Alex_EXE

Решил пополнить свою домашнюю лабораторию новым инструментом — термо столом. Полезное устройство позволяющее: монтировать платы с использованием паяльной пасты и с обычным припоем, обеспечивающее нижний подогрев для работы с феном, переклеивать дисплеи, разогревать и сушить. Применений полезных можно найти много.

Термостол

Термостол собрал на основе готового полупроводникового PTC нагревателя. Контроллер собран на симисторе, термопаре и микроконтроллере Atmega16. Код темоконтроля на данный момент самый простой и примитивный без ШИМ и ПИД регуляции.

Термостол был собран самостоятельно, т.к. нет надобности в частом и профессиональном использовании. За основу взят готовый нагревательный PTC элемент — полупроводниковый керамический нагреватель с «положительным температурным коэффициентом», который увеличивает своё сопротивление во время нагрева, благодаря чему разогревается до некоторой фиксированной максимальной температуры и поддерживает её. Нагреватель был куплен на просторах aliexpress, заявленный, как 220В 300 Вт с рабочим полем 120х70мм.

Для простой примитивной работы с таким нагревателем термоконтроллер не нужен, он справится со всем сам, разогреется до максимальной своей температуры и будет её поддерживать. Достаточно хорошо его закрепить, что бы лишний раз не тревожить выходные провода.

Недавно случайно заметил, что некоторые китайские паяльные станции построены на базе таких же нагревателей.

Готовая паяльная станция с PTC нагревателем

Есть портативные варианты.

Портативный термостол

Самым хрупким местом такого нагревателя являются выходите провода, грубые короткие провода в термоизоляции внутри приварены к выводам нагревательного элемента. Элемент зажат внутри алюминиевого «стола» профиля, доступа к нему нет. При работе с ним будьте аккуратны. В своей конструкции данный вопрос проработал плохо, из-за чего они сильно изгибаются и выходят за габариты корпуса.

Вид сзади

Как ведет себя нагревательный элемент.

time, с	I, A	t, °C
0	0	17
6	0.77	17
12	2.42	27
20	1.35	51
33	1.02	101
52	0.73	151
88	0.47	200
126	0.37	220
163	0.32	230
203	0.3	235
288	0.29	240

При подачи питания ток в течении 10-15 сек возрастает до 2.5А, после чего начинает плавно опускаться по мере разогрева. До 100 °С разогревается за пол минуты, до 200 за 1.5 минуты, дальше ток продолжает падать, а нагревается модуль всё меньше. Спустя 5 минут модуль почти не продолжает нагреваться, температура не превысила 242 °С. Во время начального разогрева и при остывании нагреватель издаёт трескающийся звук, надеюсь это для него нормально, пока конструкция применялась не часто.

Корпус для своей конструкции изготовил на основе 2мм листа стеклотекстолита и 10мм алюминиевого квадратного прутка. За фрезеровку стеклотекстолита на ЧПУ спасибо местной конторе ООО Навипар.

Примерный предварительный чертёж рисунок корпуса получился следующим. При последующем переносе в LibreCAD он немного изменился.

Рисунок корпуса

У меня мало опыта работы с корпусами.

Термопара K-типа крепится к низу термо стола. В профиле, куда запрессованы нагреватели, нашел свободное место, просверлил отверстие и нарезал резьбу, к которой прикрутил термопару. Металлическую оплётку термопары заизолировал каптоновым скотчем.

Крепление термопары

Т.к. нагреватель хорошо разогревается, что является основной его задачей, каждая стойка для термоизоляции была изготовлена из 2-х латунных стоек с резьбой М3 (латунь хуже проводит тепло из металлов, точнее из металлических распространённых метизов) с термобарьером в виде переходной пластины из того же 2мм стеклотекстолита, который пошёл на изготовления корпуса.

Термо барьерные стойки

Принципиальная схема, после удаления с неё ненужных узлов имеет следующий вид:

Схема

Внимание! Конструкция работает с сетевым напряжением 220В. Будьте внимательны и осторожны. Соблюдайте ТБ.

Главный недостаток моей конструкции в том, что забыл установить предохранитель по входу, сетевой разъём со встроенным предохранителем по итогу не подошел или потерялся, позже будет добавлен предохранитель другой конструкции, пока конструкция используется с внешним предохранителем.

Плата построена на базе микроконтроллера U5 Atmega16 в DIP корпусе, потому что они у меня были и их куда-то нужно использовать. Термопара K-типа обрабатывается микросхемой U1 интерфейсом термопар MAX31855EASA+ по 3-х проводному SPI интерфейсу, реализованному в микроконтроллере программно. Семисегментный индикатор взят в виде готового модуля TM1637, для простоты и что бы поработать с ним, подключается к разъёму X4. Управление термоконтроллером производится через энкодер со встроенной кнопкой, подключаемым к разъёму X10; резисторы R13-R15 47К осуществляют подтяжку к 5В, а конденсаторы C10-C12 0.1мкФ фильтры от дребезга контактов. Светодиод LED1 расположенный на плате дублируется светодиодом размещенным на передней панели, подключаемым к разъёму X8.

Индикатор TM1637

Управление нагрузкой осуществляется через симистор BT136B-600E, 118, может быть заменён на BT137, BT138 с напряжением в 600 — 800В. Симистор в D2-Pack корпусе припаян к небольшому термополигону. Симистор управляется через оптосимистор со встроенным детектором 0 — MOC3061, резисторы R6 и R8 1Вт SMD в корпусе 2512 с сопротивлением 360-510 Ом. Плёночный конденсатор C6 с напряжением не менее 600В на 0.01мкФ и мощный 2 Вт резистор R4 33-47 Ом выполняют снаберную цепь.
Питание микроконтроллера осуществляется через понижающий низкочастотный 50Гц трансформатор 230-6В мощностью 0.5Вт BV EI 301 3005б включенный через предохранитель F1 на 0.1А. Диодный мост D1 и конденсатор C1 470мкФ напряжением не менее 16В выполняют фильтр по питанию, шоттки диод D2 забыл удалить из проекта, он остался от вырезанного участка детектора 0 (можно заменить перемычкой). Линейный стабилизатор U2 L7805ABD2T-T в избыточном D2-Pack корпусе с конденсаторами C3-C4 0.1мкФ и танталовым C2 100 мкФ не менее 10В завершают схему питания.

Плата имеет следующий вид.

3D вид платы

Силовые разъёмы питания входной X1, выходной X3 и разъём термопары X2 применены винтовые KF35C-8.25-02P.

Плата установленная в корпус.

Расположение платы внутри корпуса

Во время первых испытаний SMD симистор BT136B-600E, 118 вышел из строя, для оперативности был заменён тем, что было в наличии BT138-800 в TO-220 корпусе, запаянным на SMD площадку, если будете его монтировать так же, следует учитывать, что у некоторых симисторов в ТО220 корпусе центральный вывод изолирован от корпуса компонента.

Сборочный рисунок:

Сборочный рисунок

Другой вариант сборочного рисунка.

Перечень компонентов

Компонент	УГО	Footprint	Количество
Микросхемы
ATmega16-16PU	U5	DIP40	1
L7805ABD2T-TR	U2	D2PACK	1
MAX31855EASA+	U1	SO8	1
Полупроводники
BT136B-600E,118	D4	D2PACK	1
MB1S	D1	MBS	1
MOC3061	U4	DIP6	1
SS16	D2	SMA	1
Индикация
FYLS-0603BURC	LED1	LED0603	1
Резисторы
47	R3	RES 10.16mm	1
360	R6, R8	RES-2512	2
470	R7	RES-0603	1
1K	R11, R12	RES-0603	2
47K	R13, R14, R15	RES-0603	3
Конденсаторы
0.01uF 630V	C6	К73-17-630	1
0.1uF 25V	C3, C4, C5, C7, C8, C10, C11, C12	CAP-0603	8
100uF 16V	C2	Tantal_C	1
470uF 25V	C1	CAP-SMD-10.5	1
Соединители
IDC6M	X9	IDC6M	1
KF35C-8.25-02P	X1, X2, X3	KF35C-8.25-02P	3
PLS2	X6, X8	PLS2	2
PLS4	X4, X10	PLS4	2
Установочные
ВП4-3 0.1А	F1	PIN-W2/E2.8	1
BV EI 301 3005	T1	BV EI Schema 1	1

В файлах проекта есть файл BOM с точными марками использованных компонентов.

Плата проектировалась и собиралась в конце 2021 года, когда использованные компоненты были более доступны и по более демократичным ценам. Сейчас при повторении конструкции некоторые компоненты придётся заменить, другие, как и основной термо нагреватель придётся покупать в Китае.

В прошивке реализован минимальный рабочий алгоритм — контроллер отслеживает температуру термопары, при достижении установленного значения нагрузка отключается, когда температура опускается ниже заданной — включается. ПИД регуляторы, ШИМ контроль не реализованы. Из-за этого при работе менее 150гр данная конструкция не подходит, без доделывания кода, она слишком быстро разогревается в этом диапазоне и не может стабильно поддерживать заданную температуру. Для задач по типу переклейки дисплеев сотовых телефонов не подойдёт, быстрее зажарит телефон. Если у меня будет необходимость — код может быть дописан.

Код написан в Atmel Studio 6.0 со встроенным комлилятором avr-gcc.

Скачать файлы проекта

Содержимое архива:

Статья обновлена 2.11.2024