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.
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.
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
- 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