Как-то, просматривая сайт AliExpress, автор обратил внимание на миниатюрные USB-паяльники ZD-20U-9 мощностью 8 Вт и для пробы заказал две штуки. Лёгкость, компактность, быстрое нагревание были, несомненно, предпосылками для их интенсивного применения. Но вот принцип управления нагреванием свёл на нет все достоинства. В Интернете было найдено немало обсуждений этой проблемы на форумах и несколько предложений по её устранению. Изучив все предложения, автор решил пойти своим, вполне, как он считает, логичным путём, заменив установленную в паяльнике микросхему-таймер микроконтроллером.
Во-первых, я поставил перед собой задачу обойтись минимумом механических доработок, чтобы можно было использовать "родную" печатную плату паяльника. Во-вторых, сразу же отказался от управления нагреванием по принципу включено-выключено.
Рассчитанный на низкое (5 В) напряжение питания паяльник потребляет большой ток, что приводит к значительному падению напряжения на подводящих его проводах, не говоря о том, что питание такого паяльника через миниатюрный аудиоразъём явно не оправдано. Но нужно признать, что этот разъём создаёт и некоторые эксплуатационные удобства, поэтому я решил его оставить.
Для управления нагревателем в доработанном паяльнике применён микроконтроллер. Он генерирует импульсы, следующие с постоянной частотой 1 кГц, но имеющие переменную длительность (ШИМ). Нажатиями на введённую при доработке в паяльник кнопку управления можно задавать четыре фиксированных уровня мощности нагревания шагами по 0,25 максимальной.
Микроконтроллер тактирован от внутреннего RC-генератора частотой 8 МГц, которая поделена на восемь. Текущий уровень мощности отображается скважностью мигания светодиода с частотой 0,5 Гц. В паяльнике сохранён вибродатчик, что позволяет в паузах пользования паяльником автоматически снижать мощность нагрева до минимума, а при первом же перемещении паяльника форсировано возвращаться к установленному режиму.
Исходная принципиальная схема паяльника изображена на рис. 1. Она была составлена в результате изучения его печатной платы. Имевшиеся на плате обозначения компонентов на этой схеме сохранены. Они будут полезны в дальнейшем при описании доработки платы. Нужно сказать, что в некоторых источниках диод D1 изображён на схеме как стабилитрон с напряжением стабилизации 5,1 В. Однако в моих экземплярах паяльника были установлены, как показала проверка, обычные диоды.
Рис. 1. Исходная принципиальная схема паяльника
Новая схема паяльника показана на рис. 2. Позиционные обозначения компонентов на ней стандартные и не совпадают, как правило, с обозначениями на рис. 1.
Рис. 2. Новая схема паяльника
Для переделки паяльника необходимо его разобрать. Для этого выверните три винта-самореза и снимите с передней части ручки жёлтое кольцо. Извлеките из корпуса печатную плату вместе с нагревателем и отпаяйте от неё идущие к нагревателю провода. Далее необходимо извлечь шарик-сенсор SNS из канала корпуса и отпаять от платы провод с пружиной, прижимавшей шарик.
Демонтируйте с платы компоненты, обозначенные на схеме рис. 1 C1, C2, D1, IC1 и R3. После этого следует удалить с неё ненужные соединения и создать недостающие. Для удобства выполнения этой работы рекомендуется временно выпаять из платы светодиод LED.
Разорвите соединение контактной площадки, предназначенной для катода светодиода, и печатного проводника, соединяющего сток полевого транзистора с нагревателем. После этого можно впаять светодиод обратно, соблюдая полярность. Соедините проволочной перемычкой вывод катода светодиода с выводом 5 микросхемы DD1. Для этого в центре контактной площадки удалённого конденсатора C1, соединённой тонким печатным проводником с контактной площадкой для вывода 5 микросхемы, надо просверлить отверстие диаметром 0,6 мм. Вставьте в это отверстие и припаяйте к контактной площадке отрезок лужёного провода и соедините его на обратной стороне платы с выводом катода светодиода, как показано на рис. 3 (1).
Рис. 3. Печатная плата прибора. Переделка
Приведите в порядок печатные проводники, которые были связаны с удалённой микросхемой IC1, на её место в дальнейшем будет установлен микроконтроллер DD1 ATtiny45-20SU. Выводы 6 и 7 микросхемы имеют общую контактную площадку, которую следует аккуратно разделить на две. Контактная площадка вывода 1 через переходное отверстие под микросхемой была соединена с общим проводом на обратной стороне платы. Разорвите это соединение, разрезав и удалив печатный проводник, как показано на рис. 3 (2).
Удалите проводник, соединяющий контактную площадку вывода 4 с цепью +5 В, и соедините её с общим проводом. Для этого перережьте и удалите печатный проводник между контактной площадкой для катода удалённого диода D1 и переходным отверстием, как показано на рис. 4 (10). Затем установите проволочную перемычку (9) между контактной площадкой для катода диода D1 и выводом вибродатчика SV, соединённым с общим проводом.
Рис. 4. Переделка платы прибора
Монтаж новых деталей можно начать с микроконтроллера DD1. Размер корпуса микроконтроллера немного больше, чем у удалённого таймера, поэтому выводы микроконтроллера могут немного выйти за границы контактных площадок. Слегка подогните эти выводы в сторону корпуса микроконтроллера, чтобы они вошли в границы площадок. Припаяйте их к площадкам, предварительно убедившись в правильной ориентации вывода 1, обозначенного на корпусе микросхемы точкой.
Припаяйте плюсовой вывод конденсатора C3 (5) к контактной площадке нагревателя, а его минусовой вывод - к контактной площадке минусового вывода удалённого конденсатора C2. Новый конденсатор C2 (6) припаяйте между контактными площадками удалённых конденсатора C1 и резистора R3, соединёнными соответственно с общим проводом и цепью +5 В.
Зачистив от лака печатные проводники около выводов 2 и 4 микроконтроллера DD1, залудите их зачищенные участки и припаяйте между ними конденсатор C1 (8). Удалите печатный проводник между контактными площадками для вибродатчика и удалённого провода с пружиной. Между ними припаяйте резистор R2 (11). Резистор R1 (3) установите между контактной площадкой для анода удалённого диода и переходным отверстием.
На верхней стороне платы зачистите от лака и залудите печатный проводник цепи +5 В напротив переходного отверстия, соединённого с выводом 1 микроконтроллера, и впаяйте между ними резистор R3 (7). На нижней стороне удалите часть печатного проводника около вывода затвора транзистора VT1, зачистите места разрезов от лака и залудите их, затем впаяйте резистор R4 (4). Кнопку SB1 соедините проводами с контактными площадками для удалённого конденсатора C2.
Нагреватель пока соединять с платой не следует. Вместо него на время проверки устройства припаяйте резистор сопротивлением 1 кОм любой мощности .
Все вновь устанавливаемые резисторы - типоразмера 0805 для поверхностного монтажа. Конденсатор C1 - типоразмера 1206, C2 - типоразмера 0805, оксидный конденсатор C3 - в корпусе типоразмера D. Кнопка SB1 - SWT с длиной толкателя не менее 9 мм.
Следующий этап - программирование микроконтроллера. Если имеется подходящий программатор, то сделать это можно до установки микроконтроллера на печатную плату. Если программатора для микроконтроллера в корпусе SOIC-8 нет, придётся присоединить разъём для программатора тонкими проводами непосредственно к выводам микроконтроллера, уже установленного на плату. Схема подключения показана на рис. 5. Тип разъёмаXP1 - PLD-6.
Рис. 5. Схема подключения
Необходимо выбрать способ питания микроконтроллера во время программирования. Можно питать его от программатора через разъём XP1, если программатор это позволяет. А можно, не соединяя контакт 2 разъёма XP1 с выводом 8 микроконтроллера, запитать последний через кабель питания паяльника.
Прежде всего, необходимо запрограммировать конфигурацию микроконтроллера в соответствии с таблицей. Далее коды из файла ZD_20U_9.hex загрузите в программную память микроконтроллера. Его EEPROM в рассматриваемом устройстве не используется, и её программировать не нужно. Если загрузка кодов прошла без проблем, провода программирования можно отпаять от микроконтроллера, предварительно выключив питание.
Таблица
Разряд | Знач. | Разряд | Знач. |
SELFPRGEN | 1 | CKDIV8 | 0 |
RSTDISBL | 1 | скоит | 1 |
DWEN | 1 | SUT1 | 0 |
SPIEN | 0 | SUTO | 0 |
WDTON | 1 | CKSEL3 | 0 |
EESAVE | 1 | CKSEL2 | 0 |
BODLEVEL2 | 1 | CKSEL1 | 1 |
BODLEVEL1 | 0 | CKSEL0 | 0 |
BODLEVELO | 1 | ||
0 - запрограммировано; 1 - не запрограммировано. | |||
Теперь подключите к временно припаянному вместо нагревателя резистору осциллограф, причём "холодный" входной провод осциллографа рекомендую подключить к выводу резистора, соединённому со стоком транзистора VT1. Если нет осциллографа, вместо него можно использовать мультиметр в режиме измерения постоянного напряжения на пределе не менее 5 В.
Соедините разъём XS1 паяльника с USB-разъёмом компьютера (пока нагреватель не подключён, потребляемый ток будет оставаться в допустимых для компьютерапределах) или с пятивольтным сетевым адаптером с выходным USB-разъёмом. В течение 15 с после этого осциллограф или мультиметр будет показывать полное напряжение питания. Оно требуется, чтобы форсировано разогреть нагреватель до рабочей температуры. При этом светодиод светит непрерывно.
Далее устройство перейдёт в режим половинной мощности. Светодиод станет мигать (вспышки и паузы по 1 c). На экране осциллографа будут видны прямоугольные импульсы с коэффициентом заполнения 0,5, следующие с частотой 1 кГц. Мультиметр покажет половину напряжения питания.
Приблизительно через 30 с устройство должно автоматически перейти в режим минимальной мощности (четверть максимальной). Светодиод станет вспыхивать каждые 2 с на 0,2 с. На экране осциллографа появятся импульсы с коэффициентом заполнения 0,25, следующие с частотой 1 кГц, а мультиметр покажет четверть напряжения питания. Если печатную плату встряхнуть, на заменяющем нагреватель резисторе на короткое время должно появиться полное напряжение форсированного разогрева, затем устройство перейдёт в режим половинной мощности.
Если однократно нажать на кнопку SB1, включится форсированный разогрев, затем будет установлен режим трёх четвертей максимальной мощности. Светодиод будет светиться с повторяющимися через каждые 2 с паузами длительностью около 0,2 с. Коэффициент заполнения импульсов на экране осциллографа будет 0,75, а мультиметр покажет три четверти напряжения питания.
Нажатиями на кнопку SB1 проверьте переключение устройства на минимальную мощность из всех режимов. Здесь нужно отметить, что после автоматического перехода в режим минимальной мощности кнопка SB1 перестанет действовать. Необходимо выйти из него встряхиванием печатной платы и только потом переключиться на нужный режим.
На этом проверку можно завершить и отпаять от платы резистор, заменявший нагреватель. Провод от корпуса нагревателя рекомендуется припаять к плюсовому выводу конденсатора C3. Провод, идущий от изолированного от корпуса вывода нагревателя, припаяйте к контактной площадке, соединённой со стоком транзистора Vt 1.
Из корпуса удалите полностью штырь, на который была надета прижимавшая шарик пружина. Установите плату и кнопку SB1 в нижней половине корпуса. В его верхней половине несколько укоротите канал, в котором находился шарик. Теперь через него будет выходить наружу толкатель кнопки. Канал укоротите кусачками так, чтобы между половинами корпуса не было зазора, но кнопка прочно держалась в канале. Завинтите саморезы и установите кольцо на своё место.
Для питания паяльника удобно использовать сетевой адаптер на 5 В с выходным USB-разъёмом и допустимым током нагрузки не менее 2 А.
Программа микроконтроллера имеется здесь.
Автор: А. Дымов, г. Оренбург