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  • 温度可调的低成本迷你锡炉

  • 2023-09-07 17:53:03 阅读量:2334

本文作者:立创开源硬件平台 OSHWHub @Code504禁止商用,未经许可禁止转载点击看原文章



1、工程描述



这是可以用来烧水做饭的、体积小巧的、低成本的、温度可调的——迷你锡炉! 采用tpye-c或12V-DC电源供电。

  




2、制作教程


锡炉的结构由两块主板+一块固定板组成,很简单,参考下方图片组装即可。


下面主要说明:组装过程中的细节和容易犯错的地方。


铜堵头
铜堵头要买底面是平的,我没注意买了底面有突出印字的,只能手动打磨。

  





热电偶的焊接
热电偶的两个引脚,特别是正极引脚很难被焊锡浸润(俗称不挂锡),使用常规方法焊接很容易脱落。

可以像我这样在线头处打个环,然后将这个环埋入焊锡中,焊锡冷却后的形状就会将它固定住。

使用螺丝柱等进行固定也可以,不过目前来说打个环应该是最简便的方法。

  


主办元器件安装示例

主板上预留了 RV09 和 RK097 这两种电位器的焊盘,两种电位器的安装效果如下。

  


加热片和热电偶的线随便从电路板上找个合适孔穿过来。


  


图片主板预留3个固定头堵头的螺丝孔,最大化合理利用主板的每一寸空间。

  



裁剪隔热棉
裁剪出合适大小的隔热棉,厚度大约5mm,隔热棉上面放陶瓷加热片和K型热电偶,热电偶不要紧贴加热片,稍稍隔开1毫米,否则测量温度偏高。

  



安装铜堵头
热电偶上涂抹适量硅脂,放上铜堵头,铜堵头用垫片固定,垫片用铜柱固定,铜柱高度为10mm。

  



买内径20mm,外径30mm的垫片,不用做任何处理,直接安装就行。 如果买了内径20mm,外径37mm的垫片。 需要手动打磨3个螺丝孔对应的凹槽,材质选择铁镀锌之类的,千万不要选不锈钢,不锈钢价格贵硬度高打磨困难。

  



安装固定板
固定板的孔专门设计得比铜堵头大,边上需要垫2到3mm厚的隔热棉。最终成品如下:

  

图中的面板因为失误导致圆弧变成折线,现已修正。




3、电路设计图


  



  

  

 PCB图



面板设计


  



4、物料清单

做5个锡炉,单个成本在50元以内;大批量制作锡炉,单个成本能控制在30元左右。


电子元件类清单


  



请注意!【陶瓷加热片的电阻】要根据实际情况选择:

假设:采用12V2A的电源供电,为了保证不超过电源的峰值功率,加热片的电阻应当选择7欧姆,功率不到21W。

这个加热片用在20V3A的电源上功率约57W,没有超过65W充电器输出上限。

如果用10欧姆的加热片,那么只建议用在20V3A的电源上,如果用在12V2A的电源上功率不到15W,即使加了保温棉也需要加热很长时间才能熔化,加热效率太低。

 五金类清单


  




5、工作原理


锡炉的工作原理和热风枪、调温电烙铁类似:通过比较实际温度和设定温度的高低来控制加热。 测温元件为K型热电偶,测量热电偶两端的电压就可以反查到温度。

TL431为可调精密稳压源,用于提供2.5伏参考电压。

第一路运放由若干外围电路构成一个电压比较器和同相施密特触发器二合一的电路。

电压比较器部分正向输入端经外围电路接到热电偶正极上,反相输入端接到电位器R21上,当测量温度高于设定温度时输出高电平,反之输出低电平。

温度设置电路由2.5伏电压源和R15到R21这几个电阻构成。使用“串并联电阻分压计算公式”可以算出各个电阻上的电压,这里需要选择合适的电阻让R21中间引脚的电压保持在合理的范围内。

例如期望设定温度范围是150度到400度,查阅《K型热电偶数据手册》找到对应的电压值,也就是R21中间引脚的电压的调节范围是6.14到16.4毫伏。

假设我们先定好R19为220欧姆,则:

R15+(R17并联R21)+R19=2.5/0.00614*220

=89577欧姆左右

(R17并联R21)=89576/(2.5/0.0164)-220

=368欧姆左右。

R15=89576-220-368=88988欧姆。

理论上选择91K和390(390并联10K约等于375)的电阻最合适。

不过我手头暂时没有,所以原理图中近似选取了100K和470(470并联10K约等于449)这两个常见阻值的电阻。

由于固定阻值的电阻通常不是我们所计算得到的精确值,这里预留了R16、R18、R20这三个微调电阻,不在乎精度的可以省略微调电阻。

为避免在目标温度附近反复震荡加热,R13、R14构成施密特触发器,它是一种双稳态触发电路,具有迟滞比较的功能,可作为整型滤波电路使用,提高稳定性与抗干扰能力。

这里采用同相施密特触发器,20V供电时,阈值约0.94毫伏,相当于温度波动范围是24度。

也就是说,当输入电压高于设定电压加0.94毫伏输出高电平,低于设定电压减0.94毫伏输出低电平,处于设定电压加减0.94毫伏之间时,输出状态保持不变。

但以上电路和期望的控制逻辑正好相反,所以第二路运放采用电压比较器的结构实现翻转功能。

正向输入端接2.5V参考电压源,反向输入端接第一路运放的输出,经过反相的信号即可驱动NMOS管进行加热控制。

以上就是锡炉工作原理的简单讲解,想要深入学习运放知识可以查阅《基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计》等模电书籍。



更多详情及附件,可从原工程查看。

本文作者:立创开源硬件平台 OSHWHub 用户@Code504禁止商用,未经许可禁止转载


热门物料
型号
价格
7U12000E12UCG/无源晶振 0.282121
7U24000E09UCG/无源晶振 0.243693
TPS54560DDAR/DC-DC电源芯片 4.42
TPS54331DR/DC-DC电源芯片 0.7566
TPS5450DDAR/DC-DC电源芯片 2.75
TPS5430DDAR/DC-DC电源芯片 1.31
STM32G070RBT6/单片机(MCU/MPU/SOC) 4.6
LIS2DH12TR/姿态传感器/陀螺仪 1.6
ADXL355BEZ-RL7/姿态传感器/陀螺仪 353.09
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