И так до максимальных температур. У фена, как и у пальника, максимальная температура нагрева составляет 480 °C. При проверке фена поток воздуха должен быть один и тот же.

Калибровка температур осуществляется, как и в проверке температурных диапазонов, но при этом сверяются показания индикаторов паяльной станции Lukey 702 с показанием термометра. Погрешность реальных температур и на индикаторах паяльной станции не должна превышать свыше 50 °C. Калибровка индикации температур производится при помощи либо перемещения термопар в нагревательных элементах или их замену, либо перепрошивке микроконтроллеров DD1, DD2 с более точными настройками компараторов, либо модификации неинвертирующих усилителей DA5 и DA10. Под модификацией неинвертирующих усилителей понимается замена операционного усилителя в блоке на лучший по параметрам прецизионный операционный усилитель, а также изменение его обвязки.

Калибровка отклика термовоздушного фена заключается в регулировки подставки на паяльной станции. Чувствительность отклика зависит от габаритных размеров и магнитной индукции магнита в подставке.

Методика ремонта заключается в следующем:

• поиск неисправности;
• проверки питания;
• осмотр нагревательных элементов;
• измерение управляющих элементов;
• проверки связующих элементов.

Поиск неисправности заключается в последовательной проверке на работоспособность паяльной станции. Для начала необходимо произвести осмотр станции на наличие трещин корпуса фена, паяльника и самого блока управления. Если имеются критические повреждения, деформации и трещины лучше воздержаться от подключения станции в сеть и произвести проверку печатных плат на наличие повреждений и замыканий, аккуратно вскрыв поломанный корпус. Поврежденные корпуса фена и паяльника также вскрываются.

Проверяются на целостность нагревательные элементы, термопары и двигатель. Если повреждения корпуса имеют косметический характер и не влияют на работу, то можно обойтись реставрацией или оставить корпус в прежнем виде. Если повреждения сильно влияют на работу и могут спровоцировать разрушение основания корпуса, то необходимо заменить неисправный корпус на новый. Поврежденные термопары и нагревательные элементы с двигателем заменяются строго на точно такие же по типу, габаритам и техническим параметрам.

Если термопара будет другого типа, то это может спровоцировать неправильную инициализацию температуры, что в свою очередь может вызвать полное открытие оптосимисторов DA3 и DA9.

В результате в течении нескольких минут наступит перегрев нагревательных элементов станций и они выйдут из строя. Также сопротивление и типа нагревательных элементов не должны быть меньше оригинала, ибо в случае с меньшим сопротивлением будет режим короткого замыкания, что в свою очередь повлечет за собою сгорание нагревательных элементов и риск вывода из строя цепей управления станции. (если не установлен предохранитель FU1).

Включить паяльную станцию в сеть. На индикаторах HL1 и HL2 термовоздушного фена и паяльника должны появиться обозначения «- — -» при неподключенном паяльнике и фене на подставке. Если индикаторы не включатся вообще, то следует начать проверку питания.

Проверка питания начинается с понижающего трансформатора. Для этого необходим вольтметр переменного тока. На первичной обмотке трансформатора должно быть 220 В. На вторичной обмотке 10 В, 26 В и 29 В. Если этих напряжений нет, то это свидетельствует о неисправности трансформатора или отсутствии сетевого напряжения. Затем необходимо проверить источники опорных напряжений DA4, DA8 вольтметром постоянного тока. Их напряжения должны быть равны 5 В с погрешностью не более 20%. Стабилизаторы и стабилитроны DA6, DA7, VD12, VD16 также должны стабилизировать 5В для цепей усилителей DA5, DA10. Питания двигателя должно быть 12 В. На входе блока питания двигателя переменное напряжение 29 В.

Проверка нагревательных элементов состоит в простой позвонке и измерения их сопротивления. Очевидная неисправность нагревательного элемента-обрыв или сопротивление, близкое к нулю (короткое замыкание). Проверяется мультиметром. Термопара также не должна быть в обрыве. Проверить работоспособность термопары можно при помощи стороннего источника тепла и вольтметром постоянного тока.

Термопара при нагреве начет вырабатывать свою ЭДС в пределах 1 В. Двигатель термовоздушного фена ЭД1 проверяется на количество оборотов в зависимости от подаваемого напряжения на его выводы.

Управляющие элементы, такие как DD1, DD2 проверяются при помощи осциллографов, мультиметров или логических пробников. Простейшая проверка микроконтроллеров заключается в проверке напряжения на микроконтроллере 5 В. При помощи осциллографа можно снять осциллограммы входящих сигналов и выходящих сигналов от микроконтроллера. На выводы 23 микроконтроллеров DD1 и DD2 поступают сигналы с неивертирующих операционных усилителей DA5 и DA10. Усиление должно минимум в несколько вольт по сравнению с сигналами с термопар в милливольтах. Очень важно, чтобы на входы микроконтроллеров подавалось именно неинвертирующее напряжение, иначе отрицательная полярность полностью закроет компаратор внутри микрон роллеров DD1, DD2, что в свою очередь приведет к отсутствию контроля за температурой и беспрепятственному лавинному увеличению температуры. Это объясняется тем, что микроконтроллеры DD1, DD2 не смогут увидеть реальную температуру, т.к. отрицательная полярность напряжения на их выводах относительно общего вывода означает, что температура на термопаре ниже самой минимальной.

Микроконтроллеры DD1, DD2 начнут подавать на связующие элементы DA3, DA9 импульсы полной работы нагревательных элементов, что равносильно полному короткому замыканию, а не частым импульсам. Опасность заключается в усилении отрицательного сигнала относительного общей, что в свою очередь еще больше начнет заставлять микроконтроллеры DD1, DD2 отпирать управляющие элементы DA3, DA9.

На индикаторах HL1,HL2 тем временем будут отображены самые минимальные температуры станции, хотя в действительности температура уже достигла максимальной и приближается к перегреву. Это приводит к критической работе нагревательных элементов. В течении нескольких минут произойдёт перегрев и вывод из строя термовоздушного фена и паяльника. Также из фена пойдет дым, и будут минимальные обороты двигателя ЭД1. Характерен сначала красный, а затем за несколько секунд раскаляющийся до белого цвета нагревательный элемент фена, хотя он не должен быть постоянно даже красным.

В нормальном состоянии нагревательный элемент фена должен работать импульсивно, т.е. нагреваться на пару секунд, затем охлаждаться в зависимости от команд микроконтроллера и его измерений температуры. Такую ситуацию можно выявить и при помощи осциллографа. Если на 15 выводах DD1 и DD2 при включенном паяльнике и термовоздушном фене в режимах работы наблюдается постоянный сигнал в 5 В то это, может означать, что микроконтроллеры DD1 и DD2 не видят температур. Либо аналогична ситуация описанная выше, либо неисправны сами микроконтроллеры DD1 и DD2, их внутренние блоки или цепи.

При помощи кнопок SA2, SA3, SA5 и SA6 проверяется задача новой температуры в микроконтроллеры DD1 и DD2.

Блок управления двигателя начинается с проверки регулируемого элемента потока воздуха термовоздушного фена. Регулировочный элемент в данной схеме это переменный резистор R2 в делителе из резисторов R1, R3. Проверятся плавность хода резистора, а также наличие обрывов токопроводящей дорожки. Транзисторы VT1, VT2, VT3 и стабилитрон VD5 прозваниваются на целостность p-n перехода при помощи мультиметра в режиме прозвонки.

Если в работе двигателя наблюдаются непостоянные обороты двигателя, по причине чего поступает неравномерный поток воздуха, то следует обратить внимание на электролитический конденсатор C3 и стабилитрон VD5. Транзистор VT2 отвечает за связь микроконтроллера DD1 с блоком управления схемы двигателя, поэтому если при установки фена на подставку станции двигатель не останавливается, то следует проверить на исправность этот транзистор. При замыкании на землю базы VT2 через делитель напряжения R6, R7 двигатель должен остановиться т.к. транзистор VT2 закроет транзистор управления двигателем VT3. При помощи осциллографа или вольтметра постоянного тока проверить сигналы управления транзистора VT2 с его коллектора, при этом изменяя положение переменного резистора R2.

Проверка связующих элементов заключается в прозвонке элементов, таких как оптосимисторы DA1, DA2, DA3, DA9, симисторов VD6, VD7, VD13, VD17. При помощи мультиметра в режиме прозвонки проверяется пробой p-n переходов. Для более подробной диагностики необходимо произвести демонтаж элементов и собрать отдельную схему для тестирования. На оптосимисторы DA1, DA2, DA3, DA9 от генератора подаются импульсы, открывающие светодиод, который в свою очередь открывает оптосимистор внутри кристалла. Применение оптосимисторов позволяет развязать управляющие цепи микроконтроллеров DD1, DD2 от помех переменного напряжения непосредственно с симисторов VD6, VD7, VD13, VD17.

Профилактика работы станции

Профилактические осмотры и техническое обслуживание предусматривают:

• проверку работоспособности термовоздушного фена;
• чистку всех участков схемы, сопла и двигателя фена;
• проверку состояния монтажа схемы;
• замену дефектных элементов и проводов, поврежденных контактов.

При проведении профилактических осмотров и регламентных работ необходимо строго выполнять требования по безопасности по техническому обслуживанию, регулировке и ремонту радиоэлектронной аппаратуры.

Порядок проведения работ:

1. проверяется правильность установки аппаратуры в соответствии с рекомендациями;
2. включается фен и оценивается качество его работы;
3. выключается фен, отключается от сети;
4. разбирается корпус;
5. проверяется качество закрепленных проводов, сетевых предохранителей;
6. удаляется накопившуюся пыль и загрязнения с печатных плат (с обеих сторон);
7. осматривается состояние монтажа схемы, состояние паек и печатных плат;
8. проверяется наличие подгоревших элементов схем, обугливания на печатных платах, вздувшихся электролитических конденсаторов;
9. осуществить сборку аппаратуры в рабочее положение и осуществить сборку аппарата;
10. выполнить необходимое подключение термовоздушного фена к сети питания;
11. проверить качество работы термовоздушного фена, при необходимости произвести пломбировку аппарата;
12. оформить документацию на выполненную работу.

Техническое обслуживание и регулировку модулей паяльной станции лучше производить с помощью измерительных приборов потока воздуха и температуры, так как выдаваемые станцией температуры очень высокие.

Ремонт паяльной станции включает в себя проверку источников питания (выпрямители, стабилизаторы, источники опорных напряжений), сигналов с микроконтроллеров, целостность трансформатора и надежность изоляции.

Основные неисправности паяльной станции

Неисправность	Возможные причины	Методы устранения
При включении паяльника микроконтроллер не определяет его	Неисправность микроконтроллера паяльника, поврежден контакт паяльника с паяльной станцией	Проверить целостность проводки паяльник-станция, проверить наличие сигнала на микроконтроллере DD2, заменить неисправный микронтроллер DD2
Не включается фен	Повреждения контактов кнопки управления фена, неисправности в блоке управления феном или микроконтроллера управления феном	Заменить кнопку включения SA1, заменить неисправный транзистор VT1 в блоке управления двигателем и проверить наличие импульсов управления от микроконтроллера DD1
Мерцание одного из индикаторов температуры	Плохая фильтрация питания вследствие пробоя одного из фильтров источников опорных напряжений	Заменить фильтры источников опорных напряжений С8 и С18
Нет нагрева фена	Возможна неисправность нагревательного элемента, оптрона или микроконтроллера фена	Заменить неиспраный нагревательный элемент фена, оптрон DA3 и микроконтроллер управления феном DD1
Перегрев термовоздушного фена	Неисправность операционного усилителя или микроконтроллера фена. Проверить полярность поступающего сигнала от операционного усилителя.	Заменить неисправный операционный усилитель DA5. Перед заменой микроконтроллера DD1 записать в него прошивку паяльной станции термовоздушного фена Lukey 702
Некорректное отображение температуры паяльника или фена на индикаторах HL1, HL2.	Неисправность термопар операционных усилителей	Заменить термпопары и операционные усилители DA5, DA10 на аналогичные

Полный алгоритм ремонта

Используемые радиодетали

В таблице приведены отечественные аналоги деталей, которые могут быть использованы для паяльной станции.

Обозначение детали	Наименование
C1, С11	К50-35 50В 330 мкФ±40 %
С2, С12, С15	К73-17 0,1 мкФ±10 %
С3, С6, С9, С13, С14, С17	К50-35 50В 47 мкФ±40 %
С4	К73-17 470 пФ±20 %
С5, С16	К50-35 50В 1 мкФ±40 %
С7	К73-17 400В 0,1 мкФ±5 %
С8, С10, С18	К50-35 50В 10 мкФ±40 %
DA1, DA2, DA3, DA9	MOC3023
DA4, DA8	TL431A
DA5, DA10	OP07C
DA6, DA7	L7805CV
DD1, DD2	ATmega8
R1, R41	МЛТ-0.25 15 кОм±10 %
R2	СП3-19а3 0,5 10 кОм±10% (переменный)
R3	МЛТ-0.25 7,5 кОм±10 %
R4, R5, R6, R7	МЛТ-0.25 5,1 кОм±10 %
R8, R10, R19, R20, R43, R45, R27	МЛТ-0.25 10 кОм±10 %
R9, R28	МЛТ-0.25 330 Ом±10 %
R11	МЛТ-0.25 150 Ом±10 %
R12, R13	МЛТ-0.5 27 Ом±10 %
R14, R39	МЛТ-0.25 6,8 MОм±10 %
R15, R18, R35, R44	МЛТ-0.25 470 Ом±10 %
R16, R25, R34, R40	МЛТ-0.25 240 Ом±10 %
R17	МЛТ-0.25 30 кОм±10 %
R21, R22, R23, R24, R30, R31, R32, R33	МЛТ-0.25 9,1 Ом±10 %
R26, R36	МЛТ-0.25 2 кОм±10 %
R29	МЛТ-0.25 51 О
R37	МЛТ-0.25 33 Ом±10 %
R38	МЛТ-0.25 27 Ом±10 %
R42	МЛТ-0.25 1,5 кОм±10 %
VD1, VD2, VD3, VD4, VD8, VD11, VD14, VD15	1N4007
VD5	6A4
VD6, VD7	BT131
VD9, VD10, VD18, VD19	1N4148
VD12, VD16	7C2
VD13	BTA20
VD17	BT136
VT1, VT2	2N3904
VT3	TIP122
HL1, HL2	BT-A4301BG
FU1	ВПБ6-11 3А

Lukey 702 это хорошая станция за свои деньги. Несмотря на свои недостатки, по цене и качеству это лучшая станция за свои деньги. Она подойдет как радиолюбителям, так и мастерам, сервисным центрам по ремонту электроники.

Станции аналоги

На сегодняшний день от разных брендов есть станции, полностью аналогичные 702. У них и схемы аналогичные и элементная база. Иногда может отличаться управлением воздухом, оно может быть цифровое. а не аналоговое (10 скоростей турбины).

И по цене они дешевле. Некоторые производители добавляют выключатели из сети, внешние предохранители, разъемы и калибровки температур прямо на лицевую поверхность станции. Отличие в цене между этими брендами зависит от качества сборки.

Можно ли собрать станцию самостоятельно

Да, это можно сделать. Все схемы есть в сети, и печатные платы и прошивки. Вопрос будет только в цене. Цена самостоятельно сборки в разы будет выше, не говоря уже о потраченном времени.

Как подключить к паяльной станции датчик температуры

Часть 2. Выбираем датчик для измерения температуры.

После того как мы определились с управлением нагревателями станции перейдём к теме измерения температуры.
В принципе можно грубо разделить датчики температуры на три типа:

• Термосопротивления.
• Бесконтактные инфракрасные датчики.
• Термопары.

Не будем рассматривать все многообразие датчиков измерения температуры по причине того , что нам придётся самим выстаивать схему их обработки. Поэтому редко встречающиеся в практике датчики рассматривать не будем.

Рассмотрим первую позицию — ТЕРМОСОПРОТИВЛЕНИЯ.

Термосопротивления — это элементы, сопротивление которых практически линейно зависит от температуры окружающей среды. Наиболее часто на форумах и в обсуждениях приходиться сталкиваться с – платиновым термосопротивлением Pt100.
Плюсом термосопротивлений является практически линейная зависимость от температуры, что весьма неплохо при обработке в АЦП микроконтроллера. Точность термосопротивлений колеблется в зависимости от класса и начинается от 0.025 градуса. Безусловно подобная точность для работы в качестве датчиков для станции даже избыточна. В принципе использовать данные датчики вполне можно. Однако давайте рассмотрим структуру данного датчика

Как можно заметить плоскость датчика плоская. И для точного измерения датчик должен плотно прилегать к измеряемому месту данной плоскостью. Если этого не будет , то возникает ошибка измерения температуры. В идеале данный датчик наиболее оптимально приклеить к измеряемой поверхности. Но это не очень удобно при работе на станции. Не будем же мы приклеивать датчик к каждой ремонтируемой плате . Кроме того контакты данного датчик весьма тонкие и есть вероятность их постепенного излома. Посмотрим фото данного датчика

На фото два датчика с несколько разными контактными площадками. Безусловно можно использовать данный датчик например отдельно для нижнего нагревателя , где он может находиться в стационарном состоянии. Но мы в наших станциях не применяем данные датчики по причине использования других, но об этом ниже.
Что касается известных производителей (например ERSA, Weller, Martin, PDR) , то в моделях этих станций не видно использования термосопротивлений по крайне мере в наружных датчиках.

Бесконтактные инфракрасные датчики.

Данный тип датчиков достаточно широко используется известными производителями ик паяльных станций. Безусловным плюсом является то, что данные датчики бесконтактным методом измеряют температуру. Вместе с тем погрешность измерения будет вырастать при разных покрытиях паяемых элементов (например металлизированной блестящее покрытие). Кроме того есть риск постепенного покрытия защитного стекла датчика испарениями флюса (особенно не качественного) при пайке. На практике с работой датчика фирмы RAYTEK было такое , что покрытое испарениями стёклышко давало погрешность в 50 градусов. Вместе с тем бесконтактные датчики очень удобны и точность вполне приемлема для работы в составе станции. Нужно отметить что данные датчики имеют различные возможности вывода значения измеренной температуры , как в виде аналогового сигнала , так и в виде передачи по разным интерфейсам (например RS232 и RS485). Кроме того есть датчики с передачей эмулированного сигнала термопары К-типа. Датчики фирмы Raytek

Помимо фирмы RAYTEK инфракрасные датчики выпускают и отечественные производители , например Кельвин.

В принципе данные датчики весьма успешно могут быть использованы при создании станции и многие известные производители их используют. Единственным недостатком является дороговизна данных датчиков. Отечественные датчики варьируются от 8 000 руб. Кроме того необходимо внимательно подходить к вопросу интерфейса вывода значения датчика. Если интерфейс RS232, то нужно понимать что при подключении микроконтроллера у Вас должен быть свободный UART (или USART) выход. Конечно обычно в недорогих микроконтроллерах их 2 , но надо смотреть по их занятости в Вашем проекте. Либо же выбирать микроконтроллер с несколькими UART, например микроконтроллеры серии STM32.

Термопары

Непосредственно в конструктиве наших станций мы используем термопары К-типа. Данный тип термопар наиболее распространён и приобрести не составляет труда. Тем более и по цене данные датчики весьма бюджетны.

Может возникнуть вопрос – может из-за дешевизны они менее точны чем ранее перечисленные датчики ? График зависимости напряжения (ЭДС) термопар :

Как можно заметить график термопары К-типа имеет практически линейный вид на интересующих нас температурах (от 20 до 350 градусов). Не будем останавливаться на других типах термопар. Если кому-то это интересно , то можно обратиться к помощи интернета. Мы же более внимательно рассмотрим термопару К-типа.
Термопара К-типа – хромель-алюмель:

• Хромель (Chromel®) — это сплав, состоящий на 90% из никеля и на 10% из хрома, а Алюмель (Alumel®) — это сплав, содержащий 95% никеля, 2% марганца, 2% алюминия и 1% кремния.
• Термопары типа K — одни из самых распространенных термопар общего назначения, имеющие чувствительность приблизительно 41 мВ/ °C.
• Термоэлектрод из сплава Chromel® имеет положительный потенциал относительно термоэлектрода из сплава Alumel®.
• Это недорогие термопары, их диапазон измеряемых температур составляет от -270°C до +1372°C (от -454°F до +2501°F) и характеристика относительно линейна.
• Содержание никеля делает сплав магнитным и, как и в случае других магнитных металлов, выходной сигнал термопары отклоняется, когда материал достигает своей температуры Кюри, которая составляет примерно 350°C (662°F) для термопар типа K. Температура Кюри — это температура, при которой магнитный материал претерпевает серьезное изменение своих магнитных свойств, что вызывает существенное смещение выходного сигнала.
• Такие термопары можно использовать в постоянно окислительных или нейтральных средах.
• Воздействие серы приводит к преждевременному отказу термопар.

Исторически сложилось так, что термопары типа K предлагается использовать всегда, если только нет причин для применения других типов термопар.
Поэтому у нас при выборе датчика для снятия температуры термопары К-типа не возникло вопросов. Теперь к точности:

Как видим точность в интересующем нас диапазоне составляет 2.5 градуса (вполне соизмеримо с бесконтактными инфракрасными датчиками. Обычная погрешность которых от 2.5 до 5 градусов). Что вполне приемлемо. С учётом того что размещение датчика в разных местах в районе паяемой микросхемы может давать до 10 градусов разброс. Несомненно плюсы термопары перевешивают :

• Невысокая стоимость.
• Неприхотливость в эксплуатации.
• Малое пятно контакта. Что позволяет легко добиваться плотного прилегания.

Однако есть у термопары и минусы:

• Требуется компенсация температуры холодного спая.
• Очень малые значения ЭДС (до 25 мВ).

Соответственно мы не сможем напрямую подключить термопару к микроконтроллеру. Нам потребуется решить эти две проблемы. Для решения первой необходимо измерять температуру окружающей среды до момента нагрева . В идеале измерение КХС («компенсацией холодного спая» )выполняется как можно ближе к точке измерения, потому что длинные провода термопары очень чувствительны к электрическим помехам, и сигнал в них ухудшается. Во втором случае нам потребуется усилитель . Все это дополнительное требуемое элементное оборудование усложняет использование термопары.
Решить возникающие сложности можно используя микросхему MAX6675ISA. Данная микросхема берет полностью на себя все проблемы и выдает Вам результат уже в цифре по шине SPI. Все это высвобождает ресурсы контроллера и позволяет с высокой точностью получить измерение температуры.

Как видим точность обработки сигнала 0.25 градуса Цельсия. Более чем достаточно для нас. Осуществить подключение к микроконтроллеру нескольких термопар по шине SPI не составит труда. Помимо стандартных для шины SPI – SO,SCK. Нам потребуется по одному пину на каждую подключённую термопару.

Стоимость микросхемы не высокая. Она достаточно доступна. Например в виде таких модулей.

С использованием таких микросхем мы и подключаем термопары к микроконтроллеру.

Сколько нужно датчиков для станции и где их располагать?

Рассмотрев типы датчиков давайте перейдём к рассмотрению вопроса об их количестве и размещении.
Наиболее распространённые варианты:

• Один датчик на плате, один датчик на плате в месте пайки.
• Один датчик в нижнем нагревателе, один датчик в верхнем нагревателе, один датчик на плате в месте пайки.
• Один датчик на плате, один датчик в нижнем нагревателе, один датчик в верхнем нагревателе, один датчик на плате вместе пайки.

В данном случае перечислены наиболее распространенные варианты. Конечно есть и еще варианты в которых размещение в месте пайки более чем один датчик. Необходимо однако отметить, что увеличение числа датчиков усложняет и саму систему управления. Прежде всего при работе в меню настройки контроллеров. Конечно с точки зрения информативности и вывода данных дисплей это не большая сложность. Но вот внести все варианты взаимосвязей между датчиками и нагревателями будет сложнее. И даже не столько программно, а именно по причине усложнения настроек самого контроллера. Различные реакции нагревателей на показания того или иного датчика требуют предварительного выбора в меню настройки профиля работы станции. Что приведёт к усложнению управления станцией. Да и к усложнению настройки профилей пайки. Поэтому в своей основе производители станций используют обычно от 2 до 3-х датчиков. Мы используем 2 датчика. Но плата управления позволяет подключить до 4-х датчиков. Но об этом позже.

Давайте перейдем к рассмотрению расположения датчиков и начнём с нижнего нагревателя. Нижний нагреватель в формате станции отвечает за предварительный нагрев платы , что дает возможность затем верхнему нагревателю уже локально прогрев место расположения микросхемы произвести нагрев до температуры оплавления припоя. Без предварительного нагрева платы снять/поставить качественно и аккуратно микросхему весьма проблематично. Соответственно мы должны понимать до какой температуры у нас прогрета плата в ходе предварительного нагрева. Сразу напрашивается вариант с установкой на самой плате датчика для измерения температуры платы и соответственно принятия решения контроллером о увеличении подаваемой мощности на нижний нагреватель или уменьшении (в случае использования шим регулировки) или включении или выключении нагревателей (в случае использования реле). Решение неплохое . Правда в данном случае нам желательно еще разместить датчик в нижнем нагревателе хотя бы информативно, чтобы понимать его температуру. И необходимо иметь ввиду что датчик измеряющий температуру платы должен распологаться на безопасном расстоянии от места пайки микросхемы. Иначе он попадёт в зону нагрева верхнего нагревателя и повышение значения температуры на нем может вызвать отключение нижнего нагревателя и как вариант не догрев платы в ходе пайки. Как показывает практика очень редко производители используют такую схему. В принципе это понятно потому, что этот датчик на самой плате в фазе предварительного нагрева фактически дублируется датчиком по месту пайки. И достаточно на этой фазе снимать с него показания , чтобы определить температуру прогрева платы. Правда потом, когда включиться в работу верхний нагреватель мы уже не сможем определять температуры платы. Вот в этом случае нам и нужен датчик в нижнем нагревателе. Дело в том что плата прогреется до заданной Вами температуры только при определенном значении температуры нижнего нагревателя. Соответственно чем выше температура нижнего нагревателя тем сильнее прогреется плата и соответственно наоборот. Поэтому на более важна температура нижнего нагревателя. Даже не важна ее точность, нам она важна как точка для регулирования нижнего нагревателя. Мы будем знать что при некоей температуре X нижнего нагревателя плат прогреется до заданной нами температуры Y. Имея датчик в нижнем нагревателе мы можем как отдельно регулировать установку нагрева платы. Например опытным путем установив , что при температуре X нижнего нагревателя температура плат находится в диапазоне Y+-10 градусов например. Либо же уже подключив взаимосвязь с датчиком в месте пайки мы можем остановить температуру нижнего нагревателя и удерживать ее не перегревая и не догревая плату. Ну и если мы посмотрим на производителей станций , то практически все они имеют встроенный датчик в нижнем нагревателе. Ну и мы остановимся на этом.

Давайте перейдем теперь к датчику который располагается в непосредственно в месте пайки микросхемы. Он нам нужен в любом случае. Есть правда еще вариант , когда в месте паяемой микросхемы можно разместить например 2 датчика. Как вариант один с одной стороны микросхемы, другой с другой (по причине не однородности плат и разного количества меди. И соответственно происходит небольшой разброс температур). Но все таки как показывает обычная практика в подавляющем количестве паек вполне достаточно одного датчика. Датчик этот взаимодействует непосредственно как с нижним , так и с верхним нагревателем. Правда это не относиться к недорогим китайским (в своей основе) станциям. Там работа нижнего и верхнего нагревателя разделена двумя разными контроллерами лишёнными взаимодействия между собой. Но мы с Вами не пойдем по пути китайских производителей. Если Вы собрались сами приложить руку к созданию станции, то хотя бы элементарные вещи значительно облегчающие работу на станции нужно учесть.
Есть еще вариант размещения датчика в верхнем нагревательном элементе. Наверное смысл его размещения в отсечении перегрева паяемой микросхемы. Если посмотреть по производителям известных марок, то установка в верхнем нагревателя датчика явление редкое и в свей основе связано с использованием в качестве верхнего нагревателя термо-воздушных элементов(горячий воздух) . Если же используются керамические или кварцевые нагревательные элементы, или ИК излучение (как например в PDR), то обычно датчики не размещают. Почему ? Думаю связано это все с тем что любой из нагревателей имеет определенную инертность при нагреве, какой-то медленнее (например керамика), какой-то быстрее (например кварц и ик излучение от лампы) . При инертности после поступления питания на нагревающий элемент происходит не мгновенный набор температуры , а в соответствии с мощностью элемента постепенный прогрев до выхода на максимальную температуру. С учетом того что в качестве верхних нагревательных элементов используются элементы мощностью от 200 до 500 ватт. Время выхода на максимальную температуру (обычно 450 градусов) занимает от 3 до 10 минут. Этого времени более чем достаточно чтобы произвести снятие или установку микросхемы. И производители в своей основе контролируют именно место пайки . Конечно можно сказать что если элемент нагрелся выше 250 градусов есть риск перегреть микросхему. Но нужно учитывать , что верхний нагревательный элемент не лежит на микросхеме и в любом случае имеется воздушная прослойка которая обычно забирает не меньше 50 градусов на себя (зависит от высоты размещения нагревательного элемента на микросхемой). Но пока нагревательный элемент выйдет на температуру выше 250-300 градусов ему потребуется время . За это время обычно процесс пайки уже завершается. Работа верхнего нагревателя для качественной пайки должна укладываться в границы 2-х минут с момента его включения. Помним – микросхемы бояться не только высокой температуры, но и длительного воздействия температуры района 210-230 градусов . Под длительным воздействием подразумеваем время более 3 минут. Мы в своих станциях не устанавливаем в верхний нагревательный элемент датчиков. Как выше писалось хотя плата нашего управления (рассмотрим ее чуть ниже) имеет возможность для установки 4 датчиков.

Давайте подведем итог. По моему усмотрению наиболее целесообразна установка двух датчиков температуры – один (встроенный) в нижний нагреватель, второй непосредственно устанавливаемый по месту пайки. В нашем случае мы используем термопары К-типа в обоих случаях. Для нижнего нагревателя можно использовать и термосопротивление PT100 . Там можно его стационарно закрепить (для чего он в принципе и предназначен). Ну и как вариант можно использовать бесконтактный инфракрасный датчик температуры для места пайки. Что тоже весьма неплохой вариант. Но мы сами используем именно термопары К-типа для обеих вариантов размещения. Термопары мы используем в связке с микросхемами MAX6675ISA. К каждой термопаре одна микросхема. По стоимости это соизмеримо со стоимостью PT100 . Но уже сразу имеем 12 разрядную оцифровку сигнала термопары и получаем значение в цифре.
Теперь хотелось бы рассмотреть отдельно плату, которую мы используем при сборке нашего блока управления нагрузкой .

Рассмотрим плату чуть более подробно. В правой нижней части платы у на располагаются элементы управления нагрузкой. С помощью данной платы мы можем управлять двумя нагрузками. В нашем случае нижним и верхним нагревателем. Схемы каналов были показаны предыдущей статье где мы рассматривали варианты управления нагревателями.

V1 и V2 – оптопары MOC3063 и резисторы R1 и R2 (470 Ом тип 0805) , далее идёт обвеска симисторов. И на плате выведены контакты для подключения проводов идущих от симисторов . Почему сделано так ? По причине того что симисторы наверняка потребуют систему охлаждения и гораздо удобнее их прикрепить к системе охлаждения без платы. Резисторы R2_2, R2_3, R1_3, R1_2 имеют значение по 360 Ом и рассчитаны на мощность 2 ватта. Резисторы R2_1, R1_1 – 39 Ом также рассчитаны на мощность 2 ватта и используются для RC фильтра. Конденсаторы C2_1, C1_1 – 0.01 мкФ напряжение 600 вольт. Схема соединения доступна в предыдущей статье. Сигнал с микроконтроллера поступает на сопротивления R1 и R2. На R1 (V1) приходит сигнал который управляет крайним симистором подключённым к G1 – gate, 0_1 – второй контакт (центральный), 1_1 – первый контакт (на нагрузку). На R2 (V2) приходит сигнал который управляет симистором подключённым к G2- gate, 0_3 – второй контакт(центральный), 2_2 – первый контакт (на нагрузку).
Остаётся выполнить также непосредственно подключения нагрузок – 2_1 и 1_2,1_3. 2_1 мы используем для подключения верхнего нагревателя , а контакты 1_2 и 1_3 для подключения нижнего нагревателя. Почему два контакта ? Для возможности переключения зон нижнего нагревателя. Один из контактов можно подключить к нагрузке через выключатель , который в свою очередь подключен к нагревательным элементам. Соответственно выключение приведет к тому что подключённые нагревательные элементы работать не будут. В случае нагревателей большой площади мы обычно даём возможность выключить наружные нагреватели, чтобы уменьшить площадь нагрева (при нагреве плат малого размера). Контакт 0_2 подключается непосредственно к цепи питания 220 вольт.
Теперь перейдём к части платы расположенной выше. Эта часть отвечает за подвод питания к микроконтроллеру и подключения датчиков.

PWR – здесь устанавливается разъем подключения внешнего питания контроллера от 5 до 30 вольт. Сразу за разъемом стоит стабилизатор напряжения и тока на 5 вольт LM1117-5, рядом с ним электролитические конденсаторы на 10 мкФ напряжение 50 вольт. Это типовая схема включения.

Нам нужны эти 5 вольт для питания непосредственно микроконтроллера который осуществляет уже управление.
Рядом располагаются площадки для размещения микросхем MAX6675ISA и разъемы (P1,P2.P3,P4)подключения термопар. На оборотной стороне платы под каждой микросхемой расположены площадки для конденсаторов по 0.01 мкФ.(тип корпуса 0805). Они требуются для корректной работы микросхем. Как видно с платы есть возможность подключения 4-х датчиков. В своей работе мы используем микросхемы U4 (датчик нижнего нагревателя) и U3 (датчик места пайки).
Переходим к левой стороне платы. На ней располагается 14 пиновый разъем CON1 для подключения шлейфа идущего от микроконтроллера. По данному шлейфу микроконтроллер получает питание, получает информацию от датчиков и управляет нагревателями.

Кроме того в нижней части есть два места для разъемов . Данные разъемы дополнительные. С левого можно снять 5 вольт, но нужно иметь ввиду ,что ток потребления должен быть не более 1 ампера. С правого разъёма Вы можете снять напряжение которое Вы изначально подаёте на плату (12 вольт в случае использования 12 вольтового источника питания). Это дает Вам возможность с платы запитать дополнительное оборудование . Но нужно быть внимательным и ориентироваться на мощность используемого Вами источника питания.
Разъем ADD это добавочный разъем на который выведены 4 незадействованных в обмене информацией контакта с разъёма CON1. Данные контакты выведены для возможности управления внешне подключаемыми устройствами (подсветка, двигатель и т.п.).
Давайте более подробно разберём разъем CON1 по контактам: