Паяльник на аккумуляторе
Если вам нужен паяльник, которым можно воспользоваться в любом месте, паяльник с регулировкой температуры жала и контролем заряда аккумулятора, думаю, эта статья для вас.
В основе схемы лежит повышающий модуль MT3608. К тому же для сборки понадобится:
жало
вольтметр для контроля напряжения на жале
пара светодиодов 3мм белого света для подсветки места пайки
аккумулятор
модуль для его зарядки
индикатор заряда аккумулятора
кусок универсальной печатной платы
кнопка, выключатель, два шприца на 20 куб. из ближайшей аптеки, кусок термоусадки диаметром 25мм.
Для наглядности рассмотрим принципиальную схему модуля MT3608:
Как я уже говорил MT3608 — это только основа. Подготовим модуль. Для начала резистор на 2,2 кОм необходимо выпаять, в последствии заменим его на 1 кОм. Для компактности подстроечный резистор на 200 кОм также придется выпаять. Саму плату по краям укорачиваем:
Сборка
Общая схема паяльника на аккумуляторе, по которой будем производить сборку, приведена ниже:
При сборке я никого не призываю следовать за мной, просто рассказываю свой вариант. Фантазируйте, у вас получится лучше. Итак, для корпуса паяльника я использовал 20 куб. шприц. Прошу заметить, что диаметры их могут отличать, немного, но все же. В передней части корпус мне попался немного тоньше, но длиннее, в задней — наоборот. Обрезаем острым ножом лишние части по краям и идем дальше.
Из универсальной печатной платы вырезаем три диска. Больший из них размером с 1 рублевую монетку. В заподлицо с краями шприца. Два меньших должны проваливаться (размер внутреннего диаметра шприца). В большем диске проделываем отверстие под размер жала. В меньшем достаточно 2мм.
Просовываем жало до упора в проделанное отверстие и оппаеваем по краям. Придется воспользоваться паяльной кислотой иначе дело не пойдет.
Припаиваем общий провод вокруг жала к диску. Это придаст жесткости.
Время установить светодиоды для подсветки. Просовываем в первый диск и оппаеваем ножки. Повторяем то же самое на втором диске. Центральный контакт жала (в нашем случае плюсовой) припаеваем в центре второго диска. Каждая спайка усилит жесткость. Диски центрируем и выравниваем между собой. Общий провод выводим вверх. Для этого проделываем небольшой паз в диске.
Ножки светодиодов соединяем параллельно согласно схеме. Ограничительный резистор припаеваем к центральному плюсовому контакту жала.
Ограничительный резистор рассчитываем из следующих соображений: необходимый рабочий ток двух параллельно соединенных светодиодов 40 мА, напряжение приблизительно 3 вольта. На жало подается напряжение приблизительно 4 вольта, следовательно сопротивление ограничительного резистора=(4-3)/0,04=25 Ом. Я взял 30 Ом, яркость достаточная.
Далее припаиваем кнопку так, чтобы ее край немного выступал за пределы диска. Одна ножка кнопки соединяется с катодами светодиодов, другая с общим проводом. На фотографии видно, что я припаял не так. Опомнился слишком поздно, переделывать не стал. Теперь подсветка загорается сразу после включения.
К плюсовому выводу жала, который был подпаян в центре, подпаял тройной коннектор. Ножки коннектора соединил между собой для жесткости и увеличения толщины проводника. Сам коннектор нужно припаивать ближе к краю.
Выпаянный с модуля MT3608 подстроечный резистор, припаиваем к третьему диску. Предварительно нужно проверить чтобы он четко ложился между кнопкой и коннектором. Для вывода общего провода предварительно в диске проделываем небольшое отверстие.
Соединяем третий диск с остальными, пропаиваем хорошо контакты. Выравниваем диски. Они должны принять максимально цилиндрическую форму. Получается такой пирог. На верхней поверхности мы имеем контакты (+) и (-) для подключения питания жала и светодиодов, выводы кнопки и три ножки подстроечного резистора. Общий провод у вас будет проходить через контакты кнопки, но для увеличения проводимости стоит дополнительно протянуть провод.
К плюсовому выводу справа и к минусовому слева на фотографии припаиваем жесткие коннекторы. Позже к ним мы подпаяем модуль MT3608. А пока не забудем о резисторе на 1 кОм. Согласно схеме его нужно припаять к кнопке и подстроечному резистору. Эти точки присутствуют на поверхности верхнего диска. Припаиваем. И не забываем соединить 1 и 2 выводы подстроечного резистора между собой, опять же согласно схеме. Подробности о подстроечных резисторах 3296 см. здесь.
Не забывайте периодически проверять качество сборки. Подайте напряжение порядка 4 вольт на + и — . Жало должно греться, при нажатии кнопки, светодиоды должны зажигаться.
Установка вольтметра
Готовим MT3608. А именно подпаиваем проводки для подстроечного резистора
С обратной стороны модуля на двухсторонний скотч клеим вольтметр. Припаиваем красный и желтый провода к плюсу на выходе модуля, черный — к минусу.
Не забудьте откалибровать вольтметр прежде чем садить на скотч. Для этого на его обратной стороне есть маленький подстроечный резистор. Для калибровки нужно сравнить измеренное значение одного и того же напряжения вольтметром и мультиметром. Разницу поправить. Надеюсь, понятно как.
Теперь необходимо подпаять провода от MT3608 к подстроечному резистору и отложить пока паяльник. Дело в том, что модуль MT3608 является повышающим и может поднять напряжение до 28 вольт. И соответственно мы рискуем сжечь наше жало и светодиоды. Поэтому прежде чем припаивать модуль, настроим выходное напряжение. На вход модуля подадим напряжение от аккумулятора. На нашем вольтметре, прикрепленном к обратной стороне модуле отобразится выходное напряжение. Для того, чтобы напряжение отображалось правильно необходимо нажать на кнопку, впаянную между дисками. И подстроечным резистором добиться показаний около 4 вольт. Теперь все готово к установке модуля MT3608.
Должно получиться как-то так:
Подайте напряжение от аккумулятора на вход и убедитесь, что все работает. Если не нажимать кнопку напряжение на вольтметре должно быть чуть больше 3 вольт. Таким образом при включении жало будет находиться в подогретом состоянии, а при нажатии кнопки почти мгновенно разогреваться до рабочей температуры. Рабочая температура жала настраивается, как вы уже догадались, подстроечным резистором.
Установка индикатора заряда аккумулятора
Дальше нам необходимо подключить индикатор заряда аккумулятора. Модуль не обязательный, но, я бы сказал, полезно-информативный. С ним мы точно будем уверенны, что заряд аккумулятора не стал критично низким. Как вы знаете литий-ионные аккумуляторы боятся сильного разряда, поэтому лишняя подстраховка не помешает.
Для того, чтобы индикатор заряда поместился в корпус его необходимо максимально сточить. Пластиковые части легко режутся острым ножом, лишние части текстолита быстрей всего убрать болгаркой. Подпаиваем провода к точкам (+) и (-) . Обратную сторону индикатора лучше изолировать изолентой, чтобы избежать случайного касания.
Теперь в корпусе от шприца проделываем отверстия под кнопку и регулировку температуры жала. Чтобы кнопка нажималась легко, дополнительно сверху накладываем кнопку от старого пульта.
Для зарядки аккумулятора я выбрал модуль зарядки в корпусе. Преимущества его в том, что есть стандартное место для установки аккумулятора, а значит не потребуется припаивать провода к аккумулятору. Напомню, что аккумулятор не любит разогрева и если надумаете паять, то используйте специальную паяльную кислоту. Выключатель я умудрился впихнуть вместо USB выхода. Пришлось его обрезать и в прорезь установить выключатель. Металлический корпус заменил на корпус от шприца. К верху вывел плюсовой провод от выключателя. Осталось только соединить две половины.
Аккумулятор после установки в корпус должен немного выступать. На него мы надвинем нижнюю половинку. Места спайки изолируем термоусадкой.
Соединяем половинки и последовательно стягиваем. В последнюю очередь надеваем термоусадку и ей окончательно стягиваем две половинки.
Вот собственно и закончилась сборка. Надеюсь, у вас получится лучше.
В заключение хочу заметить, что паяльник с такой формой жала вряд ли будет удобен для спаивания крупных проводников. Из-за острой заточки больше подойдет для работы с мелкими элементами. С другой стороны дело еще и в привычке.
Улучшенная схема с автоматической терморегуляцией
Версия паяльника, описанная выше, носит ряд недостатков, которые давно мне мозолили глаза, и требовали доработки. Индикатор уровня заряда аккумулятора оказался, к сожалению, бесполезным. Как бы то ни было, нагрузка в виде жала просаживала напряжение на аккумуляторе. Даже при полном заряде индикатор показывал не полный уровень зарядки, средняя же заряженность и вовсе гасила индикатор. Напряжение на жале зависело от степени разряженности аккумулятора, требовало постоянной подстройки. Подстройка требовалась также в более холодном помещении. Температура жала падала, а подаваемая мощность оставалась прежней. Соответственно спаять качественно было невозможно.
Кроме того, крепеж жала оказался хлипким и не выдерживал малейших нажатий. В конце концов просто сломался в сумке. Как в электронике, так и в конструктивном исполнении требовались пересмотры. И наконец, до них дошли руки, а затем и голова.
Начнем со схемотехники. Здесь самое важное поддерживать температуру жала независимо от температуры окружающей среды, размера куска припоя и т.п. Словом если что-то снижает температуру жала оно должно автоматически подогреваться. Как воплотить в жизнь идею терморегуляции, мне подсказало более детальное рассмотрение микросхемы B62871.
А именно интересное свойство 4-го вывода. Вывод представляет собой своего рода переключатель. При подаче на него сигнала высокого уровня микросхема включается в работу и работает в штатном режиме. Но стоит подать низкий уровень сигнала, как микросхема отключается. Что равносильно отжатию кнопки в исходной схеме. По умолчанию 4-ый вывод соединен с + питания, что обеспечивает ей постоянный высокий уровень.
Что же нам мешает добавить в схему простенький термодатчик и с его помощью управлять входом EN (4 вывод). При этом выходное напряжение преобразователя можно задать один раз с запасом мощности. Например, установить напряжение без нагрузки порядка 6 вольт. Под нагрузкой жала напряжение просядет, но все равно будет оставаться довольно большим и способным разогреть жало больше необходимого. Но этого не произойдет, потому что сработает датчик температуры и переведет уровень сигнала на 4-ом выводе в низкое состояние. Соответственно, микросхема отключится, и напряжение на выходе преобразователя упадет до приблизительно 3,2В. Жало охладится.
Для построения схемы понадобится всего лишь одна микросхема компаратора, термодатчик и источник опорного напряжения, ну, и десяток резисторов, как же без них. Все очень даже доступно благодаря Алиэкспресс. Ссылки, если надо внизу, а пока схема и мои пояснения.
Верхняя часть схемы представляет собой фактически плату преобразователя. С ней я провел несколько манипуляций. Прежде всего, разорвал дорожку, соединяющую 4-ый и 5-ый выводы. Это легко сделать тонкой иголкой. Перемычка находится несколько в глубине, но не под микросхемой. Поэтому от нее легко избавиться (так же как легко при необходимости спаять обратно).
Вместо подстроечного резистора на 200к, я впаял обычный (номинал на схеме). Вы можете этого не делать, а просто установить на выходе напряжение около 6 вольт без нагрузки. По большому счету можно установить и 20 вольт, но если случайно что-то случится с темодатчиком, то все это напряжение упадет на жало паяльника. Оно неизбежно перегреется. Из предосторожности выходное напряжение лучше выбирать более разумно. Кто хочет, может установить свои номиналы резисторов R1 и R2. Они подбираются по формуле:
Опорное напряжение VREF = 0,6В. При моем соотношении резисторов на выходе преобразователя при заряженном аккумуляторе будет приблизительно 5,6В, под нагрузкой 4,5-4,6В. Для частой работы на улице можно немного увеличить.
В верхней части схемы уменьшил также ток через светодиоды, яркость пострадала не сильно, экономия немного возросла.
Остальная доработка выполняется на отдельной плате. Я использую по-прежнему макетные платы, правда, теперь двусторонние. Разница в том, что они более плотные, лучше пропаиваются и не отлетают контакты. Кусочек платы легко обрезать болгаркой до нужного размера.
Итак, схема. Первый компаратор микросхемы LM393, как вы уже заметили, используется для поддержания температуры жала, а второй – для контроля уровня заряда аккумулятора. Своего рода замена исключенному из схемы индикатору.
В качестве источника опорного напряжения выбрал микросхему TL431. Проводил эксперименты и с AP432 микросхемой, и просто с последовательно включенными диодами, но TL431 показала более устойчивые показания, хоть и не идеальные. Так колебания в зависимости от входного напряжения составили от 2.63 до 2.54 В. Думаю, лучшие результаты может показать АМS1117-2.5, но вовремя под рукой ее не оказалось.
Резистор R6 определяет ток Iка для TL431. Чтобы вывести микросхему в нормальный режим нужно обеспечить ток хотя бы 10 мА. С учетом тока уходящего на делители напряжения (R7, R8 и R9, R10) номинал резистора R6 не может быть больше 200 Ом.
Делитель напряжения R7-R8 делит напряжение пополам 2,5/2. Это напряжение опорное, подается на инвертирующий вход компаратора. Опорное напряжение будет сравниваться с напряжением делителя R9-R10, где R10 – терморезистор, напряжение которого убывает с ростом температуры. Я использовал термистор типа MF52 на 10 кОм. Таблицу его температур можно подробно изучить в даташите. Обратите внимание значение резистора R9 определяет значение сопротивления терморезистора при достижении рабочей температуры жала. Резистор R9 можно сделать подстроечным или выставить нужное значение один раз и забыть. Значение резистора придется подбирать, так как оно зависит от места размещения датчика. Но об этом чуть позже.
В любом случае алгоритм здесь такой. Сначала собираем конструкцию жало-датчик, затем подаем на жало напряжение постепенно его увеличивая. Температура жала достигает требуемой рабочей температуры, замеряем сопротивление терморезистора. Это и будет значение R9 (для этого и делитель на опорнике 50/50).
Дальше резистор R13 подтягивающий. Без него на выходе (вывод 1) будет постоянно 0 вольт. Напряжение на аккумуляторе под нагрузкой не будет большое, а от него питается микросхема компаратора, поэтому если поставить большее R13 выходное напряжение сильно просядет. Резистор на 220 Ом обеспечит высокий уровень – 2,5В. Этого с головой достаточно. А вот R14 кому покажется ярким желтый светодиод можно попробовать немного увеличить.
Выходное напряжение с более или менее приемлемым уровнем полезно также для гистерезиса. Гистерезис в схеме обеспечивают два резистора R11 и R12. Я экспериментально установил, что размах напряжения (разница между отключением и включением вокруг опорного напряжения) составляет ∆U = 0,08 вольт. Если R11 взять 1 кОм, то из формулы:
∆U = UвыхмаксR11/R12,
при выходном напряжении 2,5 В получим R12 равное приблизительно 32 кОм. Глубина гистерезиса меня удовлетворила, оставил как в расчетах.
Для второго компаратора принцип аналогичный. Опорным для него будет напряжение 2,5В. Делитель R4-R6 настроен таким образом, чтобы переключение компаратора происходило при напряжении на аккумуляторе близкому к 3 В. При нормально заряженном аккумуляторе на выводе 7 компаратора высокий уровень, т.е. выходной транзистор закрыт. Как только напряжение опустится ниже нормы выходной транзистор откроется, зажжется красный светодиод. Он будет говорить о том, что пора зарядить аккумулятор. А при дальнейшем использовании жало будет разогреваться недостаточно. Здесь между 5 и 7 выводом тоже можно бросить резистор килоом на 100 для небольшого гистерезиса. Я посчитал, что в данном случае он не столь важен.
Таким образом, нам больше не нужен вольтметр для контроля напряжения на жале. Этим займется терморезистор и правильно подобранный R9. Вместо большого индикатора – красный светодиод. Вывод регулировок можно исключить. Сразу думал и кнопку убрать, но потом оставил. Кому лень с ней возиться можно и без нее обойтись. Ток потребления с отжатой кнопкой становится меньше приблизительно на 150 мА. При кратковременном использовании это не большая экономия.
Теперь о конструктивных особенностях. Крепление жала переработал. Каркас сделал металлическим. В основе 3 рублевых монеты, в которых по центру просверлил отверстие под жало, четыре отверстия под светодиоды и протяжку проводов. И затем еще два отверстия поближе к середине для прокладки изолированных ножек датчика температуры. Провода от светодиодов и датчиков одеты обязательно в термоусадки. Иначе при нагреве обычная оплетка может оплавиться.
Монеты с отверстиями соединил длинными винтами. Далее продеваем жало. Чтобы жало не люфтило в центре можно подмотать немного термоскотча. Вставленное жало зажимается с помощью текстолита такого же размера как монеты и с такими же отверстиями. Своей «юбкой» жало передает отрицательный контакт на верхнюю монету, та на винт. На винт зажимаем минусовой провод.
Заметьте, термодатчик не должен находиться слишком близко к наконечнику жала. Оптимальным результатом будет сопротивление термодатчика при достаточно прогретом жале около 500 Ом. Так терморезистор может работать бесконечно долго. Ну, я немного перестарался, у меня до 240 Ом доходит. Впрочем, при кратковременном использовании это не критично. Датчик рассчитан на работу при температуре до 120 градусов, на конце жала в два раза больше, не перегрейте! В моем случае датчик не касается жала, находится в одном миллиметре от него.
Хочу предостеречь, слишком удаленное расположение датчика тоже не есть хорошо. Датчик должен чувствовать остывание жала, быстро реагировать на остывание. Чем дальше расположение, тем ниже волатильность. Это еще одна причина, по которой я сделал каркас металлическим. Он будет действовать как радиатор для ствола жала, быстрее подымая сопротивление терморезистора при остывании.
Вся конструкция отлично вошла в корпус от старого фонарика.
При использовании металлического корпуса не забывайте, что к катушке преобразователя подходят положительные контакты аккумулятора. Лучше ее аккуратно изолировать. И через изолятор прислонить к корпусу, так она еще и остывать будет. Кнопка переехала наружу. Приклеил, сидит мертво. Провода от кнопки тонкие длинные гибкие, достаточной длины для свободного вынимания конструкции.
Кажется, ничего не забыл))). Паяльник версии 2.0 готов.
