Инфракрасная паяльная станция своими руками

Инфракрасная паяльная станция своими руками

Уже давно я задумался над тем, паяльную станцию своими руками и чинить на ней свои старые видеокарты, приставки и ноутбуки. Для нагрева можно использовать старую галогеновую грелку, ножку от старой настольной лампы можно использовать для удержания и перемещения верхнего нагревателя, платы будут лежать на алюминиевых поручнях, спираль от душа будет держать термопары, а плата Ардуино будет следить за температурой.

Сперва разберемся с тем, что такое паяльная станция. Современные чипы на интегральных схемах (ЦПУ, ГПУ и т.д.) не имеют ножек, зато имеют массив шариков (BGA, Ball grid array). Для того чтобы припаятьотпаять такой чип, нужно иметь устройство, которое нагреет всю IC до температуры в 220 градусов и при этом не расплавит плату, а также не подвергнет IC термическому шоку. Именно поэтому нам нужен контроллер температуры. Такие аппараты стоят в диапазоне $400-1200. Это проект должен уложиться примерно в $130. Про BGA и паяльные станции вы можете почитать на Википедии, а мы начнём работать!

    Четырёхламповый галогеновый нагреватель

1800w (в качестве нижнего подогрева)

  • 450w керамический ИК (верхний нагреватель)
  • Алюминиевые рейки для занавесок
  • Спиральный кабель для душа
  • Прочная толстая проволока
  • Ножка от настольной лампы
  • Плата Ардуино ATmega2560
  • 2 платы SSR 25-DA2x Adafruit MAX31855K (или сделайте сами, как сделал я)
  • 2 термопары типа K
  • Блок питания постоянного тока 220 на 5v, 0.5A
  • Буквенный модуль LCD 2004
  • 5v пищалка
  • Описание процесса ИК пайки

    Принцип работы инфракрасной паяльной станции заключается в воздействии сильными волнами длиной 2-7 мкм на элемент. Устройство для пайки самодельными ИК паяльными станциями как самодельными, так и приобретаемыми, состоит из нескольких элементов:

    • Нижний нагреватель.
    • Верхний нагреватель, отвечающий за основное воздействие на материалы.
    • Конструкция держателя платы, размещенная на столе.
    • Контроллер температуры, состоящий из программируемого элемента и термопары.

    Длина волны, напрямую зависит от температурных показателей источника энергии. Материалы в различной форме подвергаются пайке с помощью ИК станции, сделанной своими руками, существуют основные параметры передачи энергии, непрозрачность, отражение, полупрозрачность и прозрачность. Перед изготовлением ИК паяльной станции своими руками нужно понимать, что существуют некоторые недостатки данных систем:

    • Разная степень поглощения энергии компонентами ведет за собой неравномерный прогрев.
    • Каждая плата ввиду различных характеристик требует подбора температур, в противном случае, компоненты перегреваются, выходят из строя.
    • Наличие «мертвой зоны», где инфракрасная энергия не достигает требуемого объекта.
    • Обязательное условие защиты поверхностей остальных элементов от испарения флюсов.

    Нагревание происходит за счет передачи тепла к монтажной плате. Тепловое воздействие инфракрасной станцией происходит поверх детали, температуры бывает не достаточно, поэтому конструкция подразумевает нагрев нижней части. Нижняя часть состоит из термостола, процесс пайки может осуществляться посредством спокойного инфракрасного излучения, либо потоком воздуха.

    Доработки в версии 2.1

    4. Реализована регулировка мощности верхнего и нижнего нагревателей при помощи датчика нуля. Данное решение, является классическим для силовых схем с переменнным током. В моей реализации передний фронт импульса строго привязан к переходу синусоиды через ноль, а его длительность изменяется при помощи 8-битного таймера Timer2 микроконтроллера Atmega328p, установленного на печатной плате ArduinoUNO. Обращаю внимание, что для других микроконтроллеров настройка будет другой! В процессе реализации своей идеи, аппаратного управления ШИМ с привязкой к переходу синусоиды через ноль, пришлось использовать настройку таймера через регистры. Поэтому, если увидите в скетче непонятные символы, не пугайтесь, это не шифровки инопланетян =)

    На осциллограммах показаны сигналы с выхода датчика перехода через ноль и сформированный ШИМ (рис. 4). Из-за особенности схемотехники регуляторов мощности низкий логический уровень на входе регулятора соответствует максимальной мощности в нагрузке. А также, осциллограмма сигнала на нагревателе (рис. 5).

    5. Реализована функция программной корректировки показаний температуры с термопар в пределах -25…+25 градусов Цельсия (фото 15, 16).

    ↑ Платы и сборка ИК паяльной станции


    Заготовки для плат брались пачкой в Китае, поэтому под их размеры и подгонял. Платы стоят одна над другой, печатью друг к другу, между ними — шлейфы.

    Силовая часть выполнена на стеклотекстолите навесным монтажом.

    Питает все это блок питания от DVD плеера. Установлен готовый фильтр питания от древнего копира, с предохранителями на 10 Ампер.

    Маленькая паяльная станция своими руками v2

    Некоторое время назад я собрал маленькую паяльную станцию, о которой хотел рассказать. Это дополнительная упрощенная паяльная станция к основной, и конечно не может ее полноценно заменить.

    Основные функции:

    1. Паяльник. В коде заданы несколько температурных режимов (100, 250 и 350 градусов), между которыми осуществляется переключение кнопкой Solder. Плавная регулировка мне тут не нужна, паяю я в основном на 250 градусах. Мне лично это очень удобно. Для точного поддержания температуры используется PID регулятор.

    Заданные режимы, пины, параметры PID можно поменять в файле 3_Solder:

    2. Фен. Также заданы несколько температурных режимов (переключение кнопкой Heat), PID регулятор, выключение вентилятора только после остывания фена до заданной температуры 70 градусов.

    Заданные режимы, пины, параметры PID можно поменять в файле 2_Air:

    1. Паяльник применил от своей старой станции Lukey 936A, но с замененным нагревательным элементом на китайскую копию Hakko A1321.
    2. Кнопка отключения отключает сразу все что было включено.
    3. Можно одновременно включать и паяльник и фен.
    4. На разъеме фена присутствует напряжение 220В, будьте осторожны.
    5. Нельзя отключать паяльную станцию от сети 220В пока не остынет фен.
    6. При отключенном кабеле паяльника или фена, на дисплее будут максимальные значения напряжения с ОУ, пересчитанные в градусы (не ноль). Поясню: если например просто подключить кабель холодного паяльника должен показывать комнатную температуру, при отключении покажет например 426. Какой в этом плюс: если случайно оборвется провод термопары или терморезистора, на выходе ОУ будет максимальное значение и контроллер просто перестанет подавать напряжение на нагреватель, так как будет думать что наш паяльник раскален и его нужно охладить.
    7. Защиты от КЗ нет, поэтому рекомендую установить предохранители.
    8. Стабилизатор на 5В для питания Arduino используйте любой доступный с учетом напряжения питания вашего БП и нагрева в случае линейного стабилизатор. Так как у меня напряжение 20В установил 7805.
    9. Паяльник прекрасно работает и при 30В питания, как в моей основной паяльной станции. Но при использовании повышенного напряжения учитывайте все элементы: стабилизатор 5В и то что напряжение вентилятора 24В.

    Основные узлы и состав:

    1. Основная плата:

    — Arduino Pro mini,
    — сенсорные кнопки,
    — дисплей от телефона Nokia 1202.

    2. Плата усилителей:

    — усилитель терморезистора паяльника,
    — полевой транзистор нагрева паяльника,
    — усилитель термопары фена,
    — полевой транзистор включения вентилятора фена.

    3. Плата симисторного модуля

    — оптосимистор MOC3063,
    — симистор со снабберной цепочкой.

    — блок питания от ноутбука 19В 3.5А,
    — выключатель,
    — стабилизатор для питания Arduino.

    Читайте также  Аксессуары для ванной комнаты фото

    А теперь подробнее по узлам.

    1. Основная плата


    Обратите внимание наименование сенсорных площадок отличается от фото. Дело в том, что в связи с отказом от регулировки оборотов вентилятора, в коде я переназначил кнопку включения фена. В самом начале регулировка оборотов была реализована, но так как напряжение моего БП 20В (увеличил на 1В добавлением переменного резистора), а вентилятор на 24В, решил отказаться. Сигнал с сенсорных кнопок TTP223 (включены в режиме переключателя Switch, на пин TOG подан 3.3В) считывается Arduino. Дисплей подключен через ограничительные резисторы для согласования 5В и 3.3В логики. Такое решение не совсем правильное, но уже работает несколько лет в разных устройствах.

    Основная плата двухстороннего печатного монтажа. Металлизацию оставлял по максимуму, чтобы уменьшить влияние помех, а также для упрощения схемы сенсорных кнопок (для TTP223 требуется конденсатор по входу на землю для уменьшения чувствительности. Без него кнопка будет срабатывать просто при приближении пальца. Но так как у меня сделана сплошная металлизация этот конденсатор не требуется). Сделан вырез под дисплей.

    На верхней стороне находятся площадки сенсорных кнопок, наклеена лицевая панель, припаивается дисплей. Площадки сенсорных кнопок и дисплей подключены к нижней стороне через перемычки тонким проводом. Типоразмер резисторов и конденсатора 0603.

    Лицевую панель, по размерам из 3Д модели, я сначала нарисовал в программе FrontDesigner-3.0_rus, в файлах проекта лежит исходник.

    Распечатал, вырезал по контуру, а также окно для дисплея.

    Далее заламинировал самоклеящейся пленкой для ламинирования и приклеил к плате. Дисплей за также приклеен к этой пленке. За счет выреза в плате дисплей получился вровень с основной платой.

    На нижней стороне находится Arduino Pro mini и микросхемы сенсорных кнопок TTP223.

    2. Плата усилителей

    Схема паяльника состоит из дифференциального усилителя с резистивным мостом и полевого транзистора с обвязкой.

    1. Для увеличения «полезного» диапазона выходного сигнала при низкоомном терморезисторе (в моем случае в китайской копии Hakko A1321 56 Ом при 25 градусах, для сравнения в 3д принтерах обычно стоит терморезистор сопротивлением 100 кОм при 25 градусах) применен резистивный мост и дифференциальный усилитель. Для уменьшения наводок параллельно терморезистору и в цепи обратной связи стоят конденсаторы. Данная схема нужна только для терморезистора, если в вашем паяльнике стоит термопара, то нужна схема усилителя аналогичной в схеме фена. Настройка не требуется. Только измерить сопротивление вашего терморезистора при 25 градусах и поменять при необходимости резистор 56Ом на измеренный.
    2. Полевой транзистор был выпаян из материнской платы. Резистор 100 кОм нужен чтобы паяльник сам не включился от наводок если ардуина например отключится, заземляет затвор полевого транзистора. Резисторы по 220 Ом для ограничения тока заряда затвора.

    Схема фена состоит из неинвертирующего усилителя и полевого транзистора.

    1. Усилитель: типовая схема. Для уменьшения наводок параллельно термопаре и в цепи обратной связи стоят конденсаторы.
    2. Обвязки у полевого транзистора ME9926 нет, это не случайно. Включение ничем не грозит, просто будет крутится вентилятор. Ограничения тока заряда затвора тоже нет, так как емкость затвора небольшая.

    Типоразмер резисторов и конденсаторов 0603, за исключением резистора 56 Ом — 1206.
    Настройка не требуется.

    Нюансы: применение операционного усилителя LM321 (одноканальный аналог LM358) для дифферециального усилителя не является оптимальным, так как это не Rail-to-Rail операционный усилитель, и максимальная амплитуда на выходе будет ограничена 3.5-4 В при 5В питания и максимальная температура (при указанных на схеме номиналах) будет ограничена в районе 426 градусов. Рекомендую использовать например MCP6001. Но нужно обратить внимание что в зависимости от букв в конце отличается распиновка:

    3. Плата симисторного модуля

    Схема стандартная с оптосимистором MOC3063. Так как MOC3063 сама определяет переход через ноль напряжения сети 220В, а нагрузка — нагреватель инерционный элемент, использовать фазовое управление нет смысла, как и дополнительных цепей контроля ноля.

    Нюансы: можно немного упростить схему если применить симистор не требующий снабберной цепочки, у них так и указано snubberless.

    4. Блок питания

    Выбор был сделан по габаритным размерам и выходной мощности в первую очередь. Также я немного увеличил выходное напряжение до 20В. Можно было и 22В сделать, но при включении паяльника срабатывала защита БП.

    5. Корпус

    Корпус проектировался под мой БП, с учетом размеров плат и последующей печати на 3Д принтере. Металлический даже не планировался, приличный алюминиевый анодированный корпус дороговато и царапается, и куча других нюансов. А гнуть самому красиво не получится.

    Инфракрасная паяльная станция своими руками

    Профессиональное оборудование стоит достаточно дорого, более дешевые аналоги не обладают достаточным функционалом. Для экономии средств, выполнения нужных операций с BGA контроллерами, возможно изготовить инфракрасную паяльную станцию своими руками. Сборка возможна из доступных на рынке и подручных материалов. Конструкция представляет собой изготовленный из старого светильника термостол, оснащенный лампами галогенового типа. Контроллер и верхний нагреватель приобретается на рынке или собирается из старых запасных частей.

    Инструменты для изготовления инфракрасного паяльника

    Термостол потребует наличие отражателей, галогеновых ламп, размещенных в корпусе из профиля или листового металла. При изготовлении инфракрасной паяльной станции своими руками, стоит придерживаться чертежей, которые возможно разработать самостоятельно или позаимствовать у других исполнителей. Обязательно корпус снабжается местом для термопары, которая передает информацию на контролер для предотвращения резких перепадов температуры, избыточного нагрева материала.

    Сборка ИК паяльной станции подразумевает самодельные конструкции в виде крепежа из штатива. Контроль температуры нагревательного узла производится второй термопарой. Устанавливается параллельно с нагревателем, штатив закрепляется на панели таким способом, чтобы ИК элемент можно было перемещать над поверхностью термостола. Расположение платы производится выше галогеновых ламп на 2-3 см, в корпусе термостола. Крепление производится кронштейнами, для изготовления возможно использовать ненужный алюминиевый профиль.

    Принципиальная схема контроллера для инфракрасной паяльной станции своими руками

    Изготовление паяльной лампы своими руками в первую очередь потребует корпус. Для охлаждения системы требуется монтаж одного мощного или нескольких кулеров, материал желательно выбрать из оцинкованной стали. После полной сборки производится наладка системы путем запуска схемы, отладки устройства.

    Нижний подогрев

    Нижний подогрев может быть изготовлен несколькими способами, но гораздо лучшим вариантом является использование галогеновых ламп. Рациональным решением является установка своими руками ламп суммарной мощностью от 1 кВт. По бокам конструкции устанавливаются порожки, которые зафиксируют плату. Установка материалов для пайки производится на швеллер, для более мелких деталей используются подложки или прищепки.

    Верхний подогрев

    Известно, что верхний нагреватель подходящего качества невозможно изготовить своими руками. Для достижения наилучшего результата в процессе ИК пайки, необходимо воспользоваться керамическими нагревательными элементами. Для инфракрасной паяльной станции, изготовленной своими руками оптимальным вариантом является использование нагревателя ELSTEIN. Производитель показывает наилучшие результаты, спектр излучения идеально подходит для замены BGA плат, других деталей. Не рекомендуется экономить на покупке верхнего нагревателя — обогревателя при сборке паяльной станции своими руками, т.к. при работе некачественным инструментом возможно повреждение платы или собранной конструкции.

    Читайте также  Кофейное дерево своими руками

    Конструкция для верхнего подогрева возможна из самодельной станины. Достаточно иметь регулировку по высоте и широте для комфортной работы на инфракрасной паяльной станции, изготовленной своими руками. К штативу крепится термопара для контроля температуры.

    Блок управления

    Корпус контроллера подбирается по размерам в соответствие с устанавливаемыми деталями. Подходящим вариантом может оказаться кусок листового метала, который без труда возможно отрезать ножницами по металлу. Размещается в блоке управления также вентиляторы, различные кнопки, а также дисплей и сам контроллер. В роли контроллера выступает Arduino, функциональность вполне достаточна для выполнения пайки BGA схем своими руками.

    Детали для самодельного прибора

    Перед сборкой любого оборудования своими руками, необходимо подготовить материалы и инструменты. Для инфракрасного паяльника понадобятся:

    • Комплект галогеновых ламп, количество которых зависит от формы будущего нижнего нагревателя паяльной станции, оптимальное количество подбирается в диапазоне от 4 до 6 штук.
    • Керамическая инфракрасная головка мощностью не менее 400 ватт для верхнего нагревателя.
    • Шланг от душевой лейки для проводов, алюминиевые уголки.
    • Стальная проволока, крепежный элемент от старого фотоаппарата или настольной лампы для изготовления штатива.
    • Контроллер Arduino, 2 реле и термопары, а также блок питания выходом 5 вольт, который можно изготовить от зарядного устройства мобильного телефона.
    • Винты, разъемы и дополнительные периферии.

    Инфракрасная паяльная станция своими руками на основе Arduino

    В процессе сборки понадобятся чертежи, разобрать которые помогут элементарные знания в электронике.

    Подведём итог

    Конечно, если подобное оборудование используется на профессиональном уровне (и при этом постоянно), то лучше приобрести ПС заводской сборки. А вот для разовых ремонтов электроники изготовление паяльной станции своими руками может стать идеальным решением. Надеемся, что информация, изложенная в сегодняшней статье, была полезна нашим читателям. Если же у вас остались какие-либо вопросы, не стесняйтесь их задать в обсуждениях ниже. Редакция Seti.guru с удовольствием на них ответит в кратчайшие сроки. Возможно, у вас есть опыт собственноручной сборки паяльных станций? Тогда убедительная просьба – поделитесь своими мыслями на эту тему с менее опытными домашними мастерами. Это поможет им научиться чему-то новому. Пишите, спрашивайте, общайтесь. А напоследок мы предлагаем посмотреть ещё одно короткое видео по сегодняшней теме.

    Общие характеристики и принцип работы

    В схему паяльной станции с феном входит блок и манипулятор-термофен, где нагревается воздух. Устройства используются для ремонта сотовых телефонов и бытовой техники. Способы формирования потока воздуха такие:

    • Турбинные – воздух подается маленьким крыльчатым электромотором в термофене.
    • Компрессорные – воздух подается компрессором, расположенным в главном блоке.

    Главным образом компрессорные станции отличаются от турбинных тем, что последние могут сформировать больший воздушный поток, но недостаточно проталкивают воздух через узкие отверстия. Компрессорные же станции более эффективны, когда воздух должен пройти через узкие насадки, используемые для пайки в труднодоступных местах.

    Принцип работы станции: поток воздуха проходит через спиралевидный или керамический нагреватель в трубке термического фена, нагревается до требуемой температуры и через специальные насадки выходит на обрабатываемую деталь. Термофен способен обеспечить температуру воздуха 100-800°C. В современных станциях температура, мощность и направление воздушного потока легко регулируются.

    В сравнении с прочими станциями (в частности, инфракрасными), недостатки термовоздушных станций следующие:

    • Поток воздуха может сдуть мелкие детали.
    • Неравномерный прогрев поверхности.
    • Требуются дополнительные насадки.

    Преимуществом же является то, что турбовоздушные станции гораздо дешевле других.

    Обзор самоделок на Arduino

    Ну и напоследок рекомендуем вам ознакомиться с более сложными схемами сборки самодельной паяльной станции на базе платформы Ардуино:

    Надеемся, что рассмотренные способы вам понравились. Осталось только выбрать наиболее подходящий вариант и воплотить его в жизнь.

    Рекомендуем также прочитать: