В настоящее время для монтажа и ремонта радиоэлектронной аппаратуры применяют паяльные станции, в которых автоматически поддерживается нужная температура жала паяльника. Паяльными станциями, в основном, на производстве и ремонтных организациях, так как стоимость их лежит в пределах от нескольких десятков до сотен долларов США, что делает их недоступными для начинающих радиолюбителей, которые работают, как правило, дома. В этой статье рассмотрена схема и конструкция недорогого компактного регулятора мощности паяльника, который выполнен из недорогих и общедоступных электронных компонентов.
Внешний вид описанного в статье самодельного регулятора мощности для паяльника показан на фото 1 и фото 2. С помощью этого регулятора можно управлять паяльником мощностью до 100 Вт, подключаемого к сети переменного тока 220 В 50 Гц.
Схема электрическая принципиальная регулятора мощности паяльника показана на рис.1. Он выполнен на двусторонней печатной плате из стеклотекстолита FR4 размерами 61×41 мм. Лицевая и оборотная сторона печатной платы, используемой в регуляторе, показаны на рис.2 и рис.3 соответственно, а расположение деталей — на рис.4. Все детали рис.4 расположены на лицевой стороне печатной платы, кроме резистора R9, который размещен с оборотной стороны платы.
Регулятор выполнен в корпусе Z13 (производитель фирма КRАDЕХ). Размеры корпуса 37x47x65 мм, с встроенной сетевой вилкой (Х1 на рис.1),для подключения к сети переменного тока 220 В 50 Гц. На передней стенке крышки корпуса установлена розетка Х2 типа РД1 -1 для подключения паяльника, потенциометр R8 для регулирования мощности паяльника и индикатор подачи напряжения переменного тока 220 В 50 Гц на регулятор. Печатная плата закреплена внутри корпуса регулятора термоклеем.
Источник питания регулятора мощности выполнен по бестрансформаторной схеме с ограничивающим ток конденсатором. Это возможно потому, что ток потребления устройства регулирования мощности мал (не превышает 20…30 мА), а стоимость регулятора должна быть как можно меньше, при минимальных габаритах. Импульсные блоки питания сложны, требуют определенного опыта при изготовлении и недешевой элементной базы. Поэтому от их использования пришлось отказаться.
Недостатком блока питания с ограничивающим ток конденсатором является, в первую очередь, отсутствие гальванической развязки от сети переменного тока, в связи с чем элементы устройства находятся под потенциалом сети переменного тока 220 В 50 Гц. Поэтому для регулятора мощности выбран диэлектрический корпус, хорошо защищающий работающий персонал от поражения электрическим током высокого напряжения. Необходимо заметить, что при наладке данного устройства необходимо соблюдать правила техники безопасности, регламентирующие работу с сетевым напряжением 220 В 50 Гц, которые предполагают использование разделительного трансформатора.
В источнике питания регулятора мощности применен в качестве ограничивающего ток конденсатора С4 пленочный конденсатор типа САР/FILM емкостью 1,0 мкФ с максимальным рабочим напряжением 400 В. Ток на выходе данного источника питания может находиться в пределах от нескольких единиц до 60 мА.
Для ограничения броска тока через конденсатор С4 в момент подключения устройства к сети, последовательное ним включен резистор R10 типа СR050SJTB-ЗЗR-Hitano номиналом 33 Ом. Для разряда конденсатора С4, после отключения регулятора мощности от питающей сети, применен резистор R9 для поверхностного монтажа типоразмера 0805 номиналом 330 кОм, расположен резистор R9 на оборотной стороне печатной платы. Выпрямитель выполнен по мостовой схеме, использующий стабилитроны D1 и D2 типа BZV55-СЗVО и диоды D3, D4 типа 1N4007.Напряжение стабилизации стабилитронов лежит в пределах от 2,94 В до 3,06 В. Ток через стабилитроны,когда к ним прикладывается прямое напряжение,является выпрямленным током источника питания, когда к стабилитрону прикладывается напряжение обратной полярности, является импульсным током стабилизации.
Следует отметить, что амплитуда напряжения пульсаций на выходе источника питания пропорциональна разности напряжений стабилизации стабилитронов D1 и D2. В качестве фильтрующих конденсаторов на выходе источника питания используются конденсаторы С1 и СЗ. Включение стабилитронов в выпрямительный мост источника питания возможно, только когда в источнике питания применяется ограничивающий входной ток конденсатор.
На микросхеме сдвоенного операционного усилителя DА1 типа LМ358 (в корпусе S08), конденсаторе С2 и резисторах R1-R6 собран генератор пилообразного напряжения. Период пилообразного напряжения, снимаемого с выхода интегратора (вывод 1) DА1.1, определяется времязадающими элементами RЗ и С2. Если емкость конденсатора С2 составляет 1,0 мкФ, а сопротивление резистора RЗ — 180 кОм, то период «пилы» равен 250 мс. Размах пилообразного напряжения на выходе интегратора зависит от соотношения сопротивлений резисторов R4 и R6. При сопротивлениях резисторов R4 68 кОм и R6 180 кОм размах этого пилообразного напряжения лежит в пределах 0,8 В.
«Пила» с выхода интегратора (вывод 1 DА1) подается на вывод 1 компаратора DА2 типа LМV331 (корпус SОТ23-5). На второй вход этого компаратора (вывод 3) подается опорное напряжение с резистивного делителя R7R8. R8 — переменный резистор 20кОм типа РV16LN(РН)-В20К-15КQ. В момент превышения уровня сигнала на выводе 1 ОА2, опорного напряжения на выводе 3 DА2, компаратор срабатывает, и на его выходе (4 DА2) напряжение переключается с низкого уровня на высокий. Длительность сигнала отрицательной полярности на выходе компаратора соответствует длительности участка пилообразного напряжения, который меньше уровня опорного напряжения, подаваемого с потенциометра R8 на вывод 3 DА2. Таким образом, период следования импульсов отрицательной полярности на выходе компаратора (вывод 4 DА2) равняется длительности периода пилообразного напряжения. Длительность импульса отрицательной полярности на выходе компаратора (микросхема DА2, вывод 4) зависит от соотношения напряжений на входах компаратора.
Нагрузкой компаратора является резистор R11 номиналом 3,3 кОм и входной диод оптопары микросхемы драйвера симистора DА3 с балластным резистором R12 номиналом 220 Ом. Учитывая, что напряжение на выходе источника питания составляет 3,2…3,4 В, выходной ток компаратора будет составлять около 9 мА.
Микросхема DА3 типа МОС3063М — драйвер симистора с анализом перехода сетевого напряжения через ноль. В момент перехода сетевого напряжения через ноль включается симистор VS1, если через светоизлучающий диод микросхемы драйвера симистора (DА3) протекает постоянный ток от 5 до 60 мА, на выходе компаратора сформировано напряжение низкого уровня. Таким образом, симисторVS1 подключает нагрузку к сети переменного тока 220 В 50 Гц на время, кратное полупериоду сетевого напряжения, и в момент перехода сетевого напряжения через ноль. Такой принцип управления симистором позволяет снизить спектр гармонических составляющих, поступающих в сеть при коммутации нагрузки, в данном случае паяльника.
Если длительность периода пилообразного напряжения на выходе интегратора (DА1, вывод 1) составляет 250 мс, а половина периода сетевого напряжения — 10 мс, то скважность включающего симистор V51 импульса напряжения может изменяться с дискретностью 4% длительности периода пилообразного напряжения на выходе интегратора. Когда на выходе компаратора постоянно присутствует высокий уровень напряжения, то симистор выключен, и ток через нагрузку не протекает. При наличии на выходе компаратора постоянно напряжения низкого уровня, симистор постоянно включен, и в нагрузку подается максимальная мощность.
В качестве индикатора подключения сетевого напряжения 220 В 50 Гц используется светоизлучающий диод D5 типа 5013D с зеленым диффузным свечением. R13 — ограничивающий резистор.
R1-R7, R9, R11 и R12-это SМD-резисторы типоразмера 0805, а резисторы R10, R14, R15 типа СR050SJТB, Нitano. Резистор R13 типа МЛТ 0,125.
Конденсаторы С1 и С2 типоразмера 0805 с диэлектриком Х7R. Электролитический конденсатор СЗ номиналом 1000,0 мкФ на напряжение 16В типа ЕСR.
При наладке регулятора рекомендуется к выходу источника питания регулятора подключить напряжение 3,2…3,4 В от внешнего лабораторного источника питания. Проверить низковольтную часть регулятора, выполненную на микросхемах DА1 –DА3, а затем подключить сетевое напряжение 220 В 50 Гц на вход источника питания регулятора и проверить работу устройства с нагрузкой. При правильно распаянной печатной плате регулятора мощности паяльника ее регулировка не требуется. Нужно обратить внимание на распайку микросхем DА1 и DА2 в связи с тем, что расстояние между выводами этих микросхем мало, и при монтаже могут возникать перемычки из припоя между выводами микросхем.
Автор: Александр Артюшенко, г. Киев
Радиоаматор №3, 2014
