В литературе и Интернете можно найти немало описаний самодельных фазовых регуляторов мощности для паяльников, однако автор не смог найти среди них подходящего. В одном не предусмотрен предварительный прогрев жала, другой слишком сложен, третий слишком велик по размерам. Поэтому автором был разработан оптимальный, по его мнению, вариант регулятора мощности для простого паяльника, о котором и пойдёт речь в статье. Он полностью аналоговый, прост по схеме и лёгок в повторении.
Каждый радиолюбитель рано или поздно сталкивается с необходимостью регулирования температуры жала паяльника. Это особенно актуально, если речь идёт о паяльнике с медным жалом. Оно существенно удобнее в работе по сравнению с необгораемым жалом, покрытие на котором легко повредить, хватает одного погружения в некоторые флюсы. Плохое качество пайки, трудность лужения некоторых медных на вид проводов, отслоение печатных проводников от платы при пайке - вот не полный перечень проблем, связанных с перегревом жала.
Простые широкодоступные паяльники не имеют встроенного регулятора температуры (мощности). Существуют, конечно, варианты со встроенным регулятором или более дорогие с термодатчиком, как у паяльной станции. Но зачастую они рассчитаны на работу с паяльником мощностью не более 60 Вт, а стандартное необгораемое жало непопулярно у профессионалов.
Предлагаемый регулятор, используя фазовый метод регулирования, управляет мощностью, отдаваемой в чисто активную (омическую) нагрузку, которой является и паяльник. По существу, он превращает простой паяльник в "паяльную станцию", позволяя комфортно работать как с необгораемыми, так и с медными жалами. В нём предусмотрены таймер предварительного разогрева жала с сигнализирующим о режиме разогрева светодиодом и фильтр, ослабляющий высокочастотные помехи, создаваемые регулирующим элементом - тринистором.
Плата описываемого регулятора мощности уместилась в корпусе зарядного устройства для сотового телефона. После доработки им заменяют стандартную сетевую вилку паяльника.
Рис. 1. Схема регулятора
Схема регулятора представлена на рис. 1. Он состоит из следующих узлов:
- защитной цепи из плавкой вставки FU1 и варистора RU1, гасящего высоковольтные всплески напряжения;
- помехоподавляющего фильтра C2C4L1, построенного из деталей от КЛЛ;
- фазового регулятора из [1] на элементах C1, C3, R2-R4, VS1, VS2;
- таймера на элементах C5, R6- R12, VD3, VT1, VT2 с кнопкой повторного запуска SB1;
- переключателя мощности VT3 с сигнальным светодиодом HL1;
- выпрямителя на диодном мосте VD2 для питания всего устройства;
- узла питания таймера - резисторов R1, R5 и стабилитрона VD1.
Применение в качестве регулирующего элемента не симистора, а диодного моста VD2 в связке с тринистором VS2 обусловлено необходимостью питать таймер пульсирующим напряжением. RC-цепь R2R3C1 в начале каждого полупериода сетевого напряжения задерживает нарастание напряжения, приложенного к закрытому симметричному динистору VS1. Задержку регулируют переменным резистором R2 практически от нуля до длительности полупериода (10 мс). Как только напряжение на динисторе достигает приблизительно 32 В, он открывается и открывает мощный тринистор VS2. С этого момента и до конца полупериода напряжение сети поступает на нагрузку, а цепь питания узла управления зашунтирована открытым тринистором. В следующем полупериоде процесс повторяется. Чем больше задержка, тем меньше мощность, выделяемая на паяльнике, и ниже температура его жала.
Сопротивление резистора R3 подобрано так, чтобы при минимальном введённом сопротивлении переменного резистора R2 не перегружать управляющий электрод тринистора, добиться минимальной задержки и обеспечить приемлемую яркость свечения светодиода HL1.
Пороговый элемент таймера - триггер Шмитта на транзисторах VT1 и VT2, причём транзистор VT1 - полевой. Это необходимо для максимизации входного сопротивления триггера, что позволяет уменьшить его влияние на время-задающую цепь R6R7C5. При указанных на схеме номиналах этих элементов выдержка таймера регулируется в интервале 1...4,5 мин. Если нужны другие границы этого интервала, следует изменить номиналы резисторов R6, R7 и конденсатора C5.
В момент включения устройства в сеть конденсатор C5 разряжен, поэтому транзистор VT3 открыт. В этом состоянии резисторы R2 и R3 времязадающей цепи фазового регулятора зашунтированы открытым участком коллектор-эмиттер транзистора VT3 и светодиодом HL1. Поэтому задержка открывания тринистора VS2 минимальна, а мощность нагрева паяльника максимальна. Идёт его предварительный прогрев. Синее свечение светодиода HL1 показывает, что паяльник ещё холодный и не готов к работе. После зарядки конденсатора C5 до напряжения переключения триггера транзистор VT3 закрывается и регулятор переходит в нормальный рабочий режим с регулировкой мощности переменным резистором R2. Нажатием на кнопку SB1 можно в любой момент перезапустить таймер и на время его выдержки перевести паяльник в режим максимальной мощности. Это бывает полезно при пайке массивных деталей и толстых проводов.
Примечание.В рассматриваемом устройстве ток разрядки конденсатора C5 при нажатии на кнопку SB1 ограничен только сопротивлением её контактов и ЭПС этого конденсатора. Поэтому полезно включить последовательно с кнопкой резистор сопротивлением несколько сотен ом, что устранит быстрое обгорание контактов кнопки и опасность повреждения самого конденсатора.
Таймер питается выпрямленным диодным мостом VD2 пульсирующим напряжением, стабилитрон VD1 ограничивает его амплитуду до 15 В. Такое решение позволяет уменьшить номиналы элементов времязадающих цепей. Кроме того, прерывистое питание устраняет неустойчивое состояние триггера Шмитта при медленном изменении напряжения на его входе.
Чертёж печатной платы регулятора изображён на рис. 2. Печать односторонняя, но детали размещены на двух её сторонах, как показано на том же рисунке. При использовании указанных на схеме деталей регулятор пригоден для работы с паяльниками мощностью до 120 Вт. Для паяльника большей мощности придётся выбрать более мощные тринистор, диодный мост и дроссель. Но на предлагаемой печатной плате такие детали уже не уместятся, придётся разрабатывать новую.
Рис. 2. Чертёж печатной платы регулятора
Резисторы СА9MH2,5-1MB и CA6PH2,5-1MA, применённые в качестве соответственно R2 и R7, по своей конструкции подстроечные. Однако для резисторов серии CA9 производитель предлагает съёмные ручки [2] из изоляционного материала, превращающие их в регулировочные. Одной из этих ручек я и воспользовался. Кроме того, резистор R2 выбран с логарифмической зависимостью сопротивления от угла поворота движка. Это позволило получить более плавное изменение мощности вблизи её минимума.
Плёночные конденсаторы C2 и C4 извлечены из неисправных КЛЛ. Конденсатор C1 - полипропиленовый KEMET R79GC31504040K, подойдёт любой другой плёночный на указанное на схеме или большее напряжение. К сожалению, применение здесь керамических конденсаторов или плёночных на меньшее напряжение приводило к неустойчивой работе регулятора, а в некоторых случаях он вовсе не работал.
Транзистор FMMT6520 в корпусе SOT-23 и с допустимым напряжением коллектор-эмиттер минус 350 В не имеет аналогов. Однако испытания показали устойчивую работу в качестве VT3 транзисторов MMBTA92, PMBTA92, KST92MTF, BF821 с предельным напряжением минус 300 В. Их намного легче найти.
Резистор R5 - металлоокисный С2-23 0,5 Вт. Его можно заменить двумя соединёнными последовательно углеродными резисторами сопротивлением 33 кОм и мощностью 0,25 Вт.
Плавкая вставка FU1 - Littelfuse 0672002 или отечественная серии ВП4. Дроссель L1 от КЛЛ применим при мощности нагрузки не более 40 Вт. Если мощность больше, он перегревается, его нужно заменить рассчитанным на больший ток, да и ёмкость конденсаторов C2 и C4 желательно увеличить до 0,15 мкФ. Параметры фильтра не критичны, можно и вовсе без него обойтись, однако при этом на близкорасположенную электронную технику могут воздействовать создаваемые тринисто-ром регулятора помехи.
Светодиод HL1 подойдёт суперъяркий любого свечения. Светящийся светодиод обычной яркости может оказаться практически незаметным, так как средний текущий через него ток очень мал.
Конденсатор C5 - многослойный керамический типоразмера 1206 для поверхностного монтажа. Оксидный конденсатор здесь недопустим из-за большого тока утечки. Чтобы иметь возможность составить конденсатор нужной ёмкости из двух меньшей ёмкости, на плате предусмотрено дополнительное посадочное место, обозначенное C5'.
В качестве диодного моста VD2 может быть использован любой из DB104-DB108. Перед монтажом плавкой вставки FU1 на её длинный вывод наденьте тонкую изоляционную трубку. Чтобы обеспечить пожаробезопасность, желательно защитить аналогичным образом и весь корпус вставки.
Внешний вид готовой платы регулятора показан на рис. 3. Перед первым включением её в сеть удалите остатки флюса со стороны печатных проводников. Устройство должно заработать сразу, в противном случае проверьте качество и правильность монтажа. Налаживание регулятора заключается в установке длительности прогрева и проверке пределов регулировки мощности для конкретного паяльника.
Рис. 3. Внешний вид готовой платы регулятора
Прежде всего, поверните движки переменного и подстроечного резисторов в положения максимальной мощности и наиболее продолжительного прогрева (крайние по часовой стрелке). Секундомером засеките время от включения паяльника до достижения его жалом температуры плавления припоя и запомните его. Далее поверните оба движка до упора в противоположную сторону. Нажмите и отпустите кнопку SB1 для повторного запуска таймера. С помощью секундомера измерьте время, прошедшее от отпускания кнопки до выключения светодиода HL1. Постепенно поворачивая движок подстроечного резистора R7 в сторону увеличения этого времени и перезапуская таймер, установите продолжительность прогрева паяльника, близкую к требуемой.
Если требуемой продолжительности прогрева добиться не удаётся, можно сместить интервал её регулирования в нужную сторону, увеличив или уменьшив ёмкость конденсатора C5. При необходимости параллельно этому конденсатору можно подключить ещё один.
После регулировки таймера дождитесь, пока светодиод HL1 погаснет, и установите переменным резистором R2 необходимую температуру паяльника. Наэтом налаживание регуляторазавер-шено. По его завершении рекомендую покрыть сторону печатных проводников платы тремя слоями влагозащитного лака Plastik-71. Готовую и налаженную плату поместите в корпус, например, от зарядного устройства для сотового телефона.
Этот корпус нужно вскрыть и удалить из него всё, находящееся внутри, за исключением сетевой вилки. Замерьте штангенциркулем извлечённую плату зарядного устройства. Обычно она имеет форму трапеции. Плата регулятора преднамеренно сделана с запасом по ширине, обрежьте её по этим размерам.
Примерьте плату к корпусу и как можно точнее обозначьте на его внутренней поверхности центр будущего отверстия для ручки управления переменным резистором R2. По этой метке просверлите в корпусе отверстие диаметром не более 1,5 мм. Снова установите плату в корпус и оцените соосность просверленного отверстия с перекрестием на движке резистора. Если она удовлетворительна, можно перейти к следующему шагу, а в противном случае сделать снаружи корпуса новую, более точную метку.
Теперь следует приложить к корпусу шаблон, чертёж которого в масштабе 1:1 приведён на рис. 4. Центр наибольшего из отверстий шаблона совместите с просверленным отверстием или сделанной меткой, затем шилом наметьте центры остальных отверстий. По сделанной разметке просверлите в корпусе все нужные отверстия. Их диаметры указаны на шаблоне.
Рис. 4. Шаблон к корпусу регулятора
Завершив подготовку корпуса, отрежьте от шнура паяльника сетевую вилку. Затем пропустите шнур без вилки внутрь корпуса сквозь резиновый уплотнитель и припаяйте разделанные концы его проводов к контактным площадкам платы регулятора, обозначенным на рис. 2 "К EK1". Провода следует вставлять в отверстия контактных площадок со стороны установки крупных деталей. Контактные площадки, обозначенные на рис. 2 "K XP1, соедините гибкими монтажными проводами со штырями имеющейся в корпусе сетевой вилки.
Прежде чем закрывать корпус, вытяните из него излишки шнура паяльника через резиновый уплотнитель и зафиксируйте шнур в уплотнителе каплей клея. Если мощность паяльника более 100 Вт, рекомендую сделать в корпусе регулятора несколько вентиляционных отверстий. Внешний вид паяльника с регулятором показан на рис. 5.
Рис. 5. Внешний вид паяльника с регулятором
Литература
1. Кузнецов А. Симисторный регулятор мощности с низким уровнем помех. - Радио, 1998, №6, с. 60, 61.
2. CA9 - CE9 Shafts. - URL: https://www. acptechnologies.com/catalogue/potentiome ters/ca9-ce9/ca9-ce9-shafts/ (17.02.19)
Автор: В. Иншаков, г. Балашиха Московской обл.