Самодельная инфракрасная паяльная станция

Оглавление

Прошивка контроллера и настройка

HEX-файл для прошивки контроллера вы сможете найти в конце статьи. Фьюз-биты должны остаться заводскими, то есть контроллер будет работать на частоте 1МГц от внутреннего генератора. Первое включение следует производить до установки микроконтроллера и операционного усилителя на плату. Подайте постоянное напряжение питания от 12 до 24В (красный должен быть «+», черный «-«) на схему и проконтролируйте, что между выводами 2 и 3 стабилизатора DA1 присутствует напряжение питания 5В (средний и правый выводы). После этого отключите питание и установите микросхемы DA1 и DD1 в панельки. При этом следите за положением ключа микросхем. Снова включите паяльную станцию и убедитесь, что все функции работают правильно. На индикаторе отображается температура, энкодер ее изменяет, паяльник нагревается, а светодиод сигнализирует о режиме работы. Далее необходимо откалибровать паяльную станцию. Оптимальный вариант при калибровке – использование дополнительной термопары. Необходимо выставить требуемую температуру и проконтролировать ее на жале по эталонному прибору. Если показания различаются, то произведите подстройку многооборотным подстроечным резистором R4. При настройке помните, что показания индикатора могут отличаться незначительно от фактической температуры. То есть, если вы установили, например, температуру «280», а показания индикатора в небольшой степени отклоняются, то по эталонному прибору вам нужно добиваться именно температуры 280°С. Если под рукой нет контрольного измерительного прибора, то можно установить сопротивление резистора около 90кОм и потом подбирать температуру опытным путем. После того, как паяльная станция проверена, можно аккуратно, чтобы не потрескались детали, установить лицевую панель.

Паяльная станция в сборе

Как это работает

Прежде всего, давайте поговорим о ПИД (пропорционально-интегрально-дифференцирующих, PID) регуляторах. Чтобы прояснить всё сразу, давайте рассмотрим наш частный случай с паяльной станцией. Система постоянно отслеживает ошибку, которая является разницей между заданной точкой (в нашем случае, необходимой нам температурой) и нашей текущей температурой. Он подстраивает выход микроконтроллера, который управляет нагревателем с помощью ШИМ, исходя из следующей формулы:

Как можно увидеть, есть три параметра K_p, K_i и K_d. Параметр K_p пропорционален ошибке в настоящее время. Параметр K_i учитывает ошибки, которые накопились с течением времени. Параметр K_d является предсказанием будущей ошибки. В нашем случае мы для адаптивной настройки мы используем PID библиотеку Бретта Борегарда (Brett Beauregard), которая имеет два набора параметров: агрессивный и консервативный. Когда текущая температура далека от заданного значения, контроллер использует агрессивные параметры; в противном случае, он использует консервативные параметры. Это позволяет нам получить малое время нагрева, сохраняя при этом точность.

Ниже приведена принципиальная схема. Станция использует 8-битный микроконтроллер ATmega8 в DIP корпусе (вы можете использовать ATmega168-328, если они есть у вас под рукой), который очень распространен, а вариант 328 содержится в Arduino Uno. Я выбрал его, потому что его легко прошить, используя Arduino IDE, в котором также есть готовые к использованию библиотеки.

Температура считывается с помощью термопары, встроенной в паяльник. Мы усиливаем напряжение, создаваемое термопарой, примерно в 120 раз с помощью операционного усилителя. Выход операционного усилителя подключается к выводу ADC0 микроконтроллера, который превращает напряжение в значения от 0 до 1023.

Заданное значение устанавливается с помощью потенциометра, который используется в качестве делителя напряжения. Он подключен к выводу ADC1 контроллера ATmega8. Диапазон 0–5 вольт (выход потенциометра) преобразуется в значения 0–1023 с помощью АЦП, а затем в значения 0–350 градусов Цельсия с помощью функции «».

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:

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;
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.

Зачем нужна паяльная станция

Функция паяльной станции — регулировка температуры при пайке. При перегреве выгорает припой, жало прогорает, надо счищать нагар. Настройкой можно продлить срок службы данного элемента. Но это второстепенный плюс, главная задача — создание нужного нагрева при работе с конкретными типоразмерами деталей. Нам нужно лишь расплавить определенное количество припоя, а как правило, для мелких деталей t° жала превышает эту потребность во много раз, возникает риск повреждения их от перегрева. С другой стороны, большой объем припоя «слабый» паяльник не расплавит. Описанные проблемы решить паяльная установка.

Заводские установки обычно всегда имеют термофен (бесконтактная пайка) для работы с чрезвычайно мелкими деталями на микросхемах — SMD, мелкими группами контактов, — которые выпаять даже самим тонким жалом сложно или невозможно. При самостоятельной сборке этот инструмент часто создают на отдельной базе.

Выбор паяльной станции

На сегодняшний день существует широкий ассортимент данных устройств в России. В связи с эти выбор паяльной станции – это трудная задача не только для начинающих радиолюбителей, но и для опытных мастеров.

Современная техника постоянно совершенствуется и развивается. Особенно наглядно это происходит с ее размерами, которые постоянно уменьшаются, а вместе с этим увеличивается трудоемкость ее ремонта.

Схема паяльной станции на основе ATmega8.

Итак, паяльные устройства можно разделить на следующие разновидности:

контактные;
термовоздушные;
комбинированные термовоздушные;
демонтажные;
инфракрасные.

Общих правил при выборе станции не существует. Все зависит от задач, которые ей предстоит решать. И в каждом конкретном случае будет свой рейтинг лучших устройств.

Назначение

Конечно выбор напрямую зависит от применения устройства. Как уже было отмечено выше, в профессиональных мастерских отдают предпочтение инфракрасной паяльной станции, а вот для дома можно рассмотреть более простые варианты.

В то же время оправданной будет покупка устройства с большой мощностью, поскольку основным критерием в работе является температура жала и ее стабилизация.

Если необходимо работать с мелкими деталями, тогда стоит рассмотреть оборудования с паяльным феном.

Ремонтопригодность

Нередко происходит, когда при частом использовании с жала стирается защитное покрытие.

При пайке пользуются флюсом и оловом, которым необходимо залудить жало. Сделать это, если покрытие выгорело, невозможно. В связи с этим необходимо заранее рассматривать возможность покупки новых жал, а также их качество.

Электрическая схема станции для пайки.

Однако все равно лучше, в первую очередь, при выборе обращать внимание на то, для чего нужна паяльная станция. В выборе оборудования для электролаборатории, где пайка будет осуществляться постоянно, целесообразно рассмотреть более дорогие и надежные варианты

Температура

Существует широкий ассортимент оборудования по технической части паяльного устройства, что существенно усложняет вопрос: как выбрать паяльную станцию. В первую очередь целесообразно определиться с техническими особенностями прибора.

Любители заниматься ремонтом в домашних условиях могут использовать и обычные паяльники. Однако они могут перегревать микросхемы, что приведет не к их починке, а наоборот. В связи с этим температура является важным критерием.

При работе с массивными приборами и электрооборудованием мощность очень важна.

Тем не менее иногда ее избыток может приводить к:

перегреву деталей;
деградации покрытия жала;
выходу из строя нагревательного элемента;
перегреву дорожек;
снижению качества пайки.

Термовоздушная паяльная станция: нюансы изготовления своими руками

Работа по изготовлению самодельной паяльной станции с феном своими руками производится в несколько этапов. Сначала конструируется термофен, после − блок управления, а затем станция собирается и настраивается. При этом сам термофен можно приобрести в магазине или на интернет-ресурсах. Стоимость его невысока, а работу по изготовлению ПС такое приобретение сильно упростит. Однако лучше всего изготовить своими руками фен для пайки, который не требует электронного блока управления. В работе он достаточно удобен, а стоимость деталей для его сборки стремится к нулю. Нам потребуется:

стеклянная трубка от электрокамина;
нихромовая спираль оттуда же;
силиконовый шланг;
тонкая стеклянная трубка;
старый, можно нерабочий паяльник.

Разберёмся пошагово с использованием примеров, как выполняется эта работа.

Паяльная станция своими руками: пошаговая инструкция

Иллюстрация	Выполняемое действие
	Внутрь стеклянной трубки от электрокамина вставляем нихромовую спираль от него же. Одну сторону придётся растянуть так, чтобы контакты выходили на один край трубки.
	Закрепляем простой изолентой протянутую снаружи вдоль стеклянной трубки нихромовую нить. Теперь нужно надеть корпус паяльника со стороны концов спирали так, чтобы с краю остались контакты, к которым мы присоединим питание. Сами контакты лучше защитить изоляторамиот того же старого паяльника, оставшимися после его разборки.
	Соединяем силиконовую и тонкую стеклянную трубку. Стеклянную помещаем внутрь корпуса паяльника. Именно по этим трубкам будет поступать воздух.
	Собранную воедино конструкцию обматываем слоем лакоткани. Это делается для того, чтобы можно было свободно держать наштермофен в руках. Подобный материал продаётся в любом магазине хозяйственных товаров.
	Вот практически и всё, воздушная паяльная станция готова. Остаётся подать воздух (жёлтая стрелка) и питание 220В (красная стрелка). Воздух можно подать с помощью обычного аквариумного компрессора.

Как видим, процесс изготовления такого термофена довольно прост при минимальных затратах. Если же говорить об оборудовании заводского исполнения, купить паяльную станцию с феном можно по стоимости около 5000 руб. Согласитесь, неплохая экономия. Если всё же решено приобрести подобный прибор, прежде чем это сделать, следует разобраться, как паять феном от паяльной станции. В этом поможет наша видеоинструкция.

Как пользоваться паяльной станцией с термофеном: видеоинструкция

Надеемся, что после просмотра видеоурока у наших читателей не осталось вопросов по пользованию термовоздушной ПС. Подводя итог этому разделу, предлагаем ознакомиться с несколькими схемами паяльных фенов, которые можно собрать самостоятельно.

Простые схемы паяльных фенов своими руками

Здесь редакция Seti.guru представляет вашему вниманию схемы простейших термофенов, а также пример того, как изготовить корпус для него.

Технология изготовления паяльной станции из подручных средств

Человек, который владеет элементарными знаниями в области электротехники, сможет собрать паяльную станцию своими руками. Для этого необходимо следовать простым инструкциям, приведенным ниже.

Общие требования к самодельному оборудованию

К самодельному агрегату с феном предъявляются конкретные требования. Он должен обеспечить создание потока воздуха, нагретого до 850°С. Мощность нагревательного элемента не должна превышать 2,6 кВт.

При выборе комплектующих к станции необходимо отдавать предпочтение тем, что имеются в наличии или отличаются невысокой стоимостью. Поэтому целесообразно изготавливать ручной или стационарный агрегат с феном. Последний работает таким образом, что излучатель тепловой энергии находится неподвижно, при этом сама деталь движется. Данный принцип работы создает определенные трудности при осуществлении пайки.

Чтобы повысить эффективность производимых работ, желательно использовать ручной агрегат. Он имеет небольшие размеры и вес, что облегчает эксплуатацию.

Схема импульсного БП для питания миниатюрного паяльного фена

Особенности создания нагревателя

Специалисты рекомендуют самостоятельно изготовить нагреватель их нихромовой проволоки. Она должна иметь диаметр в пределах 0,4-0,8 мм. Необходимо понимать, что большой размер проволоки придаст ей огромный запас прочности, но утруднит достижение оптимальной температуры. Поэтому нецелесообразно применять для этого слишком крупную нить.

Внешний диаметр сформированной нагревательной спирали должен составлять 4-8 мм. Для фиксации созданной детали используют специальное основание, которое устойчиво к воздействию высоких температур. Специалисты рекомендуют отдавать предпочтение керамике. Такое основание можно изъять из обычного бытового фена.

Чертеж для изготовления нагревательного элемента своими руками

Технология формирования нагнетателя горячего воздуха

Чтобы созданная самодельная станция работала эффективно, необходимо оснастить ее вентилятором небольших размеров. Его можно изъять со старого фена или другого ненужного бытового прибора. Вентилятор должен обеспечивать воздушным потоком в 20 л/мин.

Допускается применение воздушного компрессора, который обычно ставят на аквариумы. Чтобы агрегат работал более эффективно, его дополняют ресивером. Для этой цели можно взять обычную пластиковую бутылку.

Формирование корпуса станции с феном

Для создания корпуса паяльной станции необходимо использовать термостойкие материалы. Это можно сделать несколькими способами, используя такие варианты:

керамика. По обеспечению безопасности отличное, но очень дорогое решение;
частичная теплоизоляция канала, по которому передвигается нагретый до высоких температур воздух;
старый корпус от любого бытового прибора. Должен быть объемным и не подвергаться разрушению от высокой температуры.

Сборка и обеспечение работоспособности оборудования

Чтобы созданная паяльная станция работала эффективно, в ее конструкцию добавляют включатель и устройство для регулировки основных рабочих параметров. Последний агрегат должен задавать оптимальную температуру воздуха и скорость его перемещения. Чтобы добиться данной цели, в состав оборудования включают реостаты. С их помощью можно осуществить плавную регулировку мощности.

Создание станции необходимо начинать с формирования спирали. Ее наматывают на качественный изолятор и сверху накрывают стекловолокном. Концы спирали в результате должны выходить наружу. Полученную деталь укладывают в корпус с готовой теплоизоляцией. Спираль в последующем соединяют с силовым проводом, к которому подключен выключатель. С тыльной стороны корпуса монтируют нагнетатель воздуха.

Сборка паяльника с феном своими руками

Принципиальная схема

Схема предельно простая. В основе всего микроконтроллер Atmega8. Сигнал с оптопары подается на операционный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления (для калибровки) и затем на вход АЦП микроконтроллера. Для отображения температуры использован семисегментный индикатор с общим катодом, разряды которого включены через транзисторы. При вращении ручки энкодера BQ1 задается температура, а в остальное время отображается текущая температура. При включении задается начальное значение 280 градусов. Определяя разницу между текущей и требуемой температурой, пересчитав коэффициенты ПИД-составляющих, микроконтроллер при помощи ШИМ-модуляции разогревает паяльник. Для питания логической части схемы использован простой линейный стабилизатор DA1 на 5В.

Принципиальная схема Simple Solder MK936

Yaxun YX-8032 – защита от статического электричества

Компактное устройство для работы с электронными платами, демонтажа пластиковых корпусов, разогрева элементов пайки. Встроена функция защиты от статического электричества. Комплектуется несколькими насадками с различным диаметром выходного сопла.

Рассчитан на применение с несколькими параметрами напряжения в стационарной электросети: 100, 110, 220 вольт. Предусмотрена возможность плавного изменения массового расхода воздуха. Диапазон нагреваемого потока 100~420°C. Имеется опора для расположения прибора на время перерыва.

Плюсы:

Очень удобен, практичный, небольшой, лёгкий.
Качественный разогрев и локализация зоны нагрева, благодаря насадкам.
Неплохое качество, прост в эксплуатации.

Минусы:

Дороговат, но функционал оправдывает стоимость.

Паяльная станция с феном: особенности изделия, обзор рынка

Для создания неразъемных соединений используют несколько методик. Одна из них – это пайка. Отличается данная технология от традиционной сварки применением низких температур и соединением с помощью припоя. Во время пайки расплавленный припой наносится на детали. По мере остывания материал твердеет, и элементы надежно соединяются между собой.

Паяльная установка с феном – это комплекс инструментов, которые предназначены для паяния компонентов

Производство многослойных плат и миниатюрных интегральных схем, а также повышенная плотность размещения мелких деталей с большим количеством выводов требуют использования тонких и специфических инструментов. Одним из таких приборов является паяльная установка с феном. Данное устройство – это комплекс инструментов, предназначенных для выполнения группового или одиночного паяния компонентов.

Современный рынок предоставляет широкий выбор изделий, которые способны удовлетворить запросы пользователей любой квалификации – от профессионалов высокого класса до новичков-любителей. Поэтому проблема, какую выбрать паяльную станцию с феном, актуальна для многих.

Данные изделия могут отличаться по комплектации, а также включать в себя следующие составляющие:

Паяльная установка с феном отличается от обычного паяльника тем, что способна оптимизировать температурный режим работы инструмента

блок контроля, который позволяет управлять рабочими параметрами инструмента;
паяльник для классического контактного паяния низкотемпературным припоем;
паяльный фен для бесконтактного нагревания определенных частей сборного предмета;
термопинцет, который используется для припаивания и удаления элементов;
мощный инфракрасный источник для нагрева платы до необходимой температуры;
пневматический прибор, предназначенный для удаления лишнего расплавленного олова;
дополнительные детали;
браслеты для снятия статического напряжения.

Современные паяльные установки многофункциональны, поэтому позволяют выполнять большое количество задач. Паяльные станции самой простой конструкции состоят из паяльника, контролирующего устройства и специальной подставки под паяльник.

Принцип работы станции не отличается большой сложностью, поэтому вполне возможно изготовить самодельную паяльную станцию с феном.

Современные паяльные установки благодаря своей многофункциональности, могут выполнять большое количество различных задач

Обзор конструкций паяльных станций

Все паяльные станции можно разделить на две большие группы:

термовоздушные;
инфракрасные.

Каждая из них заточена под свои задачи. В большинстве случаев при проведении профессиональных ремонтах требуется обе разновидности паяльных станций. Первая представляет собой небольшой блок, который имеет один или два манипулятора. Термовоздушная паяльная станция может включать в себя только фен или фен с паяльником.

Есть паяльные станции, которые имеют в качестве манипулятора только паяльник. Обычно это те разновидности, которые называются индукционными. В обычных термовоздушных станциях нагрев паяльника происходит за счет керамического или схожего элемента, на который подается напряжение. Этот элемент передает температуру на жало. В индукционных паяльных станциях нагрев происходит за счет действия электромагнитного поля. Энергия сразу передается на жало.

Благодаря такому подходу удалось снизить инертность паяльной станции, повысить время отклика, а также повысить мощность при меньших габаритах. В тех изделиях, где содержатся теплоемкие элементы невозможно обойтись без индукционной стации, т. к. она способна в короткие сроки разогреть большие участки олова.

Инфракрасные паяльные станции являются отдельным подразделением. По внешнему виду они практически непохожи на два предыдущих вида. Они состоят из двух основных модулей:

головы или верхнего подогрева;
нижнего подогрева.

Обратите внимание! Есть отдельный подвид инфракрасных станций, в которых инфракрасный элемент помещен в манипулятор, который напоминает фен. Такие изделия не получили широкого распространения и применяются редко

Станции для пайки различаются по назначению, а также комплектации оборудования, входящего в их состав. Их классифицируют по основным параметрам.

Существуют как простые паяльные станции, оборудованные привычным нам классическим паяльником, так и более продвинутые. Причём вариаций сочетания компонентов и систем может быть великое множество. Без труда можно в одной станции совместить контактный паяльник и фен, вакуумный или термопинцет и оловоотсос. Для удобства приведём таблицу основных типов паяльных станций.

Контактные ПС− это обыкновенный, имеющий при пайке прямой контакт с поверхностью, паяльник, оснащённый электронным блоком управления и регулирования температуры.	Бесконтактные ПС − в основе работы блок управления и особая система управления элементов.
Свинцовые	Бессвинцовые Требуют повышенной температуры плавки.	Термовоздушные Обеспечивают эффективную пайку в труднодоступных зонах с единовременным прогреванием сразу нескольких поверхностей. Позволяет осуществлять пайку любого типа, как со свинцом, так и без него.	Инфракрасные Здесь присутствует нагревательный элемент в виде инфракрасного излучателя, сделанного из керамики или кварца.	Комбинированные Сочетают в своей конструкции несколько типов оборудования: фен или классический паяльник, или, как мы уже говорили, ИК-нагреватель и оловоотсос допустим, паяльник и фен.

По механизму стабилизации температуры и принципу работы управляющих блоков паяльные станции можно разделить также на аналоговые и цифровые. В первом случае нагревательный элемент включён, пока паяльник не прогреется до нужной температуры, самая близкая аналогия – нагрев обычного утюга. А вот второй тип паяльника отличается сложной системой контроля и регулирования температуры.

Здесь размещён PID-регулятор, который подчиняется программе микроконтроллера. Такой метод стабилизации температуры намного эффективнее аналогового. Ещё одна классификация позволяет разделить все ПС на монтажные и демонтажные. Первые осуществляют пайку приборов, однако, не имеют оловоотсоса и других элементов, позволяющих проводить чистку и замену деталей.

Демонтажная паяльная станция Xytronic LF-852D с насадками

Самодельная паяльная станция

Прошивка контроллера и настройка

Как это работает