Симисторный регулятор мощности паяльника. В помощь домашнему мастеру: схема регулятора температуры для паяльника

Выводы :

1. В процессе работы с паяльником часто требуется регулировка его мощности.
2. Существует многочисленные схемы регулировки мощности паяльника с резистором, транзистором, тиристором.
3. Регулировочная схема мощности паяльника с тиристором проста, имеет малые габариты и может быть легко собрана своими руками.

Видео с советами по сборке регулятора температуры паяльника своими руками

Регулятор мощности для паяльника – это устройство, которое позволяет контролировать процесс пайки. Качество данного процесса можно значительно увеличить, если взять под контроль основные параметры. Паяльник – это необходимый инструмент в домашнем хозяйстве для человека, который любит все делать своими руками.

Главной характеристикой пайки является максимальная температура на жале паяльника. Регулятор мощности для паяльника обеспечивает изменение ее в нужном режиме. Это позволяет не только улучшить качество соединения металлов, но и увеличить срок службы самого аппарата.

Для чего нужен регулятор?

Пайка металлов производится за счет того, что расплавленный припой заполняет пространство между соединяемыми заготовками и частично проникает в их материал. Прочность соединительного шва во многом зависит от качества расплава, т.е. от температуры его разогрева. Если жало паяльника имеет недостаточную температуру, то приходится увеличивать время разогрева, что может разрушить материал деталей и ведет к преждевременному выходу из строя самого прибора. Избыточный прогрев присадочного металла приводит к образованию продуктов термического разложения, что заметно снижает качество шва.

Температура рабочей зоны жала паяльника и время ее набора зависят от мощности нагревательного элемента. Плавное изменение напряжения позволяет подобрать оптимальный режим работы нагревателя. Следовательно, главная задача, которую должен решить регулятор мощности для паяльника, это установка нужной величины электрического напряжения и поддержание ее в процессе пайки.

Вернуться к оглавлению

Простейшие схемы

Самая простая схема регулятора мощности для паяльника приведена на рис.1. Такая схема известна уже более 30 лет и прекрасно показала себя в домашних условиях. Она позволяет паять детали при регулировании мощности в пределах 50-100%.

Такая элементарная схема собрана на выводных концах переменного резистора R1 и объединяется четырьмя точками спаивания. Положительный вывод конденсатора С1, ножку резистора R2 и управляющий электрод тиристора VD2 спаивают вместе. Корпус тиристора исполняет роль анода, поэтому его следует изолировать. Вся схема имеет небольшие размеры и помещается в корпус от ненужного блока питания любого прибора.

На стенке корпуса сверлится отверстие диаметром 10 мм, в котором закрепляется переменный резистор своей резьбовой ножкой. В качестве нагрузки можно использовать любую лампочку мощностью 20-40 Вт. Патрон с лампочкой закрепляется в корпусе, а верх лампочки выводится в отверстие, для того чтобы работу устройства можно было контролировать по ее свечению.

Детали, которые следует использовать в рекомендованной схеме: диод 1N4007 (можно любой аналогичный на ток 1 А и напряжение до 600 В); тиристор КУ101Г; конденсатор электролитический емкостью 4,7 мкФ на напряжение 100 В; резистор 27-33 кОм мощностью до 0,5 Вт; переменный резистор СП-1 сопротивлением до 47 кОм. Регулятор мощности паяльника с такой схемой показал себя надежно с паяльниками типа ЭПСН.

Простая, но более современная схема может основываться на замене тиристора и диода симистором, а в качестве нагрузки также может использоваться неоновая лампочка типа МН3 или МН4. Рекомендуются следующие детали: симистор КУ208Г; электролитический конденсатор 0,1 мкФ; переменный резистор до 220 кОм; два резистора сопротивлением 1 кОм и 300 Ом.

Вернуться к оглавлению

Усовершенствование конструкции

Регулятор мощности, собранный на базе простейшей схемы, дает возможность поддержания режима пайки, но не гарантирует полной стабильности процесса. Существует ряд достаточно простых конструкций, позволяющих обеспечить стабильное поддержание и регулирование температуры на жале паяльника.

Электрическую часть прибора можно условно разделить на силовой участок и схему управления. Силовая функция определяется тиристором VS1. Напряжение от электрической сети (220 В) подается в схему регулирования с анода этого тиристора.

Управление работой силового тиристора осуществляется на базе транзисторов VT1 и VT2. Питание управляющей системы обеспечивается параметрическим стабилизатором, включающим в себя сопротивление R5 (для устранения избыточного напряжении) и стабилитрон VD1 (для ограничения увеличения напряжения). Переменный резистор R2 обеспечивает ручное регулирование напряжения на выходе прибора.

Сборка регулятора с монтажа силового участка схемы происходит так. К выводам тиристора подпаиваются ножки диода VD2. Ножки сопротивления R6 присоединяются к управляющему электроду и катоду тиристора, а одна ножка сопротивления R5 – к аноду тиристора, вторая ножка – к катоду стабилитрона VD1. Управляющий электрод соединяется с блоком управления путем присоединения к эмиттеру транзистора VT1.

Основу блока управления составляют кремниевые транзисторы КТ315 и КТ361. С их помощью задается величина напряжения, создающегося на управляющем электроде тиристора. Тиристор пропускает ток только в том случае, если на его управляющий электрод подается отпирающее напряжение, причем его величина определяет силу пропускаемого тока.

Вся схема регулятора имеет малогабаритное исполнение и легко помещается в корпус накладной розетки. Следует подбирать пластмассовый корпус для упрощения сверления отверстий. Силовую часть и блок управления целесообразно собирать на разных панельках, а затем соединить тремя проводами. Самый оптимальный вариант – это сборка панелей на текстолите с покрытием фольгой, но на практике все соединения можно произвести тонкими проводами и собрать панели на любой изоляционной пластине (даже на плотном картоне).

Вернуться к оглавлению

Сборка регулятора мощности своими руками

Сборка устройства производится внутри корпуса розетки. К контактам розетки подключаются выводные концы, что даст возможность подключения паяльника простым вставлением его вилки в гнезда розетки. В корпусе, вначале, следует закрепить переменный резистор, а его резьбовую часть вывести наружу через просверленное отверстие. Затем следует поместить в корпус тиристор с навешенной силовой частью. Окончательно в любое свободное место устанавливается панелька управления. Снизу розетка закрывается крышкой. На ввод силовой части подсоединяется шнур с вилкой, который выводится из корпуса розетки для подключения к электрической сети.

Перед подключением паяльника регулятор мощности следует проверить. Для этого на выводы устройства (в розетку) подключается вольтметр или мультиметр. На ввод устройства подается напряжение 220 В. Плавно вращая ручку переменного резистора, наблюдают за изменением показания прибора. Если напряжение на выходе регулятора плавно увеличивается, то устройство собрано правильно. Практика использования прибора показывает, что оптимальное значение выходного напряжения – 150 В. Это значение и следует зафиксировать красной меткой, указывающей положение ручки переменного резистора. Целесообразно отметить несколько значений напряжения.

Устройства для настройки уровня напряжения, подающегося на нагревательный элемент, нередко используются радиолюбителями для предотвращения преждевременного разрушения жала паяльника и повышения качества пайки. Наиболее распространенные мощности для паяльника содержат двухпозитронные контактные переключатели и тринисторные устройства, установленные в подставке. Эти и другие приборы обеспечивают возможность выбора необходимого уровня напряжения. Сегодня применяются самодельные и заводские установки.

Если нужно получить 40 Вт из паяльника на 100 Вт, можно применить схему на симисторе ВТ 138-600. Принцип работы заключается в обрезке синусоиды. Уровень среза и температуру нагрева можно регулировать, используя резистор R1. Неоновая лампочка выполняет функцию индикатора. Ставить ее не обязательно. На радиатор устанавливается симистор ВТ 138-600.

Корпус

Вся схема обязательно должна быть помещена в закрытый диэлектрический корпус. Желание сделать прибор миниатюрным не должно влиять на безопасность при его использовании. Помните, что устройство работает от источника напряжения 220 В.

Тринисторный регулятор мощности для паяльника

В качестве примера можно рассмотреть устройство, рассчитанное на нагрузку от нескольких ватт до сотни. Диапазон регулирования такого прибора изменяется от 50% до 97%. В устройстве используется тринистор КУ103В с удерживающим током не более одного миллиампера.

Через диод VD1 беспрепятственно проходят отрицательные полуволны напряжения, обеспечивая примерно половину всей мощности паяльника. Ее можно регулировать тринистором VS1 в течение каждого положительного полупериода. Устройство включается встречно-параллельно диоду VD1. Тринистор управляется по фазоимпульсному принципу. Генератор вырабатывает импульсы, поступающие на управляющий электрод, состоящий из цепи R5R6C1, задающей время, и однопереходного транзистора.

Позицией ручки резистора R5 определяется время от положительного полупериода. Схема регулятора мощности требует температурной стабильности и повышения помехоустойчивости. Для этого можно зашунтировать управляющий переход резистором R1.

Цепь R2R3R4VT3

Генератор питается импульсами напряжением до 7В и длительностью 10 мс, сформированными цепью R2R3R4VT3. Переход транзистора VT3 является стабилизирующим элементом. Он включается в обратном направлении. Мощность, которую рассеивает цепь резисторов R2-R4, будет уменьшена.

Схема регулятора мощности включает в себя резисторы — МЛТ и R5 - СП-0,4. Транзистор можно использовать любой.

Плата и корпус для прибора

Для сборки данного устройства подойдет плата из фольгированного стеклопластика диаметром 36 мм и толщиной 1 мм. Для корпуса можно использовать любые предметы, например пластиковые коробки или футляры из материала с хорошей изоляцией. Понадобится база под элементы вилки. Для этого к фольге можно припаять две гайки М 2,5 таким образом, чтобы штыри прижимали плату к корпусу при сборке.

Недостатки тринисторов КУ202

Если мощность паяльника небольшая, регулирование возможно только в узкой области полупериода. В той, где удерживающее напряжение тринистора хотя бы немного ниже тока нагрузки. Температурная стабильность не может быть достигнута, если использовать такой регулятор мощности для паяльника.

Повышающий регулятор

Большая часть устройств для стабилизации температуры работает только на снижение мощности. Регулировать напряжение можно от 50-100% или от 0-100%. Мощности паяльника может оказаться недостаточно в случае подачи питания ниже 220 В или, например, при необходимости выпаять большую старую плату.

Действующее напряжение сглаживается электролитическим конденсатором, увеличивается в 1,41 раза и питает паяльник. Постоянная мощность, выпрямленная на конденсаторе, достигнет 310 В при питании 220 В. Оптимальная температура нагрева может быть получена даже при 170 В.

Мощные паяльники не нуждаются в повышающих регуляторах.

Необходимые детали для схемы

Чтобы собрать удобный регулятор мощности для можно использовать метод навесного монтажа возле розетки. Для этого нужны малогабаритные комплектующие. Мощность одного резистора должна составлять не менее 2 Вт, а остальных - 0,125 Вт.

Описание схемы повышающего регулятора мощности

На электролитическом конденсаторе C1 с мостом VD1 выполнен входной выпрямитель. Его рабочее напряжение не должно быть меньше 400 В. На IRF840 размещается выходная часть регулятора. С этим устройством можно использовать паяльник до 65 Вт без радиатора. Они могут нагреваться выше нужной температуры даже при пониженной мощности питания.

Управление ключевым транзистором, размещенным на микросхеме DD1, производится от ШИМ-генератора, частота которого задается конденсатором C2. монтируется на приборах C3, R5 и VD4. Он питает микросхему DD1.

Для защиты выходного транзистора от самоиндукции устанавливается диод VD5. Его можно не ставить, если регулятор мощности паяльника не будет использоваться с другими электрическими приборами.

Возможности замены деталей в регуляторах

Микросхема DD1 может быть заменена на К561ЛА7. Выпрямительный мостик делается из диодов, рассчитанных на минимальный ток 2А. Устройство IRF740 можно использовать как выходной транзистор. Схема не нуждается в накладке, если все детали исправны и при ее сборке не было допущено ошибок.

Другие возможные варианты устройств для рассеивания напряжения

Собираются простые схемы регуляторов мощности для паяльника, работающие на симисторах КУ208Г. Вся их хитрость в конденсаторе и неоновой лампочке, которая, меняя свою яркость, может послужить в качестве индикатора мощности. Возможное регулирование - от 0% до 100%.

При отсутствии симистора или лампочки можно применить тиристор КУ202Н. Это весьма распространенный прибор, имеющий множество аналогов. С его использованием можно собрать схему, работающую в диапазоне от 50% до 99% мощности.

От компьютерного шнура можно использовать для изготовления петли, чтобы погасить возможные помехи от переключения симистора или тиристора.

Стрелочный индикатор

В регулятор мощности паяльника может быть интегрирован стрелочный индикатор для большего удобства при использовании. Сделать это совсем несложно. Неиспользуемая старая аудиоаппаратура может помочь с поиском таких элементов. Приборы несложно найти на местных рынках в любом городе. Хорошо, если один такой лежит дома без дела.

Для примера рассмотрим возможность интегрирования в регулятор мощности для паяльника индикатора М68501 со стрелкой и цифровыми отметками, который устанавливался в старых советских магнитофонах. Особенность настройки заключается в подборе резистора R4. Наверняка придется подбирать прибор R3 дополнительно, если будет использован другой индикатор. Необходимо соблюдение соответствующего баланса резисторов при понижении мощности паяльника. Дело в том, что стрелка индикатора может отображать снижение мощности на 10-20% при фактическом потреблении паяльником 50%, то есть наполовину меньше.

Заключение

Регулятор мощности для паяльника можно собрать, руководствуясь множеством инструкций и статей с приведенными примерами возможных разнообразных схем. От хороших припоев, флюсов и температуры нагревательного элемента во многом зависит качество спайки. Сложные устройства для стабилизации или элементарное интегрирование диодов может применяться при сборке аппаратов, необходимых для регулирования поступающего напряжения.

Такие приборы широко используются с целью понижения, а также повышения мощности, подающейся на нагревательный элемент паяльника в диапазоне от 0% до 141%. Это очень удобно. Появляется реальная возможность работать при напряжении ниже 220 В. На современном рынке доступны качественные аппараты, укомплектованные специальными регуляторами. Заводские устройства работают только на понижение мощности. Повышающий регулятор придется собирать самостоятельно.

Паяльник – это инструмент, без которого домашнему мастеру не обойтись, но устраивает прибор не всегда. Дело в том, что обычный паяльник, не имеющий терморегулятора и нагревающийся вследствие этого до определенной температуры, обладает рядом недостатков.

Схема устройства паяльника.

Если при непродолжительной работе без регулятора температуры вполне возможно обойтись, то у обычного паяльника, длительное время включенного в сеть, его недостатки проявляются в полной мере:

• припой скатывается с чрезмерно нагретого жала, в результате чего пайка оказывается непрочной;
• на жале образуется окалина, которую приходится часто зачищать;
• рабочая поверхность покрывается кратерами, а их необходимо удалять напильником;
• он неэкономичен – в промежутках между сеансами пайки, порой достаточно длительными, продолжает потреблять из сети номинальную мощность.

Терморегулятор для паяльника позволяет оптимизировать его работу:

Рисунок 1. Схема простейшего терморегулятора.

• паяльник не перегревается;
• появляется возможность подобрать значение температуры паяльника, оптимальное для конкретной работы;
• во время перерывов достаточно с помощью регулятора температуры снизить нагрев жала, а затем в нужное время быстро восстановить требуемую степень нагрева.

Конечно, в качестве терморегулятора для паяльника на напряжение 220 В можно применить ЛАТР, а для паяльника на 42 В – блок питания КЭФ-8, но они имеются не у всех. Еще один выход из положения – применение в качестве регулятора температуры промышленного светорегулятора, но они не всегда имеются в продаже.

Регулятор температуры для паяльника своими руками

Вернуться к оглавлению

Простейший терморегулятор

Это устройство состоит всего из двух деталей (рис. 1):

1. Кнопочный выключатель SA с размыкающими контактами и фиксацией состояния.
2. Полупроводниковый диод VD, рассчитанный на прямой ток порядка 0,2 А и обратное напряжение не ниже 300 В.

Рисунок 2. Схема терморегулятора, работающего на конденсаторах.

Работает этот регулятор температуры следующим образом: в исходном состоянии контакты выключателя SA замкнуты и ток протекает через нагревательный элемент паяльника во время как положительных, так и отрицательных полупериодов (рис. 1а). При нажатии на кнопку SA его контакты размыкаются, но полупроводниковый диод VD пропускает ток лишь во время положительных полупериодов (рис. 1б). В результате мощность, потребляемая нагревателем, уменьшается вдвое.

В первом режиме паяльник быстро прогревается, во втором – его температура несколько снижается, перегрева не наступает. В результате можно паять в довольно комфортных условиях. Выключатель вместе с диодом включают в разрыв питающего провода.

Иногда выключатель SA монтируется на подставке и срабатывает, когда паяльник кладут на нее. В перерывах между пайкой контакты выключателя разомкнуты, мощность нагревателя снижена. Когда паяльник поднимают, потребляемая мощность возрастает и он быстро нагревается до рабочей температуры.

В качестве балластного сопротивления, с помощью которого можно уменьшить мощность, потребляемую нагревателем, можно использовать конденсаторы. Чем меньше их емкость, тем больше сопротивление протеканию переменного тока. Схема простого терморегулятора, работающего на этом принципе, приведена на рис. 2. Он рассчитан на подключение паяльника мощностью 40 Вт.

Когда разомкнуты все выключатели, тока в цепи нет. Комбинируя положение выключателей, можно получить три степени нагрева:

Рисунок 3. Схемы симисторных терморегуляторов.

1. Наименьшая степень нагрева соответствует замыканию контактов выключателя SA1. При этом последовательно с нагревателем включается конденсатор С1. Его сопротивление довольно велико, поэтому падение напряжения на нагревателе порядка 150 В.
2. Средняя степень нагрева соответствует замкнутым контактам выключателей SA1 и SA2. Конденсаторы С1 и С2 включаются параллельно, общая емкость увеличивается вдвое. Падение напряжения на нагревателе возрастает до 200 В.
3. При замыкании выключателя SA3 независимо от состояния SA1 и SA2 на нагреватель подается полное напряжение сети.

Конденсаторы С1 и С2 неполярные, рассчитанные на напряжение не менее 400 В. Для достижения необходимой емкости можно несколько конденсаторов соединить параллельно. Через резисторы R1 и R2 конденсаторы разряжаются после отключения регулятора от сети.

Есть еще один вариант простого регулятора, который по надежности и качеству работы не уступает электронным. Для этого последовательно с нагревателем включается переменный проволочный резистор СП5-30 или какой-нибудь иной, имеющий подходящую мощность. Например, для 40-ваттного паяльника подойдет резистор, рассчитанный на мощность 25 Вт и имеющий сопротивление порядка 1 кОм.

Вернуться к оглавлению

Тиристорный и симисторный терморегулятор

Работа схемы, приведенной на рис. 3а, очень похожа работу разобранной ранее схемы на рис. 1. Полупроводниковый диод VD1 пропускает отрицательные полупериоды, а во время положительных полупериодов ток проходит через тиристор VS1. Доля положительного полупериода, в течение которого тиристор VS1 открыт, зависит в конечном счете от положения движка переменного резистора R1, регулирующего ток управляющего электрода и, следовательно, угол отпирания.

Рисунок 4. Схема симисторного терморегулятора.

В одном крайнем положении тиристор открыт в течение всего положительного полупериода, во втором – полностью закрыт. Соответственно, мощность, рассеиваемая на нагревателе, меняется от 100% до 50%. Если отключить диод VD1, то мощность будет меняться от 50% до 0.

На схеме, приведенной на рис. 3б, тиристор с регулируемым углом отпирания VS1 включен в диагональ диодного моста VD1-VD4. Вследствие этого регулировка напряжения, при котором отпирается тиристор, происходит как во время положительного, так и в течение отрицательного полупериода. Мощность, рассеиваемая на нагревателе, меняется при повороте движка переменного резистора R1 от 100% до 0. Можно обойтись и без диодного моста, если в качестве регулирующего элемента применить не тиристор, а симистор (рис. 4а).

При всей привлекательности терморегулятор с тиристором или симистором в качестве регулирующего элемента обладает следующими недостатками:

• при скачкообразном нарастании тока в нагрузке возникают сильные импульсные помехи, проникающие затем в осветительную сеть и эфир;
• искажение формы сетевого напряжения за счет внесения в сеть нелинейных искажений;
• снижение коэффициента мощности (cos ϕ) за счет внесения реактивной составляющей.

Для сведения к минимуму импульсных помех и нелинейных искажений желательна установка сетевых фильтров. Самое простое решение – ферритовый фильтр, представляющий собой несколько витков провода, намотанных на ферритовое кольцо. Такие фильтры применяют в большинстве импульсных блоков питания электронных устройств.

Ферритовое кольцо можно взять из проводов, соединяющих системный блок компьютера с периферийными устройствами (например, с монитором). Обычно на них есть цилиндрическое утолщение, внутри которого находится ферритовый фильтр. Устройство фильтра показано на рис. 4б. Чем больше витков, тем выше качество фильтра. Размещать ферритовый фильтр следует как можно ближе к источнику помех – тиристору или симистору.

В устройствах с плавным изменением мощности следует откалибровать движок регулятора и отметить маркером его положения. При настройке и установке следует отключить устройство от сети.

Схемы всех приведенных устройств достаточно просты и их в состоянии повторить человек, обладающий минимальными навыками в сборке электронных устройств.

Для того, чтобы получить качественную и красивую пайку требуется правильно подобрать мощность паяльника и обеспечить определенную температуру его жала в зависимости от марки применяемого припоя . Предлагаю несколько схем самодельных тиристорных регуляторов температуры нагрева паяльника, которые с успехом заменят многие промышленные несравнимые по цене и сложности.

Внимание, нижеприведенные тиристорные схемы регуляторов температуры гальванически не развязаны с эклектической сетью и прикосновение к токоведущим элементам схемы может привести к поражению электрическим током!

Для регулировки температуры жала паяльника применяют паяльные станции, в которых в ручном или автоматическом режиме поддерживается оптимальная температура жала паяльника. Доступность паяльной станции для домашнего мастера ограничена высокой ценой. Для себя я вопрос по регулированию температуры решил, разработав и изготовив регулятор с ручной плавной регулировкой температуры. Схему можно доработать для автоматического поддержания температуры, но я не вижу в этом смысла, да и практика показала, вполне достаточно ручной регулировки, так как напряжение в сети стабильно и температура в помещении тоже.

Классическая тиристорная схема регулятора

Классическая тиристорная схема регулятора мощности паяльника не соответствовала одному из главных моих требований, отсутствию излучающих помех в питающую сеть и эфир. А для радиолюбителя такие помехи делают невозможным полноценно заниматься любимым делом. Если схему дополнить фильтром, то конструкция получится громоздкой. Но для многих случаев использования такая схема тиристорного регулятора может с успехом применяться, например, для регулировки яркости свечения ламп накаливания и нагревательных приборов мощностью 20-60вт. Поэтому я и решил представить эту схему.

Для того, что понять как работает схема, остановлюсь подробнее на принципе работы тиристора. Тиристор, это полупроводниковый прибор, который либо открыт, либо закрыт. чтобы его открыть, нужно на управляющий электрод подать положительное напряжение 2-5 В в зависимости от типа тиристора, относительно катода (на схеме обозначен k). После того, как тиристор открылся (сопротивление между анодом и катодом станет равно 0), закрыть его через управляющий электрод не возможно. Тиристор будет открыт до тех пор, пока напряжение между его анодом и катодом (на схеме обозначены a и k) не станет близким к нулевому значению. Вот так все просто.

Работает схема классического регулятора следующим образом. Сетевое напряжение переменного тока подается через нагрузку (лампочку накаливания или обмотку паяльника), на мостовую схему выпрямителя, выполненную на диодах VD1-VD4. Диодный мост преобразует переменное напряжение в постоянное, изменяющееся по синусоидальному закону (диаграмма 1). При нахождении среднего вывода резистора R1 в крайнем левом положении, его сопротивление равно 0 и когда напряжение в сети начинает увеличиваться, конденсатор С1 начинает заряжаться. Когда С1 зарядится до напряжения 2-5 В, через R2 ток пойдет на управляющий электрод VS1. Тиристор откроется, закоротит диодный мост и через нагрузку пойдет максимальный ток (верхняя диаграмма).

При повороте ручки переменного резистора R1, его сопротивление увеличится, ток заряда конденсатора С1 уменьшится и надо будет больше времени, чтобы напряжение на нем достигло 2-5 В, по этому тиристор уже откроется не сразу, а спустя некоторое время. Чем больше будет величина R1, тем больше будет время заряда С1, тиристор будет открываться позднее и получаемая мощность нагрузкой будет пропорционально меньше. Таким образом, вращением ручки переменного резистора, осуществляется управление температурой нагрева паяльника или яркостью свечения лампочки накаливания.

Выше приведена классическая схема тиристорного регулятора выполненная на тиристоре КУ202Н. Так как для управления этим тиристором нужен больший ток (по паспорту 100 мА, реальный около 20 мА), то уменьшены номиналы резисторов R1 и R2, а R3 исключен, а величина электролитического конденсатора увеличена. При повторении схемы может возникнуть необходимость увеличения номинала конденсатора С1 до 20 мкФ.

Простейшая тиристорная схема регулятора

Вот еще одна самая простая схема тиристорного регулятора мощности, упрощенный вариант классического регулятора. Количество деталей сведено к минимуму. Вместо четырех диодов VD1-VD4 используется один VD1. Принцип работы ее такой же, как и классической схемы. Отличаются схемы только тем, что регулировка в данной схеме регулятора температуры происходит только по положительному периоду сети, а отрицательный период проходи через VD1 без изменений, поэтому мощность можно регулировать только в диапазоне от 50 до 100%. Для регулировки температуры нагрева жала паяльника большего и не требуется. Если диод VD1 исключить, то диапазон регулировки мощности станет от 0 до 50%.

Если в разрыв цепи от R1 и R2 добавить динистор, например КН102А, то электролитический конденсатор С1 можно будет заменить на обыкновенный емкостью 0,1 mF. Тиристоры для выше приведенных схем подойдут, КУ103В, КУ201К (Л), КУ202К (Л, М, Н), рассчитанные на прямое напряжение более 300 В. Диоды тоже практически любые, рассчитанные на обратное напряжение не менее 300 В.

Приведенные выше схемы тиристорных регуляторов мощности с успехом можно применять для регулирования яркости свечения светильников, в которых установлены лампочки накаливания . Регулировать яркость свечения светильников, в которых установлены энергосберегающие или светодиодные лампочками, не получится, так как в таких лампочках вмонтированы электронные схемы, и регулятор просто будет нарушать их нормальную работу. Лампочки будут светить на полную мощность или мигать и это может даже привести к преждевременному выходу их из строя.

Схемы можно применять для регулировки при питающем напряжении в сети переменного тока 36 В или 24 В. Нужно только на порядок уменьшить номиналы резисторов и применить тиристор, соответствующий нагрузке. Так паяльник мощностью 40 Вт при напряжении 36 В будет потреблять ток 1,1 А.

Тиристорная схема регулятора не излучающая помехи

Главное отличие схемы представляемого регулятора мощности паяльника от выше представленных, это полное отсутствие радиопомех в электрическую сеть, так как все переходные процессы происходят во время, когда напряжение в питающей сети равно нулю.

Приступая к разработке регулятора температуры для паяльника, я исходил из следующих соображений. Схема должна быть простой, легко повторяемой, комплектующие должны быть дешевыми и доступными, высокая надежность, габариты минимальными, КПД близок к 100%, отсутствие излучающих помех, возможность модернизации.

Работает схема регулятора температуры следующим образом. Напряжение переменного тока от питающей сети выпрямляется диодным мостом VD1-VD4. Из синусоидального сигнала получается постоянное напряжение, изменяющееся по амплитуде как половина синусоиды с частотой 100 Гц (диаграмма 1). Далее ток проходит через ограничительный резистор R1 на стабилитрон VD6, где напряжение ограничивается по амплитуде до 9 В, и имеет уже другую форму (диаграмма 2). Полученные импульсы заряжают через диод VD5 электролитический конденсатор С1, создавая питающее напряжение около 9 В для микросхем DD1 и DD2. R2 выполняет защитную функцию, ограничивая максимально возможное напряжение на VD5 и VD6 до 22 В, и обеспечивает формирование тактового импульса для работы схемы. С R1 сформированный сигнал подается еще на 5 и 6 выводы элемента 2ИЛИ-НЕ логической цифровой микросхемы DD1.1, которая инвертирует поступающий сигнал и преобразовывает в короткие импульсы прямоугольной формы (диаграмма 3). С 4 вывода DD1 импульсы поступают на 8 вывод D триггера DD2.1, работающего в режиме RS триггера. DD2.1 тоже, как и DD1.1 выполняет функцию инвертирования и формирования сигнала (диаграмма 4).

Обратите внимание, что сигналы на диаграмме 2 и 4 практически одинаковые, и казалось, что можно сигнал с R1 подавать прямо на 5 вывод DD2.1. Но исследования показали, что в сигнале после R1 находится много приходящих из питающей сети помех и без двойного формирования схема работала не стабильно. А ставить дополнительно LC фильтры, когда есть свободные логические элементы не целесообразно.

На триггере DD2.2 собрана схема управления регулятора температуры паяльника и работает она следующим образом. На вывод 3 DD2.2 с вывода 13 DD2.1 поступают прямоугольные импульсы, которые положительным фронтом перезаписывают на выводе 1 DD2.2 уровень, который в данный момент присутствует на D входе микросхемы (вывод 5). На выводе 2 сигнал противоположного уровня. Рассмотрим работу DD2.2 подробно. Допустим на выводе 2, логическая единица. Через резисторы R4, R5 конденсатор С2 зарядится до напряжения питания. При поступлении первого же импульса с положительным перепадом на выводе 2 появится 0 и конденсатор С2 через диод VD7 быстро разрядится. Следующий положительный перепад на выводе 3 установит на выводе 2 логическую единицу и через резисторы R4, R5 конденсатор С2 начнет заряжаться.

Время заряда определяется постоянной времени R5 и С2. Чем величина R5 больше, тем дольше будет заряжаться С2. Пока С2 не зарядится до половины питающего напряжения на выводе 5 будет логический ноль и положительные перепады импульсов на входе 3 не будут изменять логический уровень на выводе 2. Как только конденсатор зарядится, процесс повторится.

Таким образом, на выходы DD2.2 будет проходить только заданное резистором R5 количество импульсов из питающей сети, и самое главное, перепады этих импульсов будут происходить, во время перехода напряжения в питающей сети через ноль. Отсюда и отсутствие помех от работы регулятора температуры.

С вывода 1 микросхемы DD2.2 импульсы подаются на инвертор DD1.2, который служит для исключения влияния тиристора VS1 на работу DD2.2. Резистор R6 ограничивает ток управления тиристором VS1. Когда на управляющий электрод VS1 подается положительный потенциал, тиристор открывается и на паяльник подается напряжение. Регулятор позволяет регулировать мощность паяльника от 50 до 99%. Хотя резистор R5 переменный, регулировка за счет работы DD2.2 нагрева паяльника осуществляется ступенчато. При R5 равному нулю, подается 50% мощности (диаграмма 5), при повороте на некоторый угол уже 66% (диаграмма 6), далее уже 75% (диаграмма 7). Таким образом, чем ближе к расчетной мощности паяльника, тем плавне работает регулировка, что позволяет легко отрегулировать температуру жала паяльника. Например, паяльник 40 Вт, можно будет настроить на мощность от 20 до 40 Вт.

Конструкция и детали регулятора температуры

Все детали тиристорного регулятора температуры размещены на печатной плате из стеклотекстолита. Так как схема не имеет гальванической развязки с электрической сетью, плата помещена в небольшой пластмассовый корпус бывшего адаптера с электрической вилкой. На ось переменного резистора R5 надета ручка из пластмассы. Вокруг ручки на корпусе регулятора, для удобства регулирования степени нагрева паяльника, нанесена шкала с условными цифрами.

Шнур, идущий от паяльника, припаян непосредственно к печатной плате. Можно сделать подключение паяльника разъемным, тогда будет возможность подключать к регулятору температуры другие паяльники. Как это ни удивительно, но ток, потребляемый схемой управления регулятора температуры, не превышает 2 мА. Это меньше, чем потребляет светодиод в схеме подсветки выключателей освещения. Поэтому принятия специальных мер по обеспечению температурного режима устройства не требуется.

Микросхемы DD1 и DD2 любые 176 или 561 серии. Советский тиристор КУ103В можно заменить, например, современным тиристором MCR100-6 или MCR100-8, рассчитанные на ток коммутации до 0,8 А. В таком случае можно будет управлять нагревом паяльника мощностью до 150 Вт. Диоды VD1-VD4 любые, рассчитанные на обратное напряжение не менее 300 В и ток не менее 0,5 А. Отлично подойдет IN4007 (Uоб=1000 В, I=1 А). Диоды VD5 и VD7 любые импульсные. Стабилитрон VD6 любой маломощный на напряжение стабилизации около 9 В. Конденсаторы любого типа. Резисторы любые, R1 мощностью 0,5 Вт.

Регулятор мощности настраивать не требуется. При исправных деталях и без ошибок монтажа заработает сразу.

Схема разработана много лет назад, когда компьютеров и тем более лазерных принтеров не было в природе и поэтому чертеж печатной платы я делал по дедовской технологии на диаграммной бумаге с шагом сетки 2,5 мм. Затем чертеж приклеивал клеем «Момент» на плотную бумагу, а саму бумагу к фольгированному стеклотекстолиту. Далее сверлились отверстия на самодельном сверлильном станке и руками вычерчивались дорожки будущих проводников и контактные площадки для пайки деталей.

Чертеж тиристорного регулятора температуры сохранился. Вот его фотография. Изначально выпрямительный диодный мост VD1-VD4 был выполнен на микросборке КЦ407, но после того, как два раза микросборку разорвало, заменил ее четырьмя диодами КД209.

Как снизить уровень помех от тиристорных регуляторов

Для уменьшения помех излучаемых тиристорными регуляторами мощности в электрическую сеть применяют ферритовые фильтры, представляющие собой ферритовое кольцо с намотанными витками провода. Такие ферритовые фильтры можно встретить во всех импульсных блоках питания компьютеров, телевизоров и в других изделиях. Эффективным, подавляющим помехи ферритовым фильтром можно дооснастить любой тиристорный регулятор. Достаточно пропустить провод подключения к электрической сети через ферритовое кольцо.

Устанавливать ферритовый фильтр нужно как можно ближе к источнику помехи, то есть к месту установки тиристора. Ферритовый фильтр можно размещать как внутри корпуса прибора, так и с внешней его стороны. Чем больше витков, тем лучше ферритовый фильтр будет подавлять помехи, но достаточно и просто продеть сетевой провод через кольцо.

Ферритовое кольцо можно взять с интерфейсных проводов компьютерной техники, мониторов, принтеров, сканеров. Если Вы обратите внимание на провод, соединяющий системный блок компьютера с монитором или принтером, то заметите на проводе цилиндрическое утолщение изоляции. В этом месте находится ферритовый фильтр высокочастотных помех.

Достаточно ножиком разрезать пластиковую изоляцию и извлечь ферритовое кольцо. Наверняка у Вас или Ваших знакомых найдется не нужный интерфейсный кабель от струйного принтера или старого кинескопного монитора.