Umkehrbare Lötstation HI-END Klasse

Wir hatten mehrere Fotos von der Hauptplatine, ein Video von YouTube mit Spannungswellenformen auf dem Drain von Mosfets, einen Kommentar im Forum, in dem die Kapazitäten von Resonanzkondensatoren aufgelistet sind, sowie mehrere Videos vom Auspacken mit Filmen des Stachelheizprozesses. Von besonderer Bedeutung war das Video mit der Messung des Spitzenstromverbrauchs während des Erhitzens. Es gibt nichts Traurigeres als eine ausgebrannte Patrone, die frisch bei Amazon gekauft wurde und viertausend Rubel wert ist. Aber ... fangen wir noch einmal von vorne an.

Kurseinführung

Um zu verstehen, welche Art von Gerät wir heute bauen werden, erinnern wir uns zunächst kurz daran, was Lötstationen im Allgemeinen sind und wie sie sich voneinander unterscheiden.

Wie Sie sich vorstellen können, wird das gesamte niedrigere Preissegment solcher Geräte von chinesischen Marken erfasst, die größtenteils das recht erfolgreiche Konstrukt des japanischen Hakko-Lötkolbens kopieren. Das Funktionsprinzip sowohl des Originals als auch zahlreicher Kopien ist sehr einfach: Eine Nichrom- oder Dünnschichtheizung überträgt Wärme auf einen entfernbaren Stich, dessen Temperatur durch ein Thermoelement oder einen in die Heizung eingebauten Thermistor gesteuert wird. Dies ist eine einfache und kostengünstige Lösung, aber in chinesischen Kopien kann die Qualität etwas nachlassen: Die Heizung ist ein wenig gleich groß, ein wenig sparsam mit dem Spitzenmaterial, und infolgedessen wird Folie auf die Heizung gewickelt, der japanische Originalstich wird aus dem Ausland bestellt, der Stecker Wechsel zu einem mächtigeren ... im Allgemeinen gibt es etwas zu tun.

Irgendwo in der Mitte der Werteskala befinden sich Markenlötstationen berühmter westlicher Marken. Deutsche ERSA, amerikanische Weller, japanische Hakko, das ist alles. Das Funktionsprinzip ist im Wesentlichen dasselbe, aber hier wird keine Kollektivfarm benötigt, angenehme Brötchen kommen aus der Verpackung wie ein weiches Silikonkabel, das nicht bei der geringsten Berührung eines Lötkolbens schmilzt, und ... tatsächlich gibt es nicht so viele Brötchen! Preis? Entspricht dem Level. Zehntausende von auf Rubel lautenden Rubeln werden nicht nur einen bescheidenen Hausliebhaber verärgern, der Abende hinter dem Hardware-Debugging verbringt, sondern auch eine mittelgroße juristische Person.

Das Thema des heutigen Artikels geht jedoch nicht darum. Ich erzähle Ihnen von dem echten HI-END in der Welt der Lötstationen, nämlich von Induktionslötkolben der amerikanischen Firma Metcal (OK International produziert sie jetzt unter dieser Marke). Tatsächlich gibt es mehrere Hersteller solcher Geräte, neben dem oben genannten Metcal, ich weiß auch, dass Thermaltronics, JBC und sogar Hakko ein ähnliches Modell haben. Das Funktionsprinzip der Induktionsheizung in solchen Geräten ist sehr elegant:



Wie Sie sehen können, gibt es überhaupt keinen Temperatursensor. Der Kern des Stichs besteht aus Kupfer, das mit ferromagnetischem Material beschichtet ist, das durch das hochfrequente (13,56 MHz) magnetische Wechselfeld erwärmt wird. Bei einer bestimmten Temperatur, die als Curie-Punkt bezeichnet wird, verliert es seine magnetischen Eigenschaften Infolgedessen hört es auf, sich weiter zu erwärmen. Wenn Sie den Lötpunkt berühren, kühlt sich das ferromagnetische Element etwas ab und die Leistung des Induktors wird sofort auf die Spitze des Lötkolbens übertragen. Die Spitzen haben vier feste Temperaturen, von denen im Wesentlichen nur zwei benötigt werden - zum Blei und zum bleifreien Löten. Das ist alles.

OKI / Metcal stellt verschiedene Arten von Induktionslötstationen mit unterschiedlichen Kosten und unterschiedlicher Ausgangsleistung her. Die Größenordnung im Bereich von 60.000 Rubel entmutigt jedoch jeden Wunsch, das Schöne zu berühren, wie schön dieses Schöne auch sein mag. Nun, versuchen wir ein wenig zu sparen?

Herausforderung

Wir formulieren es wie folgt: Verwenden Sie nur offene Quellen, führen Sie ein virtuelles Reverse Engineering des ursprünglichen MX-5200-Geräts durch und entwickeln Sie als Ergebnis eine einkanalige Quelle für sinusförmige HF-Spannung, die für die Herstellung zu Hause mit einer Spitzenausgangsleistung von 80 W geeignet ist, wobei Sie die Funktionalität des ursprünglichen Lötens so weit wie möglich wiederholen Station.

Im Internet finden Sie leicht den Schaltplan der Metcal MX-500-Station der vorherigen Generation, der sorgfältig von der Platine gezeichnet wurde. Die direkte Verwendung von Schaltungslösungen funktioniert von hier aus nicht, da die Ausgangsleistung dieses Geräts nur 40 W beträgt und auf einfache Weise nicht skaliert. Dieses alte Schema wird uns jedoch helfen, die Funktionsprinzipien der Hauptkomponenten zu verstehen.

In dem Dokument sehen wir also:

1. Quarzbetriebener leistungsstarker HF-Generator mit drei Resonanzkreisen am Ausgang;
2. Impuls-Abwärtswandler zur Stromversorgung des Generators (1) mit einer Ausgangsspannung im Bereich von 17 bis 21 V;
3. Rückkopplungsschaltung, die die Spannung des Tiefsetzstellers (2) in Abhängigkeit von der Spannung an einem der Ausgangsresonanzkreise des Generators (1) regelt;
4. Der Schutzknoten, der den Generator (1) beim Trennen des Induktors ausschaltet;
5. Transformatorstromversorgung mit einer Ausgangsspannung von 53 V.

Finden Sie sofort die allgemeinen Schaltungslösungen heraus. Zur Stromversorgung der Schaltung ist beispielsweise ein torusförmiger Niederfrequenztransformator perfekt. Obwohl ... wir uns bewerben, sind wir besser bei einem resonanten LLC-Konverter, der auf einem seltenen HiperLCS-Chip von Power Integrations basiert: Ich wollte schon lange damit arbeiten. Der Abwärtswandler, mit dem die Ausgangsleistung eingestellt wird, ist auch moderner. Prüfen Sie, ob es wirklich möglich ist, fünf Ampere aus einem Gehäuse von der Größe eines SO-8 herauszuholen. Aber was ist dieses Projekt ohne Arduino, Skizze und LED? Fügen Sie den STM32-Mikrocontroller und einen kleinen Bildschirm hinzu, um die aktuelle Ausgangsleistung anzuzeigen. Zur Vereinfachung messen wir die Leistung an der Stromleitung des HF-Generators und berücksichtigen die Effizienz in der Software (oder nicht). Nehmen Sie ein Metallgehäuse mit geeigneter Größe, das sowohl als Bildschirm als auch als Heizkörper dient.



Für das direkte Löten bei Amazon wird das Upgrade-Kit Metcal MX-UK1 gekauft, das einen Ständer und einen Lötkolben selbst (dies ist im Wesentlichen nur ein Stift mit Draht) sowie die eigentlichen Lötpatronen enthält. Historisch gesehen ist es für mich bequemer, mit kleinen Details mit dem sogenannten „Huf“ (einem auf 30 ° abgeschnittenen Kegel) zu arbeiten. Zum Löten massiver Elemente ist es besser, etwas breiteres, massiveres und heißeres zu verwenden. Deshalb habe ich hier die Wahl: Metcal SMTC-0167 für feine Verarbeitung und Thermaltronics M7K100 für die Arbeit mit großen Elementen. Ja, auch billigere Thermaltronics-Stiche sind geeignet.



Während die Details unterwegs sind, werden wir ein Blockdiagramm des entworfenen Geräts zeichnen. Da ist sie:



Es ist sehr wichtig, sofort ein paar Worte über die Rückkopplung zwischen dem Ausgang des HF-Generators und dem Steuereingang des Tiefsetzstellers zu sagen. Tatsache ist, dass der Generator nach Erreichen der Arbeitstemperatur des Stichs weiterhin eine Spannung mit einer ziemlich signifikanten Amplitude (ca. 100 V) erzeugt und diese Leistung beim aktiven Widerstand der Induktorspule abfällt, was aufgrund des Hauteffekts viel mehr ist, als Sie sich vorstellen können herkömmliches Multimeter. Infolgedessen ist die winzige Spule glühend heiß und brennt. Um dies zu verhindern, verwenden die Originalstationen eine negative Rückkopplung, die die Versorgungsspannung des Generators mit einer Erhöhung des Stehwellenkoeffizienten verringert, die mit der Änderung der Impedanz des Induktors einhergeht. Die 40-Watt-Version verwendet die relativ einfache Methode von US4626767A , während die 80-Watt-Version ein komplexeres Betriebssystem mit einem Stromwandler verwendet. Schauen wir uns dieses Video aus dem Internet an:


Der blaue Strahl zeigt die Versorgungsspannung der Ausgangsstufe des HF-Generators an, und wie wir hier sehen, müssen wir sicherstellen, dass sich die Versorgungsspannung mindestens zweimal ändert (die Ausgangsleistung ändert sich in diesem Fall proportional zum Quadrat der Spannung, dh viermal). In der in LTSpice simulierten einfachen modellierten Betriebssystemversion konnte ich ein solches Regelungsniveau nicht erreichen, daher zeichnen wir einfach die Rückkopplungskette aus dem Foto der Leiterplatte.

Hochfrequenzgenerator

Wir beginnen den Entwurf des Hochfrequenzteils mit den Ausgangsresonanzkreisen. Werfen wir einen Blick auf diese hochauflösende Aufnahme:



Hier sehen wir drei Spulen, die um gelbe Ringkerne gewickelt sind. Die Anzahl der Windungen beträgt 4, 6 und 7 und zählt von links nach rechts. Nach Amidons Klassifizierung weist die gelbe Farbe auf einen Kern aus zerstäubtem Eisen mit einer magnetischen Permeabilität von 8,5 (Material Nr. 6) hin. Wir schätzen die Größe der Ringe, indem wir die Größe des Rings mit einem Lineal auf dem Bildschirm und die Größe eines bekannten Elements messen, beispielsweise eines Ausgangstransistors im TO-247-Gehäuse. Anscheinend werden hier T130-6-Magnetkerne verwendet; Meiner Meinung nach ist dies eine Art Overkill - so große Ringe sind für eine deutlich höhere Leistung ausgelegt. Aber ich habe nicht viel Lust, hier schlau zu sein: Ich werde sicherlich nicht die originalen amerikanischen Ringe verwenden, sondern ich bestelle billige chinesische Exemplare bei AliExpress und sehe, wie sie funktionieren (Spoiler: mit ihnen ist alles in Ordnung). Die berechneten Induktivitäten betrugen etwa 180, 400 bzw. 540 nH.

In Resonanzkreisen sind Kondensatoren auch auf Induktivitäten angewiesen. Es ist nicht möglich, ihre Kapazitäten anhand des Fotos zu bestimmen. Es gibt jedoch leicht einen Beitrag, in dem der pedantische mikeselektrische Stoff (Autor des vorherigen Videos) seine Beobachtungen teilt (gelb hervorgehoben):



Wenn wir diese Werte im Gewürzmodell einsetzen, können wir sehen, dass die Resonanzfrequenzen der Schaltkreise von 13,56 MHz leicht verschoben sind. Tatsache ist, dass je näher die Frequenz an der Resonanz liegt, desto weniger Versorgungsspannung für den HF-Generator benötigt wird und desto mehr Strom verbraucht er. Im Original wurde ein Abwärtswandler mit einem maximalen Strom von 3A verwendet, um die Ausgangsstufe mit Strom zu versorgen, sodass die Entwickler die Ausgangsschaltungen ein wenig störten, so dass es möglich war, die Versorgungsspannung zu erhöhen und den Stromverbrauch zu senken. Wir planen die Verwendung eines Fünf-Ampere-Mikroschaltkreises. Dieser Strom reichte jedoch auch nicht aus, um in Resonanz zu arbeiten, sodass wir den Stromkreis auf ähnliche Weise leicht stören werden. Wir werden die genauen Kapazitätswerte experimentell auswählen und uns dabei auf die maximale Versorgungsspannung der Ausgangsstufe 22 V und den maximalen Stromverbrauch von 4 A konzentrieren.

Ich stelle fest, dass in den Resonanzkreisen eine ziemlich große Leistung zirkuliert, die in Form von Wärme an die Umwelt abgegeben werden soll. Um den Qualitätsfaktor für Spulen zu erhöhen, verwenden wir daher einen Lackdraht mit einer Dicke von 1,25 mm und schalten mehrere Kondensatoren parallel.

Die Wahl des Ausgangstransistors ist ebenfalls ein schwieriges Thema. Beim Ersetzen oder Trennen des Stichs kann die Überspannung ziemlich signifikante Werte (300-350 V) erreichen, aber im Original hat der Entwickler mit den Schutzvorrichtungen nicht viel gedämpft und einen eher seltenen, schnellen und teuren IXYS IXFH12N50F-HF-Transistor mit einer maximalen Drain-Spannung in die Ausgangsstufe eingebaut 500 V. Wir können uns einen solchen Luxus natürlich nicht leisten. Nehmen Sie einen gewöhnlichen 200-Volt-Feldeffekttransistor STP19NF20 im Wert von 34 Rubel, und parallel dazu schließen wir einen 150-V-Entstörer an. Ideal! Der Begrenzer schneidet die Spitzen der Resonanzemissionen leicht ab, um zu verhindern, dass die Schaltkreise zu stark schwanken. Etwa 10 Millisekunden nach dem Lastverlust stoppt der Schutz den Generator.



Aufgrund der großen Eingangskapazität und der hohen Frequenz kann der Verschluss des Ausgangstransistors nicht direkt mit einem herkömmlichen Treiber gesteuert werden. Auf dem Foto der Originalplatine zwischen den beiden Leistungstransistoren ist die rahmenlose Induktivität sichtbar. Dies ist ein weit verbreiteter kleiner Trick: Die Induktivität bildet zusammen mit der Gate-Kapazität einen Resonanzkreis, der eine Leistungsumwälzung im Gate-Kreis bereitstellt, wodurch der Wirkungsgrad des Vorverstärkers stark ansteigt. Dieselbe Schaltung stellt auch eine nicht offensichtliche Einschränkung für das Modell des Ausgangstransistors dar: Der Widerstand seines Gates muss minimal sein, damit der Qualitätsfaktor der Schaltung akzeptabel bleibt. Lassen Sie uns die vom Hersteller verwendete Lösung wiederholen, ohne zu sehr ins Detail zu gehen. Wir wählen den Induktivitätswert auf den maximalen Wirkungsgrad der realen Schaltung, indem wir die Windungen der Spule komprimieren / dehnen.

Nun, dann wird die Schaltung trivialer. Der Vorverstärker eines Transistors mit niedriger Eingangskapazität IRF510 wird vom Doppeltreiber MAX17602 geschüttelt, seine Geschwindigkeitseigenschaften sind recht gut. MAX17600 oder MAX17601 sind noch besser, ihre Ausgänge könnten parallel geschaltet werden, aber ich hatte keine solchen Optionen, also werden wir mit dem arbeiten, was wir haben.

Die gewünschte Erzeugungsfrequenz wird durch einen Quarzresonator eingestellt. Leider konnte ich auch keinen Quarz mit 13,56 MHz für den Master-Oszillator finden. Aber es spielt keine Rolle. Nehmen Sie den üblicheren 27,12-MHz-Resonator und teilen Sie die Frequenz in zwei Teile. Hier ist der Mikrocontroller nur nützlich, nämlich einer seiner entsprechend programmierten Timer. Ich möchte auch darauf hinweisen, dass für den direkten Anschluss an die MCU nur Quarzresonatoren geeignet sind, die mit der ersten Harmonischen arbeiten. Die weit verbreiteten russischen Resonatoren bei 27120 kHz, die bei der dritten Harmonischen arbeiten, können nur mit einer Krücke in Form eines zusätzlichen Resonanzkreises verbunden werden.

Ernährung

Nach langen und erfolglosen Experimenten mit chinesischen Produkten wurde beschlossen, die HF-Ausgangsstufe von einem Abwärtswandler auf einem TI-Chip TPS54560 zu versorgen . Die Frequenz des internen Generators, um das Auftreten von Schlägen zu verhindern, die vom Ohr gehört werden, ist auf ungefähr 450 kHz außerhalb des Frequenzbereichs des LLC-Wandlers eingestellt. Es gibt auch die Möglichkeit, das Gegenteil zu tun, den Abwärtswandler mit dem LLC-Wandlergenerator zu synchronisieren, aber dann hat sich die Faulheit bereits bemerkbar gemacht. Das werden wir nicht tun.

Der TPS54560-Wandler selbst hat trotz seiner Miniaturgröße einen ziemlich großen Ausgangsstrom, und manchmal scheint es, dass dies ein bisheriges Wunder im Kampf um Energieeffizienz ist ... Aber nein - der Chip braucht wirklich gute Kühlung. Das in Texas ansässige Demo-Board enthält zwei große „irdene“ Polygone mit einer Dicke von 2 Unzen auf beiden Seiten. Für die Wärmeübertragung zwischen den Schichten werden sechs Durchkontaktierungen verwendet, die sich direkt unter der Oberseite des Mikroschaltkreises befinden (dort hat es einen Kühlkörperkontakt). Diese Anordnung macht es etwas schwierig, eine Leiterplatte zu Hause herzustellen, so dass Sie anscheinend die Produktion in China bestellen müssen. Eh.

Um den Treiber und den Vorverstärker mit Strom zu versorgen, entnehmen wir der zweiten Wicklung des LLC-Wandlers eine nicht stabilisierte 12-V-Spannung. Die verbrauchten Ströme der verbleibenden Teile des Stromkreises werden sehr gering sein. Daher werden wir für den Fünf-Volt-Regler und die LCD-Hintergrundbeleuchtung im Rahmen der Importsubstitution einen linearen Stabilisator KP142EN5A installieren, der speziell für den Einsatz in der Volkswirtschaft entwickelt wurde, und die LD2985-Röhre wird eine 3,3-V-Leitung für die MCU bereitstellen.

Der LLC-Wandler auf dem LCS708HG- Chip senkt die Netzspannung auf die erforderlichen 30 und 12 Volt.



Ich bin mir sicher, dass vielen Lesern nicht bewusst ist, dass dieses Biest im Allgemeinen ein LLC-Konverter ist, daher werde ich etwas detaillierter auf das Prinzip seiner Funktionsweise eingehen. LLC ist keine Abkürzung, diese Buchstaben bedeuten "Induktivität-Induktivität-Kapazität" und beschreiben kurz die Schaltung zum Anschließen der Primärwicklung des Transformators. Tatsache ist, dass ein Teil der Linien des Magnetfelds der Primärwicklung die Windungen der Sekundärwicklung nicht "erfasst", wodurch die sogenannte Streuinduktivität gebildet wird - eine Streuinduktivität, die die in sich gespeicherte Energie nicht auf die Sekundärkreise übertragen kann. Bei herkömmlichen Flyback-Wandlern muss diese Energie an die Dämpfungsunterdrücker oder -widerstände abgegeben werden. Daher sind Transformatoren (oder genauer gesagt doppelt gewickelte Drosseln) normalerweise so ausgelegt, dass die Streuinduktion auf den niedrigstmöglichen Wert reduziert wird. Aber alles ändert sich, wenn Sie eine LLC entwerfen.

In einem Resonanzwandler bildet die Streuinduktivität zusammen mit einem Kondensator, der in Reihe mit der Primärwicklung geschaltet ist, einen Schwingkreis, der zwei wichtige Aufgaben erfüllt. Erstens werden die Ausgangs-Hochspannungstransistoren des Wandlers auf eine Spannung nahe Null geschaltet (der sogenannte Nullspannungsschaltmodus), wodurch die Schaltverluste drastisch reduziert werden. Und zweitens kehrt die in einer nicht angeschlossenen Induktivität angesammelte Energie zum Stromkreis zurück: Jetzt werden keine Dämpfer mehr benötigt und es gibt auch keine Energieverluste. Power Integrations AN-55- Dokument beschreibt, wie ein Transformator so ausgelegt wird, dass die Streuinduktivität erhöht wird (dies ist erforderlich, um die richtige Steuereigenschaft zu erstellen). Zum Beispiel habe ich die Primär- und Sekundärwicklung in zwei verschiedenen Abschnitten voneinander weggewickelt:



Im allgemeinen Fall ist das Ergebnis solcher Schaltungsverbesserungen das Erreichen eines sehr anständigen Wirkungsgrads, insbesondere liefert der ohne Kühler installierte LCS708HG-Mikrokreis mit seinen sehr kleinen Abmessungen eine Ausgangsleistung im Bereich von 200 W! Dies ist ein wirklich herausragendes Ergebnis, das jedoch nur durch genaues Arbeiten bei der Resonanzfrequenz des Ausgangsschaltkreises erreicht werden kann. Und hier warten wir auf einen Hinterhalt.

Tatsache ist, dass die Regelung der Ausgangsspannung hier durch Änderung der Frequenz und nicht des Tastverhältnisses der Impulse erfolgt und diese Regelung durch einen sehr engen Spannungsbereich begrenzt ist - ca. ± 15%. Wenn außerdem die Eingangsspannung vom Nennwert abweicht, verschiebt sich die Umwandlungsfrequenz von der Resonanz weg, und das Schalten der Transistoren innerhalb der Mikroschaltung wird "hart", wobei der Verlust von ZVS mit einer erheblichen Erwärmung einhergeht. In der Tat können wir sagen, dass der Wandler am Eingang eine bereits stabilisierte Spannung benötigt!

Bei industriell hergestellten Produkten befindet sich vor dem Umrichtereingang ein Wirkleistungskorrektor (APFC), der neben der Leistungskorrektur selbst auch eine Ausgangsspannung von ca. 380-390 Volt aufrechterhält. Unsere Entwicklung ist jedoch immer noch amateurhaft, daher können wir unsere Augen sicher vor einem kleinen Gelenk in Form einer Empfindlichkeit gegenüber der Qualität der Netzstromversorgung verschließen. Berechnungen zeigen, dass unter Berücksichtigung der Welligkeiten im Puffertank der Eingangsspannungsbereich ungefähr 230 V ± 10% beträgt. Wenn die Netzwerkparameter also nicht über den GOST hinausgehen, funktioniert alles. Lassen wir es jetzt so.

Kopieren Sie den Rest des Schaltungsdesigns des Konverters aus dem Datenblatt. Vielleicht musste nur einem Resonanzkondensator Aufmerksamkeit geschenkt werden - ein scheinbar sehr einfaches Element. Und wenn Sie sich jemals gefragt haben, wie sich Polypropylen- und Polyethylenterephthalat (Polyester) -Kondensatoren voneinander unterscheiden, dann wissen Sie jetzt die Antwort: Erstere haben einen zehnmal geringeren Verlustfaktor. Aus diesem Grund geht der Versuch, einen billigeren und kompakteren Polyester K73-17 anstelle eines großen K78-2 zu verwenden (ja, hier wird auch ein Import ersetzt), mit interessanten Spezialeffekten einher: Der Kondensator erwärmt sich sehr stark und beginnt verdächtig zu reißen. Interessant.

HiperLCS der Chip-Serie benötigen eine separate Stromversorgung von 12 Volt. Um nicht mit den zusätzlichen Wicklungs-, Gleichrichter- und Anlaufketten herumzuspielen, gehen wir den kanonischsten Weg. Wir nehmen die notwendige Spannung von einem separaten Miniaturwandler auf dem LNK304- Chip . Das Hauptmerkmal ist das transformatorlose Design, für induktive Elemente wird nur eine werkseitig hergestellte Penny-Drossel benötigt. Der maximale Ausgangsstrom ist nicht sehr groß, in der Größenordnung von Hunderten von Milliampere, aber das Minimum an Details und die Einfachheit des Designs sind faszinierend (und die Anzahl der Konverter pro Quadratdezimeter der Oberfläche beginnt zu nerven. Mehr Konverter für den Gott der Konverter!)

Gehirne

Nun, nur ein bisschen blieb übrig. Die Originalstation verfügt über ein LCD, das für das gesamte bezahlte Geld so etwas wie eine Ausgangsleistung anzeigt. Machen wir etwas Ähnliches: Nehmen Sie den STM32F030-Controller in der minimalsten Konfiguration (im TSSOP-20-Paket), hängen Sie eine ADC-Leitung auf, um die Versorgungsspannung der Ausgangsstufe des HF-Generators zu messen, und eine andere Leitung, um den Strom zu messen. Um den "Erdungs" -Schaltkreis nicht zu unterbrechen, platzieren wir den Widerstandsstromsensor auf dem positiven Draht, und für die Umwandlung von Pegeln verwenden wir den speziell für solche Fälle entwickelten INA138- Chipdas von seiner besten Seite von Burr-Brown entwickelt wurde. Zur Anzeige der Informationen verwenden wir einen 16x2-Text-OLED-Bildschirm von WinStar. Nun, das ist alles. Na ja, ein Prozessorbein blieb frei. Nun, lassen Sie die LED blinken. Fragen Sie nicht warum.

Die Controller-Firmware wird mit STM32CubeMX und der kostenlosen Version von IAR Embedded Workbench in der Sprache "C" geschrieben. Der Programmcode ist sehr trivial. Der Hauptzyklus zum Unterbrechen des Systemzeitgebers alle 300 Millisekunden liest Daten von zwei ADC-Kanälen, multipliziert sie und zeigt sie in Form von Leistungsziffern an. Darunter wird dieselbe Leistung durch einen Streifen dargestellt, der von benutzerdefinierten Schriftarten gezeichnet wird. Wenn die Spitze ausgeschaltet ist, stoppt der Interrupt-Handler vom Ausgang des Lastdetektors den Master-Timer des HF-Generators. Im Falle eines Einfrierens oder Absturzes der MCU wurden Hardware-Fehlerbehandlungsroutinen und Watchdogs hinzugefügt. CSS ist auch an der Firmware-Technologie (Clock Security System) beteiligt, mit der bei Dämpfung der Schwingungen des Hauptquarzkristalls auf den internen RC-Generator umgeschaltet und der Mikrocontroller neu gestartet werden kann. Die Gesamtmenge an Firmware beträgt 10 KB.Der Firmware-Quellcode, zusammen mit allen anderen Projektdateien, die ich veröffentlicht habeGitHub , der Neugierigste kann sich kennenlernen (erwartet dort aber nichts sehr Interessantes).

Konstruktiv

Alle berechneten Daten aller Elemente des LLC-Wandlers, einschließlich der Induktivität der Transformatorwicklungen, sind in der dem Projekt beigefügten Konstruktionsdatei angegeben, die mit der Anwendung PIXls Designer geöffnet werden kann. Für alle Fälle habe ich dem Projekt die gesamte Dokumentation hinzugefügt, die für die Entwicklung der in der Entwicklung verwendeten elektronischen Komponenten verwendet wurde, LTspice-Modelle einiger Teile der Schaltung hochgeladen und natürlich die Fotos, jetzt ohne diese.

Das Ergebnis der obigen Entwicklung war das folgende elektrische Schaltbild:



Die Schaltung und das Layout der Leiterplatte sind im DipTrace-Paket gezeichnet. Für den Versand an das Werk wurden die Leiterplattenzeichnungen in das Gerber-Format konvertiert. Die Platine ist genau auf die Größe des verwendeten Gehäuses verdrahtet. Zur Abschirmung empfindlicher Niedrigstromkreise wird eine Schicht vollständig unter der Erde angebracht. Eine solche Verkabelung vereinfacht die Herstellung der Leiterplatte zu Hause erheblich, da hier keine genaue Ausrichtung der Fotomasken erforderlich ist: Fast die gesamte Rückseite der Leiterplatte kann mit einem festen Polygon gefüllt und dann mit einem dicken Bohrer an den Anschlussöffnungen abgeschrägt werden, für die keine Erdungsverbindung erforderlich ist.





Der HF-Generator des Designs pfeift anständig in der Luft, die Leistungselemente sind sehr heiß, so dass die Wahl des Gehäusematerials selbstverständlich ist: Natürlich wird es Aluminium sein. Wir wählen aus dem Gainta-Katalog ein fertiges Gehäuse G0476 aus, dessen Größe ungefähr geeignet ist. Wir werden das Fenster für den OLED-Bildschirm im Gehäuse mit einem Dremel ausschneiden. Das Gehäuse selbst wird zusammen mit der Abschirmung des Lötkolbenkabels und der „Masse“ der Leiterplatte direkt mit dem Erdungskabel des Netzkabels verbunden.

Leider kam mir die Idee, eine kontrastreichere OLED anstelle eines LCD anzuschließen, in den Sinn, nachdem die Bestellung für die Platinen an die Fabrik geschickt wurde. Die Eingangs-CMOS-Pegel des OLED-Bildschirms WEH001602AGPP5N00001 von WinStar unterscheiden sich von den Standard-TTL-Pegeln des LCD, so dass bei Anzeige von +5 V an den Display-Controller und dessen Hintergrundbeleuchtung eine Finte auftritt und die logischen Signale von dem mit +3,3 V betriebenen Mikroprozessor stammen rollt nicht. Daher musste die Bildschirmspannung von einer 3,3-V-Leitung verdrahtet werden.

Um den Interferenzpegel zu verringern, wurde dem "Kabel", das die Platine und den Bildschirm verbindet, eine Rauschschleife mit einem Nennwert von 390 Ohm hinzugefügt, und der Mikrocontroller ist mit einem Kupferfolienschirm abgedeckt. Während des normalen Betriebs wird ein Gegenstück auf den Programmierstecker gelegt, der die Debugging-Leitungen direkt zur Erde und NRST - durch den Kondensator zieht.

Am Ende nahm das entwickelte Gerät ein vollständiges Aussehen an:



Nun wird der Lötkolben wie folgt erhitzt:

Bankett

Lassen Sie uns nun grob abschätzen, was uns diese Unterhaltung gekostet hat:

Funkkomponenten - ungefähr 3000 Rubel (die teuersten Elemente hier sind der HiperLCS-Chip für 1000 Rubel und der OLED-Bildschirm - weitere 600 Rubel);
Herstellung von Leiterplatten, Kosten für 10 Stück - 2700 Rubel;
Fall - 500 Rubel.

Die Gesamtkosten des Hochfrequenznetzteils selbst betrugen ungefähr 6.200 Rubel. Sie zahlten auch zusätzliches Geld für einen Lötkolben mit Ständer (11.000 Rubel) und für zwei Patronen (6.000 Rubel).

Natürlich können diese Beträge ein wenig optimiert werden, zum Beispiel bei eBay wird eine große Auswahl an gebrauchten Metcal-Komponenten vorgestellt. In diesem Fall können wir über ein paar zehn Dollar sprechen, aber dies ist wahrscheinlich eine Frage der persönlichen Präferenz.

Errata

1. Die Schaltung der Lastkondensatoren des Quarzresonators ist falsch verdrahtet und sammelt alle Störungen. Das Richtige, um so etwas zu tun. Vielen Dank an Alexander Chulkin für die wertvolle Klarstellung;
   
2. Das Trennen des Lötkolbenkabels an einer Arbeitsstation wird nicht unterstützt. Dies führt manchmal zu einem Neustart des Mikrocontrollers. Wir müssen über eine zusätzliche Abschirmung des HF-Teils nachdenken (dies ist jedoch nicht genau).
   

Schlussfolgerungen

Nun, das Wichtigste, worum es ging, war: der Nervenkitzel, mit dem Gerät zu arbeiten. Es fühlt sich an, als würde man mit einem sehr leistungsstarken und sehr heißen Lötkolben arbeiten, während man ein kleines und leichtes Werkzeug hält. Lohnt sich das Geld und die Mühe? Es ist schwer zu sagen. Ich werde diese Frage offen lassen.