Простые регуляторы температуры паяльника

При пайке радиокомпонентов сетевым паяль­ником (~220 В) часто требуется оперативное из­менение его температуры и подводимой к нему мощности. Простейшее решение, которым часто пользуются радиолюбители, состоит из последо­вательного подключения к паяльнику диода, кото­рый, при необходимости повышения температу­ры, закорачивается тумблером. Такое решение не всегда приемлемо, особенно когда имеется необходимость пайки на плате планарных микро­схем и соединяющих или подключаемых к плате проводников. Использование с этой целью паяль­ной станции значительно облегчает процесс пай­ки, но такая станция обходится довольно дорого. В настоящей статье рассмотрены схемы регуля­торов на интегральном таймере 555, позволяю­щие осуществить плавную регулировку темпера­туры паяльника в широких пределах.

В технической литературе и Интернете можно встретить множество схем регулирования темпе­ратуры паяльника, принцип действия которых ос­нован на регулировании тока через паяльник с помощью тиристора или симистора.

В таких схемах среднее значе­ние тока паяльника зависит от руч­ного регулирования момента его включения в каждый полупериод напряжения сети. Известны также регуляторы, в которых через регу­лируемые промежутки времени ис­ключаются целые полупериоды и периоды питающего напряжения. Все эти устройства отличаются ди­апазонами регулировки и, в боль­шинстве случаев, имеют довольно большие габариты.

Для регулирования температуры паяльника в широких пределах на­ми испытаны и предлагаются для использования схемы регуляторов, показанные на рис.1 и рис.2. Ос­новой этих схем являются генера­тор с широтно-импульсной модуля­цией (ШИМ), реализованный на интегральном 555-м таймере, кото­рый управляет выходным ключом.

Рис. 1

Рассмотрим работу такого гене­ратора по схеме рис.1. На таймер (выводы 4 и 8) подается напря­жение питания. В момент включения на выводе 3 таймера появляется напряжение, практически равное напряжению питания. Это напряжение через открытый диод VD4, резистор R2 и нижнюю часть потенциометра R1 постепен­но заряжает конденсатор С3. Когда напряжение на конденсаторе достигнет значения 2/3 напряжения питания, компараторы таймера устанавливают на выходе 3 низкий уровень напряжения (практически 0 В). При этом диод VD4 закрывается и клю­чевой транзистор внутри таймера закорачивает вывод 7 на «землю». Начинается разряд конденса­тора через верхнюю часть потенциометра Р1 и резистор Р3. Когда оно снизится до трети напря­жения питания, то на выходе 3 вновь устанавли­вается высокий уровень напряжения (близкий к напряжению питания), и процесс перезаряда кон­денсатора С3 повторяется. Пороги срабатывания компараторов таймера определяются его внутрен­ним делителем напряжения. Из [1] известно, что время заряда конденсатора С3 от значения от 1/3 до 2/3 напряжения питания равно

t₁ ≈0,69 • С3 • (R3 + α • R1), где а • R1 — сопротивление нижней части R1, а время разряда С3 определяется так:

t₂ ~0,69 • С3 • [R3 + (1-α) • R1], где (1-α) • R1 — сопротивление верхней части R1. Поэтому период повторения импульсов гене­ратора равен

Т = t₁ + t₂ = 0,69 • С3 • (2 • R3 + R1). Следовательно, период и частота генератора практически не зависят от положения движка по­тенциометра. Коэффициент заполнения выходных импульсов таймера зависит от положения движка и равен

D = t₁/Т = (R3 + α• R1) / (2 • R3 + R1). Минимальное значение коэффициента запол­нения выходных импульсов получается в нижнем положении движка Р3, а максимальное — в верх­нем положении движка этого потенциометра. Та­ким образом, предложенная схема, не изменяя ча­стоты, обеспечивает плавное изменение ширины импульсов практически от нуля до полного их за­полнения и может применяться не только в устрой­ствах для регулирования температуры.

При разработке схем регулирования основное внимание обращено на минимальное потребление, простоту и дешевизну регуляторов. В зависимости от имеющегося в наличии силового транзистора предлагаются две схемы регулирования. На рис.1 показана схема на высоковольтном биполярном транзисторе VT1 и таймере NE555 (КР1006ВИ1). Напряжение сети 220 В выпрямляется диодным мостиком VD1 и подается на паяльник. Для полу­чения напряжения питания таймера использован гасящий конденсатор С1, стабилитрон VD2 и однополупериодный выпрямитель на диоде VD3. Так как суммарный ток, потребляемый таймером и цепью базы транзистора VT1, довольно большой, то ис­пользование вместо конденсатора С1 гасящего ре­зистора нерационально из-за его нагрева. Необхо­димое сглаживание питающего напряжения осуществляется конденсатором С2. Транзистор VT1 работает как ключ, поэтому он не требует ох­лаждающего радиатора.

На рис.2 показана схема регулирования на си­ловом полевом транзисторе с рабочим напряже­нием 400 В и током 4,5 А типа IRF730 (КП726А). В схеме можно применить любой полевой транзи­стор с таким же или большим рабочим напряже­нием. Так как полевой транзистор управляется на­пряжением, то ток, потребляемый таймером, не превышает 8 мА. Поэтому в схеме питания тайме­ра вместо конденсатора можно применить гася­щие резисторы. На схеме рис.2 гасящие резисто­ры — это R1 и R2 мощностью 2 Вт. Показанное на схеме включение конденсатора фильтра С1 позво­ляет уменьшить до минимума пульсации питающе­го напряжения, поэтому отпадает необходимость шунтирования стабилитрона VD2 конденсатором большой емкости. В схеме можно применить лю­бой маломощный стабилитрон на напряжение 9,1 В. Если потребуется увеличить диапазон регу­лировки напряжения паяльника в сторону увели­чения, то можно подключить к диодному мосту конденсатор С3.

Рис. 2

Существует также интегральный таймер 7555 на полевых транзисторах, который является полным аналогом таймера 555, но его ток потре­бления не превышает 0,5 мА. Этот таймер также испытан нами в приведенных схемах. Простая за­мена таймера в схеме рис.1 заметного эффекта не дает, кроме уменьшения емкости конденсато­ра С1 до 0,51 мкФ. Если биполярный транзистор VT1 заменить полевым, то можно дополнительно уменьшить значение емкости С1 и также умень­шить емкость С2 до 20 мкФ. Замена таймера в схе­ме рис.2 позволяет увеличить значения сопротив­ления каждого из резисторов R1 и R2 до 33 кОм и уменьшить их мощностью до 0,5 Вт, поэтому такой схеме следует отдать предпочтение.

В заключение следует отметить, что предло­женная схема регулирования имеет очень широ­кий диапазон регулирования: практически от ну­ля и до напряжения сети. Если применить для регулирования тока нагрузки потенциометр с линейной зависимостью сопротивления от угла поворота движка (тип А), то также линейно будет изменяться и ток разогрева. Если необходимо ограничить диапазон регулирования со стороны минимальной температуры, то для этого доста­точно увеличить величину резистора R4 (рис.2). С регулятором также можно использовать низ­ковольтный паяльник, например, на 127 В. Для исключения его перегрева следует увеличить со­противление резистора R5. Включение парал­лельно выходу диодного моста небольшой емко­сти С3 увеличивает ток через паяльник, что можно использовать для его быстрого разогрева. Поле­вые силовые транзисторы рассчитаны на большие токи, поэтому без изменения схемы мощность паяльника можно увеличить в несколько раз.

Литература

1. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемо­техника. 12-е изд. Том 1: Пер. с нем. — М.: ДМК ПРЕСС, 2008.

Автор: Александр Алексенцев, Роман Проць, г. Львов