عكس هندسة محطة لحام الراقية

(هذه هي ترجمة المقال الأصلي الذي يؤديه باراجول )

كانت لدينا مجموعة من صور PCB الرئيسية ، ومقطع فيديو على YouTube مع أشكال موجية لاستنزاف الجهد من MOSFETs ، وهي مشاركة في المنتدى مع انهيار لقيم السعة لمكثفات دارات LC وأيضًا عدد من مقاطع الفيديو التي توضح إلغاء تسخين تلميح لحام. الشيء الوحيد الذي يقلقني حقًا هو الفيديو مع قياس استهلاك الطاقة الذروة أثناء التسخين. لا يوجد شيء في العالم لا حول له ولا قوة وغير مسؤول ومفسد من الخرطوشة المحروقة التي تم شراؤها حديثًا مقابل 60 دولارات من Amazon. لكن دعني أبدأ من البداية.

مقدمة في الموضوع

لفهم نوع الجهاز الذي سنقوم بتصميمه اليوم ، دعونا أولاً نتذكر ملخصًا لأنواع محطات اللحام المعروضة وكيف تختلف.

كما كنت قد خمنت ، تمتلك فئة العلامات التجارية الصينية كامل شريحة السعر المنخفض في هذا الجهاز ، والتي استنسخت إلى حد كبير التصميم الناجح إلى حد ما من الحديد الياباني لحام Hakko. مبدأ التشغيل وراء كل من النموذج الأصلي والنسخ المتماثلة العديدة الخاصة به واضح جدًا: ينقل سخان نيتشروم أو نحيف الرقائق حرارته إلى طرف لحام قابل للانفصال ، ويتم تنظيم درجة حرارته بواسطة وحدة مزدوجة حرارية أو مقاوم حراري مدمج في المدفأة. هذا حل بسيط ورخيص ، ولكن قد تتحول جودته إلى حد بعيد عن الكمال في النسخ المتماثلة الصينية ، على سبيل المثال سخان صغير الحجم قليلاً ، مادة أرخص قليلاً من الحافة ، والتي تؤدي جميعها إلى الاضطرار إلى التفاف المدفأة في الرقائق ، طلب نصيحة يابانية أصلية من الخارج ، واستبدال الموصل بآخر أقوى ... وبعبارة أخرى ، ستحصل على الطبق بالكامل في أي وقت من الأوقات.

في مكان ما في منتصف الطيف السعري توجد محطات اللحام الأصلية من العلامات التجارية الغربية الشهيرة. و ERSA الألمانية ، ويلر الولايات المتحدة ، و Hakko اليابانية - هذا النوع من العلامات التجارية. مبدأ التشغيل الخاص بهم مطابق بشكل أساسي ، إلا أنك لا تحتاج حقًا للوصول إلى مواردك لجعلها تعمل ؛ وهي تشمل الأشياء الجيدة اللطيفة ، مثل كابل السيليكون اللين لا يذوب من أدنى لمسة من مكواة اللحام ، ... حسناً ، لا يوجد الكثير من الأشياء الجيدة في الواقع! السعر؟ يطابق الوعد. المئات من الدولارات التي تنفقها على الأشياء يمكن أن تزعج ليس فقط متحمس DIY متواضع الذي يحب مولته في أمسياته بتعديل أجهزته ، ولكن حتى شركة متوسطة الحجم.

ومع ذلك ، مقالة اليوم عن شيء مختلف. سوف أخبركم بالظاهرة الراقية الحقيقية في عالم محطات اللحام ، وهي مكواة لحام التعريفي المصنوعة في الولايات المتحدة الأمريكية من Metcal (يتم إنتاجها حاليًا تحت هذه العلامة التجارية من قبل OK International). في الواقع ، تقوم العديد من الشركات بإنتاج هذه القطع من المعدات ، على سبيل المثال ، باستثناء Metcal ، يمكنني أيضًا أن أذكر Thermaltronics و JBC وحتى Hakko الذين يبيعون تصميمًا مشابهًا. التصميم التشغيلي للسخان التعريفي في هذه الأجهزة أنيق للغاية:



كما ترون ، فهي تفتقر إلى أي أجهزة استشعار درجة الحرارة على الإطلاق. غيض اللحام مصنوع من النحاس ذي الطلاء المغنطيسي ، الذي يتعرض عند تسخينه لحقل مغنطيسي متناوب عالي التردد (13.56 ميجاهرتز) ، ويتم تسخينه ، وعند درجة حرارة معينة ، تسمى درجة حرارة كوري ، يفقد خصائصه المغناطيسية ويتوقف تسخين أي مزيد من. عندما تلمس نقطة اللحام ، يفقد العنصر المغنطيسي الحراري حرارته جزئيًا ، ويبدأ المحاث على الفور في نقل قوته إلى طرف اللحام. تأتي الخراطيش بأربعة درجات حرارة ثابتة ، تحتاج حقًا إلى درجتين فقط - للحام ولحام خالي من الرصاص. هذا كل ما هو عليه.

تنتج شركة OKI / Metcal عدة نماذج من محطات لحام التعريفي التي تأتي بأسعار مختلفة وبقوة إنتاج مختلفة ، ومع ذلك ، فإن النطاق السعري البالغ 1000 دولار يتخلى عن أي رغبة في الاستفادة من هذا الجهاز الجميل ، بغض النظر عن مدى جماله. ما يقودني إلى فكرة محاولة توفير بعض المال!

مشكلة

دعونا نضع الأمر كما يلي: باستخدام المصادر المتاحة للجمهور فقط ، لإجراء الهندسة العكسية الافتراضية للجهاز الأصلي MX-5200 وينتهي الأمر بتصميم مذبذب ذي موجة عالية التردد أحادي القناة من فئة المستهلك مع طاقة خرج 80W ، والتي سوف تكرار وظيفة محطة لحام الأصلي قدر الإمكان.

إذا قمت ببعض البحث عبر الإنترنت ، فستجد بسهولة مخططًا تخطيطيًا للجيل السابق من محطة Metcal MX-500 ، تم نسخه بعناية من PCB. لن يعمل التنفيذ المباشر لأفكار التصميم من هذا المخطط حيث أن طاقة الخرج الخاصة بهذه القطعة من الأجهزة تبلغ 40 واط فقط ، ولا يمكن زيادتها بسهولة. ومع ذلك ، سيساعدنا هذا المخطط القديم في فهم عمل التجميعات الرئيسية.

لذلك ، يمكن رؤية العناصر التالية في الرسم التخطيطي:

1. مولد HF عالي الطاقة مع ثلاث دوائر رنين الإخراج ؛
2. محول تنحى نبض لتشغيل المولد (1) ، مع الجهد الناتج تتراوح 17-21V ؛
3. دائرة التغذية المرتدة لتنظيم الجهد من محول تنحى (2) اعتمادا على الجهد على واحدة من الدوائر الرنانة الإخراج من المولد (1) ؛
4. دائرة حماية لإغلاق المولد (1) في حالة انقطاع المحث ؛
5. وحدة تزويد طاقة المحول بجهد خرج يبلغ 53 فولت.

دعنا نفكر بسرعة في بعض حلول تصميم الدوائر المشتركة. على سبيل المثال ، يمكن تشغيل الدائرة بواسطة محول قلب حلقي التردد المنخفض. انتظر ، دعنا نستخدم محولات LLC ذات الرنين مع رقاقة HiperLCS نادرة من Power Integrations: لقد كنت منذ فترة طويلة تعني العمل بها. دعنا أيضًا نأخذ محولًا حديثًا أكثر تنحيًا للتحكم في طاقة الخرج ومعرفة ما إذا كان بإمكاننا الحصول على 5A من حزمة SO-8. انتظر لحظة ، هل يمكن للمشروع البقاء على قيد الحياة بدون اردوينو ، ورسم ، ومصباح LED؟ لنقم أيضًا بإضافة شريحة STM32 وشاشة صغيرة لإظهار طاقة الخرج الحالية. لجعل الأمور بسيطة ، سنقوم بقياس الطاقة في دائرة طاقة مولد HF ؛ بالنسبة للكفاءة ، سنأخذها في الاعتبار (أو يجب أن نتجاهلها) في البرنامج. سنستخدم علبة معدنية بالحجم الصحيح ، والتي ستكون بمثابة درع وغرفة التبريد في نفس الوقت.



بالنسبة للحام الفعلي ، سأذهب إلى Amazon وشراء مجموعة ترقية Metcal MX-UK1 ، بما في ذلك منضدة العمل ومكواة اللحام نفسها (التي هي مجرد قطعة يدوية متصلة بسلك) ، وخراطيش لحام. استنادًا إلى خبرتي في العمل ، أجد أنه من الأسهل التعامل مع العناصر الصغيرة باستخدام طرف لحام من الحديد بزاوية 30 درجة ، وللتعامل مع أي شيء أكبر سآخذ شيئًا أعرض وأثقل وأكثر سخونة ، لذلك هذا هو خياري: Metcal SMTC-0167 لـ غرامة لحام و M7K100 Thermaltronics للعمل مع العناصر على نطاق أوسع. بالمناسبة ، فإن نصائح Thermaltronics الأرخص ستقوم بالخدعة أيضًا.



أثناء شحن العناصر الخاصة بي ، سأرسم مخطط تدفق للجهاز في المشروع.



من المهم تحديد التغذية المرتدة بين إخراج مولد HF وإدخال التحكم في محول التنحي. الشيء ، بعد تسخين طرف اللحام إلى درجة حرارة التشغيل ، يستمر المذبذب في إنتاج جهد عالي السعة إلى حد ما (حوالي 100 فولت) ، وتبدأ الطاقة الناتجة تبدد على المقاومة النشطة للملف الحث ، والتي ، بسبب تأثير الجلد ، هو أعلى بكثير من يمكن أن يسجل المتر العادي. نتيجة لذلك ، ينمو الملف اللولبي الحار وينطفئ. لمنع ذلك ، تستخدم المحطات الأصلية ردود فعل سلبية تقلل من الجهد الكهربائي لإمداد المذبذب استجابةً لنسبة الموجة الدائمة المتزايدة التي تأتي مع التغيير في مقاومة المحث. يستخدم نموذج 40W طريقة مباشرة نسبيًا من براءة الاختراع US4626767A ، في حين يستخدم نموذج 80W تعليقات أكثر تعقيدًا تتضمن محول تيار. دعنا نلقي نظرة على هذا الفيديو الذي يمكنك العثور عليه على الويب:



يُظهر الخط الأزرق جهد التيار الكهربائي في مرحلة الإخراج لمولد HF ، وكما ترون من الفيديو ، نحتاج إلى توفير جهد التيار الكهربائي لزيادة القدرة بمقدار مزدوج على الأقل (وفقًا لذلك ، ستكون طاقة الإخراج تزايد بما يتناسب مع الجهد التربيعي ، أي أربعة أضعاف قيمة الجهد). نظرًا لأنني لم أفلح في ضمان نفس جودة التنظيم من خلال دائرة تغذية مرتدة بسيطة صممتها في LTSpice ، فقد قمت للتو بنسخ دائرة التغذية المرتدة من صورة PCB.

مولد التردد العالي

دعنا نبدأ في تصميم وحدة عالية التردد عن طريق العمل أولا خارج الدائرة الرنانة الإخراج. ألقِ نظرة على هذه الصورة عالية الدقة:



تستطيع أن ترى ثلاثة لفات ملفوفة حول النوى الصفراء الحلقية ، مع 4 و 6 و 7 المنعطفات على التوالي ، من اليسار إلى اليمين. وفقًا لنظام تصنيف Amidon ، يستخدم اللون الأصفر للنوى المصنوعة من الحديد المجفف بنفاذية 8.5 (المادة رقم 6). يمكن حساب حجم الملفات باستخدام المسطرة أولاً لقياس قطر الملف على الشاشة ثم مقارنة ذلك بمقياس بعض المكونات المعروفة جيدًا ، مثل الترانزستور الناتج في الحزمة TO-247. على ما يبدو ، هذا التصميم يستخدم T130-6 النوى. هذا ، في رأيي ، هو شيء من الإفراط في الإفراط - مثل هذه toroids الكبيرة تهدف إلى قوة أعلى من ذلك بكثير. ولكن ليس لدي أي نية للعب السراويل الأنيقة هنا: بالتأكيد لا أستطيع تحمل النوى الأمريكية الأصلية ، لذلك بدلاً من ذلك سأطلب نسخاً متماثلة من الصينية الرخيصة من AliExpress ومعرفة ما إذا كان بإمكانهم القيام بالمهمة (تنبيه المفسد: إنهم بخير) . تم حساب قيم الحث الخاصة بهم على أنها 180 و 400 و 540 نانومتر على التوالي.

في دوائر الرنين ، تعمل المحاثات بجانب المكثفات. لا يمكننا استخلاص قيم السعة الخاصة بهم من الصورة ، ومع ذلك يمكننا بسهولة العثور على منشور للرسالة بواسطة mikeselectricst العقيم (مؤلف الفيديو أعلاه) الذي شارك بملاحظاته (المظللة باللون الأصفر):



بعد تغذية هذه القيم إلى نموذج التوابل ، يصبح من الواضح أن ترددات الرنين للدوائر قد تحولت قليلاً عن 13.56 ميغاهيرتز. الأمر هو أنه كلما كان التردد أقرب إلى التردد الذاتي ، كلما كانت هناك حاجة إلى جهد أقل لتشغيل مولد HF وكلما زاد استهلاكه الحالي. يعمل التصميم الأصلي على تشغيل مرحلة الإخراج من خلال محول تنحيلي مع حد تيار 3A ، لذا فقد وضع المصممون مراحل الإخراج قليلاً من الرنين ليكونوا قادرين على زيادة فولطية الإمداد وتقليل استخدام التيار. نحن ، من ناحية أخرى ، نخطط لاستخدام شريحة 5A ، ومع ذلك ، فقد تبين أنها أقل من الحالية بينما في وضع الرنين ، لذلك سنضع مراحل الإخراج خارج الرنين قليلاً. سنكتشف قيم السعة الدقيقة بشكل تجريبي ، استنادًا إلى حدود المشروع لأقصى جهد إمداد لدائرة الإخراج (22 فولت) والحد الأقصى لاستخدام التيار (4A).

لاحظ أن هناك قدرًا كبيرًا من الطاقة تتدفق داخل دوائر الرنين ، حريصة على إطلاقها في البيئة في شكل حرارة. لزيادة عامل Q-، دعونا نستخدم السلك الملمع السميك إلى حد ما (1.25 مم) للملفات وتوصيل العديد من المكثفات في نفس الوقت.

اختيار الترانزستور الناتج الصحيح هو سؤال محير آخر. في حالة استبدال الخرطوشة أو إزالتها ، يمكن للجهد الزائد أن يرتفع إلى 300-350 فولت ، لكن مؤلفي التصميم الأصلي اختاروا ألا يهتموا بحماية متطورة ومجهزين ببساطة مرحلة الخرج مع ترانزستور RF IXFH12N50F نادر للغاية وسريع ومكلف من IXYS مع حد الجهد استنزاف من 500V. لا يمكننا تحمل هذا الكم من الفخامة ، لذا فلنأخذ STP19NF20 ترانزيستور قياسي التأثير الميداني يكلف نصف دولار فقط ويربطه بالتوازي مع مثبط زيادة 150 فولت. الكمال! سوف يقوم القامع بقطع طفرات دوائر الرنين بشكل طفيف ، ويمنعها من التأرجح أكثر من اللازم ، في حين أن وحدة الحماية ستوقف المذبذب خلال حوالي 10 مللي ثانية بعد اختفاء الحمل.



بسبب السعة الكبيرة للمدخلات والتردد العالي ، لا يمكننا التحكم في بوابة الترانزستور الناتج مباشرة باستخدام برنامج تشغيل البوابة المعتاد. تكشف صورة اللوحة الأصلية عن ملف مغو لا يحتوي على محولات بين ترانزستورات الطاقة. هذه خدعة صغيرة شائعة الاستخدام: إلى جانب السعة مصدر البوابة ، ينشئ المحاث دائرة رنانة تدعم تدفق الطاقة عبر دائرة البوابة ، مما يؤدي إلى زيادة في كفاءة المضخم المسبق. في الوقت نفسه ، تفرض تلك الدائرة نفسها قيدًا ضمنيًا على النموذج المحتمل لترانزستور الإخراج: يجب أن تكون قيمة المقاوم لبوابة منخفضة قدر الإمكان للحفاظ على عامل Q- معقول من الدائرة. دون الخوض في الكثير من التفاصيل ، دعنا نعيد إنتاج حل الشركة المصنعة. سنختار قيمة الحث الصحيحة بناءً على أقصى كفاءة للدائرة الفعلية عن طريق شد / لف لفائف الملف.

منذ ذلك الحين ، ينمو تصميم الدوائر بشكل أكبر. سنقود المضخم المسبق المصمم حول ترانزستور IRF510 بسعة إدخال منخفضة باستخدام محرك مزدوج MAX17602 ، حيث تبدو خصائص سرعته جيدة. ستعمل MAX17600 أو MAX17601 بشكل أفضل ، ويمكننا توصيل مخرجاتها بشكل متوازٍ ، لكن لم يكن لدي تلك المتاحة على الفور ، لذلك سنعمل مع ما لدينا.

سيتم ضبط تردد التذبذب الصحيح بواسطة مرنان بلوري. لسوء الحظ ، لم أتمكن من العثور على بلورة 13.56 ميغاهيرتز للمذبذب النشط. ولكن لا داعي للقلق ، فسنأخذ مرنانًا أكثر شيوعًا عند 27.12 ميغاهيرتز ونخفض التردد إلى النصف. سنستخدم بشكل جيد متحكم ، أو بالأحرى واحدة من أجهزة ضبط الوقت المبرمجة وفقا لذلك. يجب أن أذكر أيضًا أنه لا يمكن توصيل وحدة MCU مباشرة إلا بالرنان البلوري الذي يعمل على التردد الأساسي للبلورة. لا يمكن توصيل مرنانات الرنين الثالث kHz 27.120 الروسية الشائعة الاستخدام إلا من خلال اختراق سريع على شكل دائرة رنين إضافية.

امدادات الطاقة

بعد سلسلة طويلة من التجارب غير المثمرة مع المنتجات المصنوعة في الصين ، قررت تشغيل مرحلة إخراج مذبذب HF من محول تنحيلي يعتمد على رقاقة TPS54560 من TI. لمنع أي دقات مسموعة ، سنقوم بتعيين تردد التذبذب الداخلي عند حوالي kHz 450 ، على مسافة من نطاق تردد العمل لمحول LLC. بدلاً من ذلك ، كان بإمكاني فعل عكس ذلك تمامًا ، أي مزامنة المحول التدريجي مع مذبذب محول LLC ، لكن في تلك المرحلة كنت أشعر بالكسل ، لذلك أسقطت هذه الفكرة.

يتميز المحول TPS54560 نفسه ، على الرغم من حجمه الصغير ، بقيمة حالية كبيرة للإنتاج ، لذلك في بعض الأحيان يمكنك أن تتخيل أن هذا يمثل تقدماً غير مسبوق في صراع من أجل كفاءة الطاقة ... ومع ذلك ، الحقيقة هي أن الرقاقة بحاجة فعلاً إلى تبريدها بشكل صحيح . تحتوي اللوحة التجريبية التي تقدمها Texas Instruments على طائرتين أرضيتين كبيرتين بسماكة 2 أوقية على كلا الجانبين ؛ يتم ضمان نقل الحرارة عبر الطبقات بستة ثقوب عبر أسفل الرقاقة (حيث يحتوي على دبوس لتبديد الحرارة). مثل هذا التصميم يجعل من الصعب بعض الشيء صنع لوحة DIY ، لذلك من الواضح أنني سأضطر إلى طلبها من شركة صينية. فتى!

لتشغيل برنامج التشغيل ومكبر الصوت المسبق ، فلنأخذ الجهد غير المنظم 12V من الملف الثاني لمحول LLC. سيكون الصرف الحالي على بقية اللوح ضئيلًا ، لذلك لتشغيل وحدة التحكم 5V ولإضاءة شاشة LCD ، سنستخدم منظم الخطي KR142EN5A المنتج محليًا ، بينما سيتم تنظيم خط 3.3V لوحدة MCU بواسطة LD2985 ضئيلة.

لتقليل جهد الخط إلى 30 فولت و 12 فولت المطلوب ، سنستخدم محول LLC استنادًا إلى شريحة LCS708HG .



أنا متأكد من أن العديد من القراء يرغبون في معرفة المزيد عن محولات LLC ، لذلك سأشرح مبدأ التشغيل بمزيد من التفاصيل. شركة LLC ليست اختصارًا تمامًا ، حيث تشير هذه الأحرف إلى "مكثف محث-مغو" ، وباختصار ، تنفذ التصميم الكهربائي لتوصيل اللف الأولي للمحول. وهذه النقطة هي ، في بعض الأحيان ، أن جزءًا من التدفق الناتج عن اللف الأولي قد لا يرتبط باللف الثانوي ، الذي يسبب ما يسمى بحث التسرب - محاثة طائشة غير قادرة على نقل الطاقة المتراكمة إلى الدائرة الثانوية. في محولات flyback القياسية ، يجب تبديد هذه الطاقة على المكثفات أو مقاومات snubber ، لذلك المحولات (أو بشكل أكثر تحديدًا ، الاختناقات ذات الملف المزدوج) مصممة عادة بطريقة تقلل من محاثة التسرب إلى أقصى حد ممكن. لكن الأمور مختلفة تماما عن الشركات ذات المسؤولية المحدودة.

في محول الرنان ، فإن محاثة التسرب المقترنة بالسعة المتصلة بالتسلسل الأولي باللف الأولي تخلق دائرة دبابة تحل مشكلتين مهمتين. أولاً ، إنه يقوم بتحويل ترانزستورات الخرج عالية الجهد للمحول بقيم جهد قريبة من الصفر (ما يسمى بـ Zero Voltage Switching ، ZVS) ، مما يقلل بشكل كبير من فقدان الطاقة الناتج عن التبديل. ثانيًا ، تتدفق الطاقة المتراكمة في المحث غير المنفصل إلى الدائرة مرة أخرى ، لذلك يزيل ذلك أي حاجة في أجهزة السناكر لأنه لا يوجد في الواقع فقدان للطاقة. في مذكرة التطبيق AN-55 ، توفر Power Integrations مخططًا تفصيليًا لكيفية تصميم محول لزيادة محاثة التسرب (وهذا ضروري لضمان خاصية المحول الصحيحة). أنا ، على سبيل المثال ، يتحول الجرح الأساسي والثانوي عن بعضهما البعض ، في قسمين مختلفين:



بشكل عام ، ينتج عن هذا التصميم الفخم تصميمًا فائقًا جدًا من حيث الكفاءة ، مثل شريحة LCS708HG بدون غرفة التبريد ، على الرغم من حجمها المصغر ، توفر طاقة إخراج تبلغ حوالي 200 واط! هذه نتيجة رائعة حقًا ، لكن لا يمكنك تحقيقها إلا عند التشغيل بتردد الرنين الذاتي لدائرة الإخراج. هذا هو المكان الصيد.

الشيء هو ، في هذه الحالة ، يتم تنظيم الجهد الناتج عن طريق تغيير وتيرة النبض بدلا من نسبة النبض ، ويتم تنظيم في نطاق ضيق جدا من الجهد - حوالي٪ 15 ٪. بالإضافة إلى ذلك ، استجابةً لتقلبات جهد الدخل من قيمته الاسمية ، فإن تردد التحويل ينتقل بعيدًا عن الرنين ، ويفرض وضع التبديل الصعب على الترانزستورات داخل الرقاقة ، وبالتالي تسخينها كثيرًا. في الواقع ، يحتاج المحول إلى الحصول على الجهد المنظم على مدخلاته!

في المنتجات المصنوعة في المصنع ، تم تجهيز المحولات بمصححات عامل الطاقة النشطة (APFCs) عند إدخالها ، والتي ، إلى جانب قوة التصحيح الفعلية ، تحافظ أيضًا على فولطية إخراج تبلغ حوالي 380-390 فولت. ولكن بعد كل شيء ، نحن نتعامل مع تصميم DIY هنا ، لذلك دعنا نتجاهل بسلاسة مثل هذه الفوضى التافهة مثل الحساسية لجودة طاقة الخط. استنادًا إلى الحسابات ومع السماح بنبض الجهد على السعة العازلة ، يكون جهد الدخل في حدود 230V ± 10٪ تقريبًا ، لذلك إذا كانت شبكة الطاقة تعمل ضمن المعايير ، فسيعمل كل شيء بسلاسة. دعونا نترك الأمر هناك الآن.

سنقوم بنسخ بقية تصميم المحول من ورقة البيانات ذات الصلة. ربما أركز فقط على مكثف الرنين - هذا المكون الواضح على ما يبدو. إذا تساءلت يومًا ما هو الفرق بين مكثفات فيلم Polypropylene ومكثفات فيلم Polyethylene Terephthalate (PET) ، فإليك الإجابة: هذه السابقة لها ظل ضياع أصغر عشر مرات. لهذا السبب بالتحديد تسببت محاولتي لاستبدال K78-2 الضخمة (منتج آخر منتجًا محليًا) بنموذج PET أرخص وأصغر K73-17 في بعض السلوكيات الغريبة: دخل المكثف في ارتفاع درجة الحرارة وبدأ في توليد ضوضاء طقطقة مريبة. مثيرة للاهتمام.

تتطلب رقائق سلسلة HiperLCS خطًا مخصصًا لتزويد الطاقة بقدرة 12 فولت. لتوفير متاعب التلاعب بلفائف إضافية ومعدل ودوائر بدء التشغيل ، دعنا نلتزم بالكتاب المدرسي. سوف نحصل على الجهد المطلوب من محول صغير منفصل على شريحة LNK304 . الميزة الرئيسية هي تصميمه الخالي من المحولات ، حيث أن المحرض الوحيد الذي سنحتاج إليه هو خنق رخيص مصنوع في المصنع. يبقى الحد الأقصى الحالي للإنتاج في نطاق صغير ، حوالي 100 مللي أمبير ، وبساطة التصميم إلى جانب القدرة على الحفاظ على عدد المكونات إلى الحد الأدنى ، مما يجعله حلاً جذابًا (في حين أن عدد المحولات لكل بوصة مربعة من السطح يبدأ للحصول على أعصابي. إله المحولات يطالب أكثر منهم!)

دماغ

حسنًا ، هناك أشياء أخرى يجب القيام بها. تحتوي المحطة الأصلية على شاشة LCD تعرض السعر الذي دفعته تشبه طاقة الإنتاج. دعونا نفعل شيئًا مماثلاً: سنتخذ وحدة التحكم STM32F030 في الحد الأدنى من التكوين (في حزمة TSSOP-20). سيقيس أحد مدخلات محول A / D الجهد الكهربائي لمرحلة الإخراج في مولد HF ، بينما يقيس المدخلات الأخرى التيار. لتجنب كسر الدائرة الأرضية ، سنعلق مقاوم استشعار التيار بالسلك الموجب وننفذ تحويل المستوى باستخدام شريحة INA138 ذات الأغراض الخاصة ، وهي تصميم Burr-Brown في أيامها المجيدة. لعرض المعلومات ، دعنا نستخدم نص OLED بدقة 16 × 2 من صنع WinStar. هذا كل شيء باختصار. انتظر ، لقد تركنا دبوس معالج واحد غير مشغولة. حسنًا ، اتركه وميضًا عندئذٍ. لا تسألني لماذا.

تمت كتابة البرنامج الثابت لجهاز التحكم بلغة C باستخدام STM32CubeMX والنسخة المجانية من Workbench IAR Embedded. الرمز تافه جدا. عند علامة مؤقت النظام ، مرة واحدة في 300 مللي ثانية ، تقرأ الحلقة الرئيسية البيانات من قناتين من محول A / D ، وتضاعفها وترسلها إلى الشاشة كقوة قراءة. في الجزء السفلي من الشاشة ، يتم عرض قيمة الطاقة في شريط يتم تقديمه باستخدام خطوط مخصصة. عند إيقاف تشغيل طرف اللحام ، يوقف معالج المقاطعة القادم من إخراج كاشف الحمل الموقت المرجعي لمذبذب HF. للتأمين ضد أي تجميد أو خطأ في وحدة MCU ، أضفت معالجات لأخطاء الأجهزة وإشارات موقت المراقبة ؛ توظف البرامج الثابتة أيضًا تقنية CSS (Clock Security System) التي ، في حالة وجود رطوبة في تذبذبات مرنان البلورة الأساسي ، تنتقل إلى مذبذب RC المدمج وتعيد تشغيل متحكم دقيق. الحجم الكلي للبرنامج الثابت هو 10 كيلو بايت. لقد قمت بتحميل الكود المصدري للبرنامج الثابت مع ملفات المشروع الأخرى إلى GitHub لأغرب الناس فضولاً لإلقاء نظرة (ولكن لا تتوقع أي شيء غير عادي هناك).

تصميم

يتم توفير العمليات الحسابية لجميع مكونات محول LLC ، بما في ذلك قيم الحث لفائف المحولات ، في ملف التخطيط المرفق بالمشروع ، والذي يمكنك عرضه باستخدام PI Xls Designer. قمت أيضًا بتضمين جميع أوراق البيانات الخاصة بالأجزاء الإلكترونية التي استخدمتها في المشروع ، وقمت بتحميل نماذج LTspice لبعض أجزاء الدائرة وبعض الصور بالطبع.

نتيجة التصميم الموضح أعلاه هي المخطط التخطيطي الكهربائي التالي:



تم إعداد المخطط وتخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور باستخدام DipTrace ، مع تحويل الرسومات إلى تنسيق جربر لإرسالها إلى مصنع التصنيع. تم تصميم تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور ليناسب عن كثب حقيبة الجهاز ، مع تغطية طبقة واحدة كاملة بطائرة أرضية لحماية الدوائر المنخفضة الهشة الحالية. يسهل مثل هذا التصميم تصنيع اللوحة في المنزل ، حيث لا يتطلب أي محاذاة دقيقة لقوالب الصور: يمكنك ملء كامل سطح اللوحة العكسي بالكامل بطائرة واحدة صلبة ثم استخدام مثقاب سميك لصنع شقوق حفرة حول تلك المسامير التي لا تحتاج إلى أن ترتكز.





نظرًا لأن بعض أجزاء HF المستخدمة في التصميم تنبعث من الكثير من الضوضاء الراديوية وأن مكونات الطاقة محمومة بسهولة ، من الطبيعي أن يكون خياري للمواد لهذه الحالة هو الألومنيوم. سأختار حالة مطابقة تقريبًا G0476 من كتالوج Gainta. سنقطع نافذة في صندوق OLED باستخدام أداة دوارة. سنقوم بعد ذلك بتوصيل العلبة مباشرة بالسلك الأرضي لكابل الطاقة مع واقي كبل اللحام وأرض PCB.

لسوء الحظ ، جاءت فكرة توصيل OLED بمزيد من التباين بدلاً من شاشة LCD بعد فترة طويلة من إرسال طلبي ثنائي الفينيل متعدد الكلور إلى مصنع التصنيع. تختلف مستويات CMOS المدخلة الخاصة بـ WEH001602AGPP5N00001 OLED من WinStar عن مستويات TTL القياسية لشاشات الكريستال السائل ، وبالتالي فإن الخدعة مع التغذية + 5V لجهاز التحكم في العرض والإضاءة الخاصة به ، ثم قراءة الإشارات المنطقية من المعالج الدقيق الذي يعمل من + 3.3V لن تعمل هنا. اضطررت إلى توصيل الشاشة بخط 3.3V باستخدام سلك منفصل.

لتقليل الضوضاء ، قمت بتثبيت 390 مقاومًا مقاومًا للتداخل في الحافلة التي تربط PCB والشاشة ، وقمت بتغطية وحدة التحكم الدقيقة بواقي من رقائق النحاس. في ظل التشغيل العادي ، يجب أن يكون موصل البرمجة مغطى بجزء أنثوي يقوم بإسناد دبابيس التصحيح مباشرة ودبوس NRST - عبر مكثف.

في النهاية ، اكتسب جهازي مظهره النهائي:



فيما يلي الإجراء الناتج عن تسخين مكواة اللحام:

خلاصة القول

الآن دعونا نجمع الإنفاق على هذه القطعة الصغيرة من المرح:

المكونات الإلكترونية - حوالي 50 دولار (أغلى منها كانت شريحة HiperLCS مقابل 15 دولارًا و OLED مقابل 10 دولارات) ؛
تصنيع الكلور ، التكلفة لكل 10 جهاز كمبيوتر شخصى. - ما يزيد قليلاً عن 40 دولارًا ؛
حالة - 8 دولارات.

بلغت التكلفة الإجمالية لوحدة تزويد الطاقة عالية التردد الفعلية حوالي 100 دولار. لقد دفعت أيضًا مكواة لحام مع طاولة عمل (170 دولارًا) وخراطيشين (100 دولار).

يمكنني بالطبع تحسين الإنفاق إلى حد ما ، على سبيل المثال ، لدى eBay مجموعة واسعة من أجزاء Metcal المستخدمة ، وفي هذه الحالة نتحدث عن بضع عشرات من الدولارات ، ولكن هذا على الأرجح مسألة تفضيل شخصي.

أخطاء مطبعية

1. تم توجيه شبكة مكثف الحمل الكريستالي بطريقة خاطئة وحساسة للغاية للضوضاء HF. الطريق الصحيح هو ذلك . بفضل ألكساندر تشولكين على هذا التحسين المهم.
2. لا يوجد أي دعم للقدرة على فصل كابل مكواة اللحام من محطة التشغيل ، لأنه في بعض الأحيان قد يعيد تشغيل المتحكم الدقيق. يجدر النظر في إدخال بعض التدريع الإضافي للجزء HF (لست متأكدًا بنسبة 100٪).

الاستنتاجات

اسمحوا لي الآن أن أشارككم الهدف النهائي الذي كنت أتابعه في هذا المشروع - التجربة التي أحصل عليها من العمل مع الجهاز. يبدو الأمر كما لو كنت تستخدم مكواة لحام قوية جدًا وحمراء للغاية بينما تمسك أداة صغيرة وخفيفة بين يديك. سواء كان الأمر يستحق المال والجهد المبذول ، فمن الصعب القول. سأترك السؤال مفتوحا.