ТЕРМОВОЗДУШНАЯ ПАЯЛЬНАЯ СТАНЦИЯ "DIDAV"

Всем доброго времени суток уважаемые радиолюбители! Предлагаю всем несложную схему паяльной станции с феном. Была давно затея сделать паяльную станцию, именно своими руками. Покупать в магазине для меня было не целеобразно, так как не устраивала ни цена, ни качество, ни управление, ни надёжность. После долгих поисков в интернете была найдена на мой взгляд лучшая и единственная в своем роде схема на микроконтроллере atmega8 и двухстрочном LCD дисплее WH1602, с управлением на энкодере. Проект новый и не является клоном одних и тех же «затёртых до дыр» схем, в общем не имеет аналогов.

Особенности устройства

Станция имеет такие преимущества как:

Меню настроек.
Две кнопки «памяти», то есть два предустановленных температурных режима для паяльника и фена.
Таймер перехода в спящий режим, установить таймер можно в настройках.
Цифровая калибровка паяльника, также находится в настройках.
Построена на бюджетных комплектующих.
Печатная плата разработана мной под корпус от БП ПК, так что с корпусом тоже не возникнет проблем.
Для питания станции можно применить ту же плату от блока ПК, немного переделав под нужные 20-24v(зависит от трансформатора), благо размеры корпуса позволяют это сделать. Можно немного укоротить радиаторы, так как для питания нам нужно всего лишь 24v и 2-3 ампера и сильного нагрева силовых транзисторов и диодной сборки не будет.
В прошивке заложен «Пи» алгоритм регулирования нагрева фена, что даёт равномерный нагрев спирали фена и отсекает ИК излучение в моменты включения фена. В общем при умелом пользовании фена ни одна деталька не «прижарится» раньше времени.

Простейшая установка от прикуривателя

Прикуриватель, который управляется 12 вольтами автомобильного аккумулятора, способен создавать температуры, позволяющие паять BGA-контроллеры и различные SMD.
Множество конструкторов считают, что такая станция дает кольцо нагрева (так называемое «колечко»), которое будет повторять проекцию нагревателя. Однако тест на бумаге показал абсолютно равномерный нагрев, без колец. Это означает, что доработка прикуривателя имеет смысл.

При тесте было видно, что цвет бумаги равномерно окрашивает лист от центра в сторону краев. Чистый инфракрасный прогрев плюс конвекция без каких-либо поддувов – и прикуриватель превращается в отличное паяльное устройство.

Паяльные станции из прикуривателя, по сравнению с паяльными термофенами, тихие, не дают никаких струй и отдач, пайка происходит спокойно. Десяти вольт переменного тока, которые подаются от подходящего трансформатора, оказывается вполне достаточно для того, чтобы на расстоянии 1-1,5 см снять с материнской платы 100-разъемный процессор.

Второй контакт спирали необходимо выводить в трубку корпуса и фиксировать высокотемпературным герметиком. При конструкции потребуется пайка латунью. Ее можно выполнить при помощи бензиновой горелки, полосы латуни и буры. Дистанция, при которой осуществляется спаивание, достигает максимально 1,5 см. Данная конструкция зарекомендовала себя очень хорошо.

Если придумать ручку, корпус и держатель, а это довольно несложно, учитывая корпус прикуривателя, то данное устройство будет в разы лучше, чем обычный паяльник китайского производства.

Принципиальная схема

Изначально, в авторском варианте, схема была выполнена полностью на SMD компонентах (в том числе и atmega8) и на двухсторонней плате. Повторить её для меня, и думаю большинства радиолюбителей, не представляется возможным. Поэтому перевел схему и разработал плату на DIP компонентах. Конструкция выполнена на двух печатных платах: высоковольтная часть сделана на отдельной платке во избежание наводок и помех. Паяльник применён с термопарой, на 24v 50w от станции «Baku».

Фен применен от этой же фирмы, c термопарой в качестве датчика температуры. Имеет нихромовый нагреватель с сопротивлением около 70 ом и «турбинку» на 24v. На экране отображается температура: заданная и фактическая для фена и паяльника, сила воздушного потока фена(отображается в виде горизонтальной шкалы в нижней строчке экранчика).

Для увеличения, уменьшения температуры и потока воздуха турбинки: переносится курсор кратковременным нажатием на энкодер, и поворачивая влево или вправо устанавливается нужное значение. Удерживая первую или вторую кнопку памяти можно запомнить удобную для вас температуру и при следующем использовании, нажав на память, сразу пойдет нагрев до установленных в памяти значений. Запуск фена осуществляется нажатием на кнопку «Fen ON», которая находится на лицевой панели, но можно вывести её на ручку фена, использовав проводки идущие на геркон, так как в данной станции он не используется. Для перехода фена в спящий режим: также нужно нажать на кнопку «Fen ON», при этом нагрев фена прекратится, а турбинка фена будет остужать его до заданной температуры(от 5 до 200 градусов), которую можно выставить в настройках.

Воздушный паяльник

Иногда при пайке нужно заменить SMD элементы, и паяльник с жалом для этого слишком велик. С этой целью применяется воздушное устройство, чей принцип работы аналогичен принципу работы обычного фена: поток воздуха подается принудительно через разогретый элемент к месту пайки, бесконтактно и равномерно разогревая припой.

Воздушный паяльник можно сделать из рабочего старого прибора – вместо жала вставить трубку от антенны, соответствующую старому жалу по размеру. Сделать паяльник так герметичным. Принудительную подачу воздуха обеспечивает аквариумный компрессор, через трубки для капельниц.

Для регулировки температуры воздушного потока можно использовать регулятор напряжения. Наилучший вариант при отсутствии лишнего рабочего паяльника – взять нерабочий инструмент, перемотать под напряжение 8-12 В. Данный способ предпочтителен с точки зрения электрической безопасности. Нихромом для нагревателя здесь может выступать кусок провода, спирали от электроплитки 0,8 мм, который намотан без нахлестов около 30 витков вместо старой. Мощность трансформатора должна быть не меньше 150 Вт.

Более затратным методом регулирования температуры на жале паяльника является поддержание температуры на жале. С этой целью дополнительно устанавливается термопара. Совмещение описанных самоделок позволит сделать универсальную паяльную станцию. Устройство будет иметь регулятор напряжения, с помощью которого регулируется вход на трансформаторе, что изменяет мощность нагревателя.

Когда нужно выпаять большую микросхему, и ее для этого нужно хорошенько и равномерно прогреть, рекомендуется работать самодельным термическим феном с регулятором температуры. Еще можно изготовить инфракрасную паяльную станцию, для чего нужны:

спираль нихрома;
керамический патрон для лампы.

Нихром подключен к понижающему трансформатору. Контроль температуры на поверхности деталей осуществляется терморегулятором.

Сборка станции

Изготавливаем основную плату по народному рецепту «ЛУТ»
Сверлим, лудим готовую платку.
Впаиваем стабилизатор 7805, шунтирующие конденсаторы, перемычку под панелькой для МК и остальные перемычки, панельку и шунтирующие конденсаторы возле панельки.
Подключаем питание 24v, проверяем напряжение после 7805 и на панельке МК. Убеждаемся что на 7 и 20 контакте присутствует +5V, а на 8 и 22 минус 5v, то есть GND.
Припаиваем непосредственную обвязку МК и LCD 1602, необходимую для первого запуска схемы. А это: R1, R2, подстроечник (для регулировки контраста экрана, есть на печатной плате), энкодер с кнопками S1 и S2 (эти компоненты паяются со стороны дорожек).
Припаиваем проводки к экранчику, всего 10 проводков. Контакты на самом экранчике: VSS, K, RW — необходимо соединить вместе, при помощи проводков.
Прошиваем atmega8. Байты конфигурации: 0xE4 — LOW, 0xD9 — HIGH
Подключаем питание, схема находится в спящем режиме. При кратковременном нажатии на энкодер — должна загорается подсветка и вылезти приветствие. Если этого не случилось: смотрим на 2 ноге МК после включения должно быть устойчивые +5в. Если не так — смотрим обвязку atmega8, фьюзы. Если есть +5v — распайку индикатора. Если есть подсветка, но нет символов — крутим подстроечник контраста экрана до появления их.
После удачного пробного запуска: допаиваем всё кроме высоковольтной части на отдельной плате.
Запускаем станцию с подключенным паяльником, любуемся результатом.
Изготавливаем платку для высоковольтной части схемы. Впаиваем детали.

Термовоздушная

Самая простая термовоздушная паяльная станция может быть собрана из обычного паяльника. Ниже будет приведена инструкция в фотографиях, как это можно сделать. Для всего процесса сборки потребуются такие компоненты:

паяльник с деревянной рукояткой;
аквариумный компрессор;
шуруповерт;
сверло;
медицинская капельница;
фольга;
часть антенны;
многожильный провод.

Процесс начинается с того, что необходимо разобрать паяльник. Откручивается винт и высвобождается жало.

Следующим шагом снимается рукоятка, которая понадобится позже. Откручиваются провода, которые соединяют питающий кабель с нагревательным элементом.

Провод вытаскивается из рукоятки и сбоку сверлится небольшое отверстие.

Через проделанное отверстие вставляется провод питания. Чтобы это было легче сделать, можно привязать его к куску проволоки и протянуть ей.

Теперь понадобится заготовленная ранее капельница. Ту часть, на которой располагается резинка, необходимо разрезать пополам, как показано на фото.

После этого оставшаяся часть с трубочкой вставляется в рукоятку, куда раньше приходил провод питания.

Соединение получается довольно надежным и герметичным. Далее к проводу питания, который был продет в просверленное отверстие, подключается нагревательный элемент, изъятый ранее.

Провода важно хорошо изолировать, чтобы не получить удар током. Нагревательный элемент устанавливается на свое место. После этого кусочком фольги обматываются отверстия в нагревательном элементе, которые предназначены для охлаждения, как показано на фото.

Чтобы фольга держалась на своем месте, ее необходимо зафиксировать медной проволокой, обмотав ее вокруг фольги.

Сопло, которое обеспечит направленный поток воздуха, делается из кусочка трубочки от антенны. Она просто вставляется на место жала, как показано на фото ниже.

Отверстие, через которое проходит провод питания, необходимо хорош герметизировать. Подойдет обычный герметик для этих целей. Далее производится подключение аквариумного компрессора ко второй части трубки от капельницы.

Можно считать, что термовоздушный фен готов, температура, которую он развивает при работе достигает примерно 300 градусов.

Такого результата будет вполне достаточно для работы с мелкими компонентами на платах. Мощность такого фена можно повысить, если сделать намотку нихромовой нити на нагревательный элемент, а также поставить компрессор с большей производительность. В паре с феном можно использовать обычный паяльник. Такие изделия всегда можно взять с собой.

Процесс сборки изделия с более сложным строением описан в видео ниже.

Запуск паяльной станции

Первый запуск с высоковольтной частью:

Подключаем термопару фена и турбинку к основной плате.
Подключаем лампу накаливания 220v, вместо нагревателя фена, к высоковольтной платке.
Включаем станцию,запускаем фен кнопкой «Fen ON» — лампа должна засветится. Выключаем.
Если не «бахнуло», и симистор не горячий (желательно закрепить на радиатор) — подсоединяем нагреватель фена.
Запускаем станцию с феном. Любуемся работой фена. Если есть посторонний звук (писк, скрежет) в районе симистора — подбираем конденсатор C3 в снаббере симистора, от 10 до 100 нанофарад. Но буду честен, и скажу сразу — ставьте 100n.
Если есть разница в показаниях температуры фена — можно подкорректировать резистором R14 в обвязке ОУ.

Характеристики

Современный рынок предлагает достаточно широкий выбор термофенов, однако все они могут существенно отличаться рабочими параметрами. Поэтому при выборе паяльного фена необходимо руководствоваться техническими характеристиками конкретной модели.

Среди наиболее важных характеристик для паяльного фена следует выделить:

Пределы рабочих температур – любой паяльный фен способен выдавать на выходе воздушный поток с определенной температурой. Минимальным значением является + 50ºС, максимальным около 800 ºС.
Мощность паяльного фена — характеризует электрическую нагрузку, потребляемую из сети. Физически определяет количество тепла, выделяемого нагревательным элементом за единицу времени. Чем выше мощность паяльного фена, тем быстрее происходит нагрев. Данный параметр варьируется в пределах от 40 до 750 Вт.
Тип нагревательного элемента – для подогрева воздушного потока в паяльный фен может устанавливаться наиболее дешевый вариант – нихромовая спираль. Для более дорогих моделей используется керамические элементы или индукционный нагреватель.
Производительность – определяет количество воздуха, выдуваемого паяльным феном за единицу времени. Чем больше воздуха будет проходить через сопло, тем эффективнее работа фена. Но и мощность компрессора также пропорционально увеличивается.
Форма сопла – определяет площадь обработки воздушным потоком, его форму и интенсивность воздействия. На практике паяльные фены часто комплектуются несколькими сменными насадками с соплом разного диаметра и сечения, что в значительной мере расширяет их функционал.

Рис. 2. Форма сопла паяльного фена
Индикатор и регулятор температуры – позволяет отслеживать степень нагрева паяльным феном. А при необходимости, корректировать этот показатель в соответствии с потребностью обрабатывать конкретную деталь.

Замена деталей

Некоторые замены активных и не очень активных компонентов:

ОУ — Lm358, Lm2904, Ha17358.
Полевые транзисторы — Irfz44, Irfz46, Irfz48, Irf3205, Irf3713 и подобные, подходящие по напряжению и току.
Биполярный транзистор Т1 — С9014, С5551, BC546 и подобные.
Оптопара MOC3021 — MOC3023, MOC3052 без перехода через ноль (без zero kross по даташиту).
Оптопара PC817 — PC818, PC123
Стабилитрон ZD1 — любой на напряжение стабилизации от 4,3 — 5,1V.
Энкодер с кнопкой, я применял от автомагнитолы.
Конденсатор в снаббере симистора обязательно на 400v и 100n!
LCD WH1602 — смотреть внимательно расположение контактов при соединении с основной платой, от разных производителей может отличаться.
Для питания лучшим вариантом будет стабилизированный бп на 24V 2-4A, с одного большого восточного магазина или переделанный БП АТХ. Хотя я применял 24V 1,2A от принтера, немного греется при пользовании паяльника, но мне хватает. На худой конец трансформатор с диодным мостом, но не советую.

Корпус станции

У меня корпус от БП ПК. Панель из оргстекла, при покраске необходимо оставить окошко для экрана методом приклеивания малярного скотча с двух сторон. Корпус покрашен в один слой грунта и два слоя чёрной матовой краски из баллончика. Для паяльника применён советский пятиштырьковый штекер от магнитофона. Фен не отсоединяется, штырьками подсоединён непосредственно к основной плате. Гнездо паяльника, шнур фена и сетевой шнур расположены на задней стенке корпуса. На передней панели расположены только органы управления, экран, сетевой выключатель и индикатор работы фена. Первая моя конструкция была с панелью из текстолита, с вытравленными надписями, но к сожалению фото не осталось. В архиве прилагаются рисунки печатных плат, рисунок панели, схема в Splan и прошивка.

Прошивка контроллера и настройка

HEX-файл для прошивки контроллера вы сможете найти в конце статьи. Фьюз-биты должны остаться заводскими, то есть контроллер будет работать на частоте 1МГц от внутреннего генератора. Первое включение следует производить до установки микроконтроллера и операционного усилителя на плату. Подайте постоянное напряжение питания от 12 до 24В (красный должен быть «+», черный «-«) на схему и проконтролируйте, что между выводами 2 и 3 стабилизатора DA1 присутствует напряжение питания 5В (средний и правый выводы). После этого отключите питание и установите микросхемы DA1 и DD1 в панельки. При этом следите за положением ключа микросхем. Снова включите паяльную станцию и убедитесь, что все функции работают правильно. На индикаторе отображается температура, энкодер ее изменяет, паяльник нагревается, а светодиод сигнализирует о режиме работы. Далее необходимо откалибровать паяльную станцию. Оптимальный вариант при калибровке – использование дополнительной термопары. Необходимо выставить требуемую температуру и проконтролировать ее на жале по эталонному прибору. Если показания различаются, то произведите подстройку многооборотным подстроечным резистором R4. При настройке помните, что показания индикатора могут отличаться незначительно от фактической температуры. То есть, если вы установили, например, температуру «280», а показания индикатора в небольшой степени отклоняются, то по эталонному прибору вам нужно добиваться именно температуры 280°С. Если под рукой нет контрольного измерительного прибора, то можно установить сопротивление резистора около 90кОм и потом подбирать температуру опытным путем. После того, как паяльная станция проверена, можно аккуратно, чтобы не потрескались детали, установить лицевую панель.

Паяльная станция в сборе