इंजीनियरिंग को एक उच्च अंत टांका लगाने वाले स्टेशन को उलट दें

(यह बैरागोल द्वारा प्रस्तुत मूल लेख का अनुवाद है)

हमारे पास मुख्य PCB की तस्वीरों का एक गुच्छा था, MOSFETs के ड्रेन-वोल्टेज वेवफॉर्म के साथ एक YouTube वीडियो, LC सर्किट कैपेसिटर के कैपेसिटेंस मानों के टूटने के साथ एक फ़ोरम पोस्ट और साथ ही कई अनबॉक्सिंग वीडियो जो हीटिंग-अप दिखाते हैं मिलाप टिप। केवल एक चीज जिसने वास्तव में मुझे चिंतित किया, वह था हीटिंग-अप के दौरान पीक बिजली की खपत के माप के साथ वीडियो। अमेज़ॅन से 60 रुपये में खरीदे गए जले हुए कारतूस की तुलना में दुनिया में अधिक असहाय और गैर-जिम्मेदार और अपवित्र कुछ भी नहीं है। लेकिन मुझे शुरू से शुरू करना चाहिए।

विषय वस्तु में परिचय

यह समझने के लिए कि आज हम किस तरह के उपकरण को डिजाइन करने जा रहे हैं, आइए सबसे पहले प्रस्ताव पर टांका लगाने वाले स्टेशनों के प्रकार का एक संक्षिप्त स्मरण करें और वे कैसे अलग हैं

जैसा कि आप अनुमान लगा सकते हैं, इस उपकरण के पूरे कम-अंत मूल्य खंड में चीनी ब्रांड हैं, जो कि बड़े पैमाने पर जापानी टांका लगाने वाले लोहे के हकोको के काफी सफल डिजाइन को क्लोन करता है। मूल मॉडल और इसके कई प्रतिकृतियों दोनों के पीछे ऑपरेटिंग सिद्धांत बहुत सीधा है: एक नाइक्रोम या पतली-फिल्माया हीटर अपनी गर्मी को एक वियोज्य टांका लगाने वाली टिप में स्थानांतरित करता है, इसका तापमान थर्मोकपल इकाई या हीटर में निर्मित थर्मिस्टर के साथ विनियमित किया जाता है। यह एक सादा और सस्ता घोल है, लेकिन इसकी गुणवत्ता चीनी प्रतिकृतियों में एकदम सही से थोड़ी दूर हो सकती है, जैसे कि थोड़ा गलत आकार का हीटर, टिप की थोड़ी सस्ती सामग्री, जिसके परिणामस्वरूप पन्नी में हीटर को लपेटने में सभी परिणाम होते हैं, विदेशों से एक मूल जापानी टिप का ऑर्डर करना, कनेक्टर को एक अधिक शक्तिशाली एक के साथ बदलना ... दूसरे शब्दों में, आपके पास कुछ ही समय में आपकी प्लेट भरी होगी।

मूल्य स्पेक्ट्रम पर बीच में कहीं प्रसिद्ध पश्चिमी ब्रांडों के मूल सोल्डरिंग स्टेशन हैं। जर्मन ईआरएसए, यूएस वेलर, जापानी हकोको - उस तरह के ब्रांड। उनका ऑपरेटिंग सिद्धांत मूल रूप से समान है, सिवाय इसके कि आपको उन्हें काम करने के लिए अपने संसाधनों को प्राप्त करने की आवश्यकता नहीं है; वे अच्छे आउट-ऑफ-द-बॉक्स उपहारों को शामिल करते हैं, जैसे कि एक नरम सिलिकॉन केबल जो टांका लगाने वाले लोहे के मामूली स्पर्श से पिघलता नहीं है, और ... ठीक है, वास्तव में कई उपहार नहीं हैं! कीमत? वादे से मेल खाता है। सामान पर खर्च करने के लिए सैकड़ों रुपये न केवल एक विनम्र DIY उत्साही को परेशान कर सकते हैं, जो अपने शाम को खर्च करने के शौकीन हैं, बल्कि अपने हार्डवेयर को भी बढ़ा-चढ़ाकर पेश करते हैं।

हालाँकि, आज का लेख कुछ अलग है। मैं आपको टांका लगाने वाले स्टेशनों की दुनिया में वास्तविक उच्च-अंत की घटना के बारे में बताऊंगा, अर्थात मेटकाक से बने यूएसए इंडक्शन सोल्डरिंग विडंबनाएं (वे वर्तमान में ओके इंटरनेशनल द्वारा इस ब्रांड के तहत उत्पादित की जाती हैं)। दरअसल, कई कंपनियां इन उपकरणों का उत्पादन कर रही हैं, जैसे कि मेटकाक के अलावा, मैं थर्माल्ट्रोनिक्स, जेबीसी, और यहां तक ​​कि हक्को जो एक समान डिजाइन बेचते हैं, का भी उल्लेख कर सकते हैं। इन उपकरणों में इंडक्शन हीटर का ऑपरेटिंग डिज़ाइन काफी सुरुचिपूर्ण है:



जैसा कि आप देख सकते हैं, इसमें किसी भी तापमान सेंसर का अभाव है; इसकी सोल्डरिंग टिप कॉपर की फेरोमैग्नेटिक कोटिंग से बनी होती है, जो चुंबकीय क्षेत्र में एक उच्च आवृत्ति (13.56 मेगाहर्ट्ज) के संपर्क में आने पर गर्म हो जाती है और फिर, एक निश्चित तापमान पर, क्यूरी तापमान कहलाता है, अपने चुंबकीय गुणों को खो देता है और रुक जाता है कोई और गरम करना। जब आप टांका लगाने वाले बिंदु को छूते हैं, तो फेरोमैग्नेटिक आइटम आंशिक रूप से अपनी गर्मी खो देता है, और प्रारंभ करनेवाला तुरंत सोल्डरिंग टिप पर अपनी शक्ति संचारित करना शुरू कर देता है। कारतूस चार निश्चित तापमान के साथ आते हैं, जिनमें से आपको वास्तव में केवल दो की आवश्यकता होती है - सीसा और सीसा रहित टांका लगाने के लिए। बस इतना ही है।

OKI / Metcal इंडक्शन सोल्डरिंग स्टेशनों के कई मॉडल तैयार करता है जो अलग-अलग कीमतों पर और अलग-अलग आउटपुट पावर के साथ आते हैं, हालांकि, इस खूबसूरत डिवाइस का फायदा उठाने की किसी भी इच्छा के लिए $ 1000 की कीमत रेंज में कोई फर्क नहीं पड़ता कि यह कितना सुंदर लग सकता है। जो मुझे कुछ पैसे बचाने की कोशिश करने के विचार में लाता है!

समस्या

आइए इसे इस तरह से रखें: केवल सार्वजनिक रूप से उपलब्ध स्रोतों का उपयोग करके, मूल डिवाइस MX-5200 की आभासी रिवर्स इंजीनियरिंग का कार्य करने के लिए और उपभोक्ता-शक्ति एकल-चैनल उच्च-आवृत्ति वाले तरंग थरथरानवाला के उत्पादन की शक्ति के साथ समाप्त होने पर 80W, जो मूल सोल्डरिंग स्टेशन की कार्यक्षमता को जितना संभव हो उतना दोहराएगा।

यदि आप कुछ ऑनलाइन खोज करते हैं, तो आपको आसानी से Metcal MX-500 स्टेशन की पिछली पीढ़ी का एक योजनाबद्ध आरेख मिलेगा, जिसे सावधानीपूर्वक इसके PCB पर कॉपी किया जाएगा। उस आरेख से डिजाइन विचारों का प्रत्यक्ष कार्यान्वयन काम नहीं करेगा क्योंकि उपकरण के इस टुकड़े की उत्पादन शक्ति सिर्फ 40W है, और इसे आसानी से नहीं बढ़ाया जा सकता है। हालांकि, यह पुराना आरेख हमें प्रमुख विधानसभाओं के संचालन को समझने में मदद करेगा।

तो, आरेख में निम्नलिखित तत्व देखे जा सकते हैं:

1. तीन आउटपुट गुंजयमान सर्किट के साथ एक उच्च-शक्ति एचएफ जनरेटर;
2. जनरेटर (1) को पॉवर करने के लिए पल्स स्टेप-डाउन कन्वर्टर, जिसमें आउटपुट वोल्टेज 17-21V है;
3. जनरेटर (1) के आउटपुट गुंजयमान सर्किट में से एक पर वोल्टेज के आधार पर चरण-डाउन कनवर्टर (2) के वोल्टेज को विनियमित करने के लिए एक प्रतिक्रिया सर्किट;
4. प्रारंभ करनेवाला के वियोग के मामले में जनरेटर (1) को बंद करने के लिए एक सुरक्षा सर्किट;
5. 53V के आउटपुट वोल्टेज के साथ एक ट्रांसफार्मर बिजली की आपूर्ति इकाई।

आइए जल्दी से कुछ सामान्य सर्किट डिजाइन समाधानों पर विचार करें। उदाहरण के लिए, सर्किट को कम-आवृत्ति वाले टॉरॉयडल कोर ट्रांसफार्मर के साथ संचालित किया जा सकता है। होल्ड करें, चलो बजाय पावर एकीकरण से एक दुर्लभ माइक्रोचिप HiperLCS के साथ एक गुंजयमान LLC ट्रांसफार्मर का उपयोग करें: मैं लंबे समय से इसके साथ काम करने के लिए अर्थ रखता हूं। आइए आउटपुट पावर को नियंत्रित करने के लिए एक और अप-टू-डेट स्टेप-डाउन ट्रांसफार्मर लें और देखें कि क्या हम संभवतः एसओ -8 पैकेज से 5 ए प्राप्त कर सकते हैं। एक मिनट रुकिए, क्या कोई प्रोजेक्ट Arduino, एक स्केच और एक LED के बिना बच सकता है? चलो वर्तमान आउटपुट पावर दिखाने के लिए एक एसटीएम 32 चिप और एक छोटा डिस्प्ले भी जोड़ते हैं। चीजों को सरल बनाने के लिए, हम पावर को एचएफ जनरेटर पावर सर्किट में मापेंगे; दक्षता के लिए, हम इसे ध्यान में रखेंगे (या हम इसे अनदेखा करेंगे) सॉफ्टवेयर में। हम सही आकार के एक धातु के मामले का उपयोग करेंगे, जो एक ही समय में एक ढाल और एक हीट सिंक दोनों के रूप में काम करेगा।



वास्तविक टांका लगाने के लिए, मैं अमेज़ॅन में जाऊंगा और एक मेटकाॅल एमएक्स-यूके 1 अपग्रेड किट खरीदूंगा, जिसमें एक वर्कस्टैंड और खुद सोल्डरिंग आयरन (जो सिर्फ एक तार से जुड़ा एक हाथ का टुकड़ा है), और सोल्डरिंग कारतूस शामिल हैं। मेरे काम के अनुभव के आधार पर, मुझे 30 ° खुर मिलाप वाले लोहे के टिप के साथ छोटी वस्तुओं को संभालना आसान लगता है, और कुछ भी बड़ा टांका लगाने के लिए मैं कुछ व्यापक, भारी और गर्म ले जाऊंगा, इसलिए यहां मेरी पसंद है: एक मेटल SMTC-0167 बड़े पैमाने पर वस्तुओं के साथ काम करने के लिए ठीक टांका और एक थर्माल्ट्रोनिक्स M7K100। वैसे, सस्ते थर्माल्ट्रोनिक्स टिप्स भी करेंगे।



जबकि मेरे आइटम शिप किए जा रहे हैं, मैं प्रोजेक्ट में डिवाइस का प्रवाह आरेख तैयार करूँगा।



एचएफ जनरेटर के आउटपुट और चरण-डाउन कनवर्टर के नियंत्रण इनपुट के बीच प्रतिक्रिया को रेखांकित करना महत्वपूर्ण है। बात यह है कि एक टांका लगाने की टिप को ऑपरेटिंग तापमान पर गर्म करने के बाद, थरथरानवाला काफी उच्च आयाम वोल्टेज (लगभग 100 वी) का उत्पादन करता रहता है, और परिणामस्वरूप शक्ति प्रारंभ करनेवाला कुंडल के सक्रिय प्रतिरोध पर विघटित होने लगती है, जो कि, के कारण होती है। त्वचा प्रभाव, एक सामान्य मल्टीमीटर की तुलना में बहुत अधिक है जो पंजीकरण कर सकता है। नतीजतन, छोटे कुंडल लाल-गर्म हो जाते हैं और जल जाते हैं। इसे रोकने के लिए, मूल स्टेशन एक नकारात्मक प्रतिक्रिया का उपयोग करते हैं जो बढ़ते स्टैंड-वे अनुपात के जवाब में थरथरानवाला की बिजली-आपूर्ति वोल्टेज को कम करता है जो प्रारंभ करनेवाला के प्रतिबाधा में परिवर्तन के साथ आता है। 40W मॉडल US4626767A पेटेंट से अपेक्षाकृत सरल विधि का उपयोग करता है, जबकि 80W मॉडल वर्तमान ट्रांसफार्मर से अधिक परिष्कृत प्रतिक्रिया का उपयोग करता है। आइए एक नजर डालते हैं इस वीडियो पर जिसे आप वेब पर देख सकते हैं:



नीली रेखा एचएफ जनरेटर के आउटपुट चरण पर आपूर्ति वोल्टेज को दर्शाती है, और जैसा कि आप वीडियो से देख सकते हैं, हमें आपूर्ति वोल्टेज प्रदान करने की आवश्यकता है ताकि कम से कम दोगुनी वृद्धि हो सके (तदनुसार, उत्पादन शक्ति होगी वोल्टेज वर्ग के अनुपात में बढ़ रहा है, (यानी वोल्टेज मूल्य का चार गुना)। चूंकि मैं एक साधारण फीडबैक सर्किट के साथ नियमन की समान गुणवत्ता सुनिश्चित करने में सफल नहीं हुआ था, जो मैंने LTSpice में मॉडलिंग की थी, मैंने सिर्फ PCB की तस्वीर से फीडबैक सर्किट की नकल की।

उच्च आवृत्ति जनरेटर

आइए, आउटपुट गुंजयमान सर्किट को पहले काम करके उच्च-आवृत्ति मॉड्यूल को डिजाइन करना शुरू करें। इस उच्च-रिज़ॉल्यूशन फ़ोटो पर एक नज़र डालें:



आप पीले कुंडल कोर के चारों ओर तीन कॉइल घाव देख सकते हैं, क्रमशः 4 से 6 और 7 मोड़ के साथ, बाएं से दाएं। ऐमिडॉन के वर्गीकरण प्रणाली द्वारा, पीले रंग का उपयोग 8.5 (पारगम्यता # 6) की पारगम्यता के साथ पाउडर-लोहे के कोर के लिए किया जाता है। कॉइल्स के आकार की गणना पहले स्क्रीन पर कॉइल्स के व्यास को मापने के लिए एक शासक का उपयोग करके की जा सकती है और फिर तुलना की जा सकती है कि कुछ अच्छी तरह से पहचाने जाने वाले घटक के माप के खिलाफ, जैसे TO-247 पैकेज में आउटपुट ट्रांजिस्टर। जाहिरा तौर पर, यह डिज़ाइन T130-6 कोर का उपयोग करता है; यह, मेरी राय में, एक overkill का एक सा है - इस तरह के बड़े toroids एक बहुत अधिक शक्ति के लिए करना है। लेकिन मेरा यहाँ स्मार्ट पैंटी खेलने का कोई इरादा नहीं है: मैं निश्चित रूप से मूल यूएस कोर बर्दाश्त नहीं कर सकता, इसलिए इसके बजाय मैं AliExpress से उनके सस्ते चीनी प्रतिकृतियों को ऑर्डर करूंगा और देखूंगा कि क्या वे काम कर सकते हैं (स्पॉइलर अलर्ट: वे बस ठीक थे) । उनके प्रेरण मूल्यों की गणना क्रमशः 180, 400 और 540 nH के रूप में की गई थी।

गुंजयमान सर्किट में, संधारित्र कैपेसिटर के साथ काम करते हैं। हम तस्वीर से उनके समाई मूल्यों को प्राप्त नहीं कर सकते हैं, हालांकि हम आसानी से एक संदेश पोस्ट कर सकते हैं जो कि पंक्लेटियस मिसेइलेक्ट्रिकस्टफ (ऊपर दिए गए वीडियो के लेखक) ने अपनी टिप्पणियों (पीले में हाइलाइट किए गए) को साझा किया है:



इन मूल्यों को एक मसाला मॉडल को खिलाने के बाद, यह स्पष्ट हो जाता है कि सर्किट के गुंजयमान आवृत्तियों को 13.56 मेगाहर्ट्ज से थोड़ा दूर स्थानांतरित किया जाता है। बात यह है कि स्व-प्रतिध्वनि एक के लिए आवृत्ति के करीब, एचएफ जनरेटर को बिजली देने के लिए कम वोल्टेज की आवश्यकता होती है और उच्च इसकी वर्तमान खपत होती है। मूल डिजाइन एक 3A वर्तमान सीमा के साथ एक चरण-डाउन कनवर्टर के साथ आउटपुट चरण की शक्ति देता है, इसलिए डिजाइनर आउटपुट वोल्टेज को आपूर्ति वोल्टेज को बढ़ाने और वर्तमान के उपयोग को कम करने में सक्षम होने के लिए प्रतिध्वनि से थोड़ा बाहर रखते हैं। दूसरी ओर, हम 5 ए चिप को नियोजित करने की योजना बना रहे हैं, हालांकि, गुंजयमान मोड में यह चालू से कम है, इसलिए हम आउटपुट चरणों को अनुनाद से थोड़ा ही दूर रखेंगे। हम आउटपुट कैपेसिटी (22V) की अधिकतम आपूर्ति वोल्टेज और करंट (4A) के अधिकतम उपयोग के लिए परियोजना की सीमाओं के आधार पर, प्रयोगात्मक रूप से सटीक समाई मूल्यों का पता लगाएंगे।

ध्यान दें कि गुंजयमान सर्किट के भीतर काफी मात्रा में ऊर्जा प्रवाहित होती है, जो गर्मी के रूप में पर्यावरण में जारी होने के लिए उत्सुक है। तो क्यू-फैक्टर को बढ़ाने के लिए, आइए कॉइल के लिए काफी मोटी एनामेल्ड तार (1.25 मिमी) का उपयोग करें और समानांतर में कई कैपेसिटर को कनेक्ट करें।

सही आउटपुट ट्रांजिस्टर चुनना एक और हैरान करने वाला सवाल है। यदि कारतूस को बदल दिया जाता है या हटा दिया जाता है, तो ओवरवॉल्टेज 300-350V तक बढ़ सकता है, लेकिन मूल डिजाइन के लेखकों ने परिष्कृत सुरक्षा से परेशान नहीं होने के लिए चुना और बस आउटपुट स्टेज को काफी दुर्लभ, तेज और महंगे RF ट्रांजिस्टर IXH12N50F से सुसज्जित किया। 500V के नाली वोल्टेज की सीमा के साथ IXYS। हम इस तरह के विलासिता को बर्दाश्त नहीं कर सकते हैं, तो आइए एक मानक 200V क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर STP19NF20 लें जो कि सिर्फ आधा डॉलर खर्च करता है और इसे 150V सर्ज सप्रेसर के साथ समानांतर में जोड़ता है। बिल्कुल सही! दबानेवाला यंत्र गुंजयमान सर्किट के सर्जेस को थोड़ा काट देगा, जिससे उन्हें बहुत अधिक झूलते हुए रखा जाएगा, जबकि संरक्षण मॉड्यूल लोड गायब होने के बाद लगभग 10 सेमी के भीतर थरथरान को रोक देगा।



बड़े इनपुट समाई और उच्च आवृत्ति के कारण, हम आउटपुट ट्रांजिस्टर के गेट को एक सामान्य गेट ड्राइवर के साथ सीधे नियंत्रित नहीं कर सकते हैं। मूल बोर्ड की तस्वीर से पता चलता है कि दो पावर ट्रांजिस्टर के बीच एक कोरलेस इंट्रक्टर कॉइल है। यह आमतौर पर उपयोग की जाने वाली छोटी चाल है: गेट-सोर्स कैपेसिटेंस के साथ, प्रारंभ करनेवाला एक गुंजयमान सर्किट बनाता है जो गेट सर्किट में ऊर्जा प्रवाह को बनाए रखता है, जिसके परिणामस्वरूप पूर्व-प्रवर्धक की दक्षता में वृद्धि होती है। उसी समय, वही सर्किट आउटपुट ट्रांजिस्टर के संभावित मॉडल पर एक अंतर्निहित प्रतिबंध लगाता है: सर्किट के एक उचित क्यू-फैक्टर को बनाए रखने के लिए इसका गेट प्रतिरोधक मान जितना संभव हो उतना कम होना चाहिए। अधिक जानकारी के बिना, चलो निर्माता के समाधान को पुन: पेश करते हैं। हम कुंडली के घुमावों को कसने / फैलाकर वास्तविक सर्किट की अधिकतम दक्षता के आधार पर सही इंडक्शन वैल्यू का चयन करेंगे।

तब से, सर्किट डिजाइन अधिक तुच्छ बढ़ता है। हम एक IRF510 ट्रांजिस्टर के आसपास डिज़ाइन किए गए प्री-एम्पलीफायर को एक दोहरे चालक MAX17602 का उपयोग करके कम चालन क्षमता के साथ चला रहे होंगे, क्योंकि इसकी गति की विशेषताएँ अच्छी लगती हैं। एक MAX17600 या MAX17601 और भी बेहतर काम करेगा, और हम उनके आउटपुट को समानांतर में जोड़ सकते हैं, लेकिन मेरे पास तुरंत उपलब्ध नहीं थे, इसलिए हमारे पास जो कुछ भी है उसके साथ काम करेंगे।

एक क्रिस्टल गुंजयमान यंत्र द्वारा सही दोलन आवृत्ति निर्धारित की जाएगी। दुर्भाग्य से, मैं सक्रिय थरथरानवाला के लिए 13.56 मेगाहर्ट्ज क्रिस्टल नहीं पा सका। लेकिन कोई चिंता नहीं, हम 27.12 मेगाहर्ट्ज के गुंजयमान यंत्र का अधिक इस्तेमाल करेंगे और आवृत्ति को आधा करेंगे। हम एक माइक्रोकंट्रोलर का अच्छा उपयोग करेंगे, या उसके अनुसार क्रमबद्ध इसकी एक टाइमर की। मुझे यह भी उल्लेख करना चाहिए कि एक एमसीयू केवल क्रिस्टल के मौलिक आवृत्ति पर काम करने वाले क्रिस्टल गुंजयमान यंत्र से सीधे जुड़ा हो सकता है। आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले रूसी तीसरे-ओवरटोन 27.120 किलोहर्ट्ज़ के रेज़ोनेटर को केवल एक अतिरिक्त रेज़ोनेंट सर्किट के रूप में एक त्वरित हैक के माध्यम से जोड़ा जा सकता है।

बिजली की आपूर्ति

चीन में बने उत्पादों के साथ फलहीन प्रयोगों की एक लंबी श्रृंखला के बाद, मैंने TI के TPS54560 चिप पर आधारित एक चरण-डाउन कनवर्टर से HF थरथरानवाला के उत्पादन चरण को शक्ति देने का निर्णय लिया। किसी भी श्रव्य धड़कन को रोकने के लिए, हम लगभग 450 kHz पर एलएलसी कनवर्टर की कार्य आवृत्ति रेंज से कुछ दूरी पर आंतरिक थरथरानवाला आवृत्ति सेट करेंगे। वैकल्पिक रूप से, मैं बस विपरीत कर सकता था, अर्थात एलएलसी कनवर्टर के थरथरानवाला के साथ चरण-नीचे कनवर्टर को सिंक करता हूं, लेकिन उस समय मैं आलसी हो रहा था, इसलिए मैंने यह विचार छोड़ दिया।

TPS54560 कनवर्टर अपने छोटे आकार के बावजूद, एक महत्वपूर्ण आउटपुट करंट वैल्यू समेटे हुए है, इसलिए कई बार आप कल्पना कर सकते हैं कि यह ऊर्जा दक्षता के लिए संघर्ष में कुछ अभूतपूर्व अग्रिम है ... फिर भी सच्चाई यह है, चिप को वास्तव में ठीक से ठंडा होने की आवश्यकता नहीं है । टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स द्वारा पेश किए गए डेमो बोर्ड में दो बड़े ग्राउंड प्लेन होते हैं जो दोनों तरफ 2oz मोटे होते हैं; परतों के पार गर्मी हस्तांतरण चिप तल के नीचे छेद के माध्यम से छह द्वारा सुनिश्चित किया जाता है (जहां यह गर्मी लंपटता पिन है)। ऐसा लेआउट DIY बोर्ड बनाने के लिए कुछ हद तक कठिन बनाता है, इसलिए मुझे स्पष्ट रूप से इसे एक चीनी निर्माता से ऑर्डर करना होगा। मैथुन!

चालक और पूर्व-एम्पलीफायर को बिजली देने के लिए, चलो एलएलसी कनवर्टर के दूसरे कॉइल से 12V अनियमित वोल्टेज लेते हैं। बोर्ड के बाकी हिस्सों में वर्तमान नाली नगण्य होगी, इसलिए 5V नियंत्रक को बिजली देने के लिए और एलसीडी डिस्प्ले को हल्का करने के लिए, हम घरेलू उत्पादित रैखिक नियामक KR142EN5A का उपयोग करेंगे, जबकि MCU के लिए 3.3V लाइन को विनियमित किया जाएगा। miniscule LD2985 ।

आवश्यक 30 वी और 12 वी तक लाइन वोल्टेज को कम करने के लिए, हम एलसीएस 708 एचजी चिप के आधार पर एक एलएलसी कनवर्टर का उपयोग करेंगे।



मुझे यकीन है कि कई पाठक एलएलसी कन्वर्टर्स के बारे में अधिक जानना चाहते हैं, इसलिए मैं इसके ऑपरेटिंग सिद्धांत को अधिक विवरण में बताऊंगा। एलएलसी काफी संक्षिप्त नहीं है, क्योंकि ये अक्षर "प्रारंभ करनेवाला-प्रारंभकर्ता-संधारित्र" के लिए खड़े हैं और संक्षेप में, ट्रांसफार्मर की प्राथमिक घुमावदार को जोड़ने के लिए विद्युत डिजाइन को लागू करते हैं। बिंदु है, कभी-कभी प्राथमिक वाइंडिंग द्वारा उत्पन्न प्रवाह का कुछ हिस्सा माध्यमिक वाइंडिंग से लिंक नहीं हो सकता है, जो तथाकथित रिसाव अधिष्ठापन का कारण बनता है - आवारा इंडक्शन जो संचित ऊर्जा को माध्यमिक सर्किट में स्थानांतरित करने में असमर्थ है। मानक फ्लाईबैक कन्वर्टर्स में, इस ऊर्जा को शमनकर्ताओं या स्नबर रेसिस्टर्स पर फैलाना होता है, इसलिए ट्रांसफॉर्मर (या, विशेष रूप से, डबल-कॉइल चोक) को आमतौर पर इस तरह से डिज़ाइन किया जाता है कि रिसाव इंडक्शन को जितना संभव हो उतना कम किया जा सके। फिर भी एलएलसी के साथ चीजें पूरी तरह से अलग हैं।

एक गुंजयमान कनवर्टर में, लीकेज इंडक्शन को कैपेसिटेंस से जोड़ा जाता है जो कि प्राइमरी वाइंडिंग से सीरियलली से जुड़ा होता है, एक टैंक सर्किट बनाता है जो दो महत्वपूर्ण समस्याओं को हल करता है। सबसे पहले, यह कनवर्टर के आउटपुट हाई-वोल्टेज ट्रांजिस्टर को क्लोज-टू-जीरो वोल्टेज मान (तथाकथित शून्य वोल्टेज स्विचिंग, जेडवीएस) पर स्विच करता है, जो स्विचिंग के कारण होने वाली ऊर्जा हानि को काफी कम कर देता है। दूसरा, अनकैप्ड प्रारंभ करनेवाला में संचित ऊर्जा वापस सर्किट में प्रवाहित होती है, इसलिए इससे स्नबरों में किसी भी आवश्यकता को हटा दिया जाता है क्योंकि वास्तव में कोई ऊर्जा हानि नहीं है। अपने आवेदन नोट एएन -55 में, पावर इंटीग्रेशन एक विस्तृत रूपरेखा प्रदान करता है कि कैसे एक ट्रांसफॉर्मर को अपने रिसाव इंडक्शन को बढ़ाने के लिए डिज़ाइन किया जाए (यह सही ट्रांसफॉर्मर विशेषता सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक है)। मैं, उदाहरण के लिए, घाव प्राथमिक और माध्यमिक दो अलग-अलग वर्गों में अलग-अलग हो जाता है:



आम तौर पर, इस तरह के फैंसी लेआउट डिजाइन का परिणाम बहुत ही सभ्य दक्षता मूल्य में होता है, उदाहरण के लिए एक LCS708HG चिप बिना हीटसिंक के, इसके लघु आकार के बावजूद, लगभग 200W की आउटपुट पावर बचाता है! यह वास्तव में उत्कृष्ट परिणाम है, लेकिन आप इसे तभी प्राप्त कर सकते हैं जब आउटपुट सर्किट के स्व-गुंजयमान आवृत्ति पर काम कर रहे हों। यहीं पर पकड़ है।

बात यह है कि, इस मामले में, आउटपुट वोल्टेज को पल्स अनुपात के बजाय पल्स आवृत्ति को बदलकर विनियमित किया जाता है, और विनियमन वोल्टेज की एक बहुत ही संकीर्ण रेंज में होता है - लगभग% 15%। इसके अलावा, इसके नाममात्र मूल्य से इनपुट वोल्टेज के उतार-चढ़ाव के जवाब में, रूपांतरण आवृत्ति प्रतिध्वनि से दूर हो जाती है, चिप के अंदर ट्रांजिस्टर पर हार्ड-स्विचिंग मोड को लगाता है, जिसके परिणामस्वरूप उन्हें बहुत गर्म किया जाता है। वास्तव में, कनवर्टर को अपने इनपुट पर विनियमित वोल्टेज प्राप्त करने की आवश्यकता है!

फैक्ट्री-निर्मित उत्पादों में, कन्वर्टर्स अपने इनपुट पर सक्रिय पावर फैक्टर करेक्टर्स (APFC) से लैस होते हैं, जो वास्तव में पॉवर को सही करने के अलावा, लगभग 380-390V के आउटपुट वोल्टेज को भी बनाए रखते हैं। लेकिन आखिरकार, हम यहां एक DIY डिजाइन के साथ काम कर रहे हैं, तो आइए आनंदपूर्वक इस तरह के ट्रिफ़ हिचकी को लाइन पावर की गुणवत्ता के प्रति संवेदनशीलता के रूप में अनदेखा करें। बफर कैपेसिटेंस पर वोल्टेज स्पंदन के लिए गणना के साथ और भत्ता के आधार पर, इनपुट वोल्टेज लगभग 230V 230 10% की सीमा में है, इसलिए यदि पावर ग्रिड मानकों के भीतर संचालित होता है, तो सब कुछ सुचारू रूप से काम करने वाला है। चलो अब के लिए वहाँ पर छोड़ दें।

हम संबंधित डेटा पत्रक से कनवर्टर डिज़ाइन के बाकी हिस्सों को कॉपी करेंगे। मैं शायद केवल अनुनाद संधारित्र पर ध्यान केंद्रित करूंगा - यह स्पष्ट रूप से सीधा घटक है। यदि आपने कभी सोचा है कि पॉलीप्रोपाइलीन फिल्म कैपेसिटर और पॉलीइथिलीन टेरेफ्थलेट (पीईटी) फिल्म कैपेसिटर के बीच क्या अंतर है, तो यहां उत्तर है: पूर्व वालों के पास दस गुना छोटा नुकसान स्पर्शरेखा है। यही कारण है कि सस्ते और छोटे पीईटी मॉडल K73-17 के साथ भारी K78-2 (एक अन्य घरेलू उत्पादित उत्पाद) को बदलने का मेरा प्रयास कुछ जिज्ञासु व्यवहार का कारण बना: संधारित्र एक अधिक गर्मी में चला गया और संदिग्ध क्रैकिंग शोर पैदा करना शुरू कर दिया। दिलचस्प।

HiperLCS श्रृंखला के चिप्स को एक समर्पित 12V बिजली आपूर्ति लाइन की आवश्यकता होती है। एक अतिरिक्त वाइंडिंग, एक रेक्टिफायर और स्टार्टअप सर्किट के साथ फ़िडलिंग की परेशानी से बचाने के लिए, हम पाठ्यपुस्तक पर जाएं। हम LNK304 चिप पर एक अलग छोटे कनवर्टर से आवश्यक वोल्टेज प्राप्त करेंगे। इसकी मुख्य विशेषता इसका ट्रांसफॉर्मर-मुक्त डिज़ाइन है, क्योंकि हमें जो एकमात्र प्रारंभ करनेवाला चाहिए वह एक सस्ता कारखाना-निर्मित चोक है। अधिकतम उत्पादन प्रवाह एक छोटी सी सीमा के भीतर रहता है, लगभग 100mA, और डिज़ाइन की सादगी के साथ-साथ घटकों की संख्या को न्यूनतम रखने की क्षमता के साथ यह एक आकर्षक समाधान बनाता है (जबकि सतह के प्रति वर्ग इंच कन्वर्टर्स की संख्या शुरू हो रही है मेरी नसों पर पाने के लिए। कन्वर्टर्स के भगवान उनमें से अधिक की मांग करते हैं! "

मस्तिष्क

खैर, बस कुछ और बातें करना है। मूल स्टेशन में एक एलसीडी है, जो आपके द्वारा भुगतान की गई कीमत के लिए, आउटपुट पावर के समान है। आइए ऐसा ही कुछ करते हैं: हम STM32F030 नियंत्रक को इसके न्यूनतम कॉन्फ़िगरेशन (TSSOP-20 पैकेज में) में लेंगे। ए / डी कनवर्टर के इनपुट में से एक एचएफ जनरेटर में आउटपुट चरण की आपूर्ति वोल्टेज को मापेगा, जबकि दूसरा इनपुट वर्तमान को मापेगा। ग्राउंड सर्किट को तोड़ने से बचने के लिए, हम वर्तमान सेंसिंग रेसिस्टर को पॉजिटिव वायर से जोड़ेंगे और विशेष-प्रयोजन INA138 चिप, अपने शानदार दिनों में बूर-ब्राउन के डिजाइन का उपयोग करके स्तर शिफ्टिंग को लागू करेंगे। जानकारी प्रदर्शित करने के लिए, आइए WinStar द्वारा बनाए गए 16x2 रिज़ॉल्यूशन वाले टेक्स्ट OLED का उपयोग करें। यह संक्षेप में है। रुको, हमने एक प्रोसेसर पिन को खाली छोड़ दिया है। ठीक है, यह एक एलईडी तो पलक झपकते हैं। मुझसे मत पूछो क्यों।

नियंत्रक फर्मवेयर STM32CubeMX और IAR एंबेडेड वर्कबेंच के मुफ्त संस्करण का उपयोग करके सी भाषा में लिखा गया था। कोड काफी तुच्छ है। सिस्टम टाइमर के टिक पर, 300ms में एक बार, मुख्य लूप ए / डी कनवर्टर के दो चैनलों से डेटा पढ़ता है, उन्हें गुणा करता है और पावर रीडिंग के रूप में डिस्प्ले पर भेजता है। स्क्रीन के निचले भाग में, अनुकूलित फोंट के साथ प्रदान की गई बार में पावर वैल्यू की कल्पना की जाती है। टांका लगाने की नोक के स्विच-ऑफ पर, लोड डिटेक्टर के आउटपुट से आने वाली रुकावट का हैंडलर एचएफ थरथरानवाला के संदर्भ टाइमर को रोकता है। एमसीयू में किसी भी ठंड या गलती के खिलाफ बीमा करने के लिए, मैंने हार्डवेयर त्रुटियों और वॉचडॉग टाइमर सिग्नल के लिए हैंडलर जोड़े हैं; फर्मवेयर सीएसएस (क्लॉक सिक्योरिटी सिस्टम) तकनीक को भी नियोजित करता है, जो प्राथमिक क्रिस्टल अनुनादक के दोलनों में एक नम होने की स्थिति में, अंतर्निहित आरसी थरथरानवाला पर स्विच करता है और माइक्रोकंट्रोलर को पुन: लॉन्च करता है। फर्मवेयर का कुल आकार 10 KB है। मैं फर्मवेयर के स्रोत कोड को अन्य प्रोजेक्ट फाइलों के साथ GitHub में सबसे उत्सुक के लिए एक नज़र लेने के लिए अपलोड किया था (लेकिन वहां कुछ भी असाधारण होने की उम्मीद नहीं है)।

ख़ाका

एलएलसी कनवर्टर के सभी घटकों के लिए गणना, ट्रांसफार्मर वाइंडिंग्स के अधिष्ठापन मूल्यों सहित, परियोजना से जुड़ी लेआउट फ़ाइल में प्रदान की जाती है, जिसे आप पीआई एक्सएल डिजाइनर का उपयोग करके देख सकते हैं। मैंने प्रोजेक्ट में उपयोग किए जाने वाले इलेक्ट्रॉनिक भागों के लिए सभी डेटाशीट को भी शामिल किया, सर्किट के कुछ हिस्सों के एलटीस्पाइस मॉडल और कुछ फ़ोटो अपलोड किए।

ऊपर वर्णित डिज़ाइन का परिणाम निम्नलिखित विद्युत योजनाबद्ध आरेख है:



आरेख और पीसीबी लेआउट को डीपट्रेस का उपयोग करके तैयार किया गया था, जिसके निर्माण के लिए चित्र गेरबर प्रारूप में परिवर्तित किए गए थे, जो विनिर्माण संयंत्र को आगे भेजते थे। पीसीबी लेआउट को डिवाइस के मामले में बारीकी से फिट करने के लिए बनाया गया है, जिसमें एक पूरी परत नाजुक कम-वर्तमान सर्किट्री को ढालने के लिए एक ग्राउंड प्लेन के साथ कवर किया गया है। इस तरह के लेआउट से घर पर बोर्ड का निर्माण करना बहुत आसान हो जाता है, क्योंकि इसमें किसी भी फोटो फ्रेम के सटीक संरेखण की आवश्यकता नहीं होती है: आप बोर्ड की लगभग पूरी सतह को एक ठोस तल से भर सकते हैं और फिर छेद बनाने के लिए एक मोटी ड्रिल का उपयोग कर सकते हैं। उन पिंस के आसपास जिन्हें ग्राउंडेड करने की आवश्यकता नहीं है।





चूंकि डिजाइन में उपयोग किए गए कुछ एचएफ भागों में बहुत अधिक रेडियो-शोर का उत्सर्जन होता है और बिजली के घटकों को आसानी से गरम किया जाता है, स्वाभाविक रूप से मामले के लिए सामग्री की मेरी पसंद एल्यूमीनियम होगी। मैं Gainta के कैटलॉग से एक लगभग मिलान केस G0476 लेने जा रहा हूं। हम रोटरी उपकरण का उपयोग करके OLED के लिए मामले में एक खिड़की काट देंगे। फिर हम मामले को सीधे बिजली केबल के पृथ्वी के तार से मिलाप केबल और पीसीबी ग्राउंड की ढाल के साथ जोड़ देंगे।

दुर्भाग्यवश, एलसीडी के बजाय एक अधिक कंट्रास्ट वाले ओएलईडी को जोड़ने का विचार मुझे तब आया जब मैंने अपने पीसीबी के ऑर्डर को विनिर्माण संयंत्र में भेजा था। WinStar से WEH001602AGPP5N00001 OLED के इनपुट CMOS स्तर एलसीडी के मानक टीटीएल स्तर से भिन्न होते हैं, इसलिए डिस्प्ले कंट्रोलर और इसकी लाइटिंग को 5V खिलाने के साथ चाल, और फिर माइक्रोप्रोसेसर से तर्क संकेतों को पढ़ना + 3.3V से संचालित होता है। यहाँ काम नहीं करेगा। मुझे एक अलग तार का उपयोग करके डिस्प्ले को 3.3V लाइन से जोड़ना था।

शोर को कम करने के लिए, मैंने पीसीबी और डिस्प्ले को जोड़ने वाली बस में 390 ओम-हस्तक्षेप-दबाने वाले प्रतिरोधों को स्थापित किया, और कॉपर फ़ोक शील्ड के साथ माइक्रोकंट्रोलर को कवर किया। सामान्य ऑपरेशन के तहत, प्रोग्रामिंग कनेक्टर को एक महिला भाग के साथ कवर किया जाना चाहिए जो एक संधारित्र के माध्यम से सीधे डिबग पिन और NRST पिन को आधार बनाता है।

अंत में, मेरी डिवाइस ने अपनी अंतिम उपस्थिति हासिल कर ली:



यहां टांका लगाने वाले लोहे के हीटिंग के लिए परिणामी प्रक्रिया है:

निचला रेखा

आइए अब इस छोटे से टुकड़े पर खर्च को पूरा करें:

इलेक्ट्रॉनिक घटक - लगभग $ 50 (सबसे महंगे वाले $ 15 के लिए HiperLCS चिप और $ 10 के लिए OLED थे);
पीसीबी निर्माण, लागत प्रति 10 पीसी। - $ 40 से थोड़ा अधिक;
केस - $ 8।

वास्तविक उच्च आवृत्ति बिजली आपूर्ति इकाई की कुल लागत लगभग $ 100 थी। मैंने एक वर्कस्टैंड (170 डॉलर) और दो कारतूस ($ 100) के साथ सोल्डरिंग लोहे के लिए भी भुगतान किया है।

मैं निश्चित रूप से कुछ हद तक खर्च का अनुकूलन कर सकता हूं, उदाहरण के लिए ईबे में उपयोग किए जाने वाले मेटालिक भागों की एक विस्तृत श्रृंखला है, इस मामले में हम केवल कुछ दसियों रुपये के बारे में बात कर रहे हैं, लेकिन यह संभवतः व्यक्तिगत प्राथमिकता का मामला है।

शुद्धिपत्र

1. क्रिस्टल लोड कैपेसिटर नेटवर्क को गलत तरीके से रूट किया गया था और यह एचएफ शोर के प्रति बहुत संवेदनशील है। सही तरीका यह है कि इस महत्वपूर्ण वृद्धि के लिए अलेक्जेंडर चुलकिन को धन्यवाद।
2. ऑपरेटिंग स्टेशन से टांका लगाने वाले लोहे के केबल को डिस्कनेक्ट करने की क्षमता के लिए कोई समर्थन नहीं है, क्योंकि कभी-कभी यह माइक्रोकंट्रोलर को पुनरारंभ कर सकता है। यह एचएफ भाग के कुछ अतिरिक्त परिरक्षण की शुरूआत पर विचार करने के लायक है (मैं हालांकि 100% सुनिश्चित नहीं हूं)।

निष्कर्ष

अब मैं आपको उस अंतिम लक्ष्य के साथ साझा करता हूं जो मैं इस परियोजना के साथ कर रहा था - जो अनुभव मुझे डिवाइस के साथ काम करने से मिलता है। ऐसा लगता है कि अपने हाथों में एक छोटा और हल्का उपकरण पकड़े हुए एक बहुत शक्तिशाली और लाल-गर्म टांका लगाने वाले लोहे का उपयोग कर रहा है। क्या यह खर्च किए गए धन और प्रयास के लायक था, यह कहना मुश्किल है। मैं सवाल खुला छोड़ दूंगा।