重启烂尾楼：一颗电容一颗MOS管一颗单片机，做高频烙铁焊台

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高频焊台，四年前的烂尾工程准备重启。。。。。。。。

高频功率级：
最早网上流传的方案都是照抄Quick 203H那一版，除了烙铁头，功率级需要额外两颗大电感和高压电容。也而且可以微调参数，省一个串联谐振的功率电感，或者不省。温度传感和显示部分就是ATmega8，按键和3位数字。

后来的方案有模仿电磁炉的半桥LC谐振，效率比较高。也有用推挽变压器隔离谐振的。

然后再还有一种，就是低成本电磁炉，单端MOSFET驱动LC谐振腔的版本，效率低点，这个没什么人做。我抽空尝试点了这种。



实验结果：目前只有近30W的输出功率，但也差不多10秒化锡的样子。而且是在参数还没仔细调，ZVS还没到的情况下。看年后能不能调到60W出来。






手柄 ：快克203H的60w或其仿品；很苦逼没有LCR表，测不了感量，看波形估出来大概20uH不到的样子。
电容： 20nF 630V 聚丙烯薄膜（我手头临时用的聚酯的）
MOS管：开始一颗杂牌12N65，损耗太大，烫手；后来试了英飞凌IPD50R500CE，Rds=0.5R  Qg=18nC, Coss=31pF, Trr=180nS；
单片机： STM8S003，PWM由Timer出Ton=1uS  T周期=3.5uS即可。5V mcu直驱，Rg电阻10欧姆，补反拉二极管，还没加图腾柱驱动电路。

DC电源电压：从24V 到 60V区间都可以点。我试验最后DC电源满功率点到60V，0.5A；接近30W，烙铁上估计二十七八瓦，MOS管损耗掉一两瓦。


原理图：


这个单端驱动谐振拓扑，基本由Ton决定烙铁发热功率，一般保证Ton不变，动态调整Toff实现ZVS零电压开通，达到软开关损耗最低的效果。但是目前单片机没高速比较器也做不了这么快速几百纳秒延迟的ZVS过零电压检测；以后考虑用PIC16F17系列的PSMC外设做，才能搞得定。动态调整的好处是能自适应不同烙铁头，L感量和C容量偏差，在批量生产时很有好处。自己做这一个烙铁可以只针对这个头子的感量值，用单片机定点微调ZVS就好。



示波器测驱动频率在280k，有点偏低了。


图中的波形，目前还没做到ZVS，所以损耗有点大，要做ZVS需要再把驱动的Toff时间再拉大点；单位放假电脑关点，我来不及改程序参数，就没试成。开始试的一颗拆机TO220的12N65杂牌MOS，没查到型号，估计Rdson>0.7，Coss=400pF；发热严重，十几秒钟就烫；但是波形正常，后来换了英飞凌IPD50R500，发热好了很多，但是关断后电压波形有严重寄生振荡，估计是Coss太小了，才31pF，串联高频振荡了。所以这种场合，既然能做到ZVS，用IRF360/540那种TO-247老的慢管子反倒更合适。

求教做过的大虾经验指教，还要调整哪些参数？把损耗降下来，输出功率升上去，效率提高。:handshake::handshake:








其实6562 PFC芯片可以放在这个ZVS谐振应用里，从原理上非常适合；可惜受限于一开始芯片的目标设计特性（例如LEB时间），其工作频率没法达到300k-500k这个区间。

可以做100kHz  1kW的电磁灶感应加热。







补充内容 (2019-3-1 09:25):
测试视频：

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zhangqiangzi 发表于 2019-2-2 12:52
你这张原理图会导致感应加热的线圈里某些情况会不会有直流分量通过呢

这种单端驱动的谐振电路，肯定有直流分量的，不像半桥对称驱动那么好。电感电流直流分量控制在一定范围没啥问题。

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zhangqiangzi 发表于 2019-2-2 12:50
老哥看我用节能灯镇流器做的 https://www.mydigit.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=6571
现在不用变压器了 ...

我年前就看到你的帖子了，很有创意。ad点短接，把原来节能灯的那个谐振电感绕成变压器了，等效电路实际就是典型的双管自激振荡ZVS的图。这种电路，高频感应加热的ZVS板子TB上很多人在卖，但他们是低压几十伏的。另外，告诉你拆变压器磁芯的一个诀窍，你放烤箱里200度烤十几分钟，拿出来轻轻一敲就开。

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zhangqiangzi 发表于 2019-2-13 16:11
楼主你说的 "也有用推挽变压器隔离谐振的" 是这个电路图吧.
这其实还是个 ZVS 吧有没有能专门驱动这个的芯 ...

你楼下的这位高手就用3525做了一个谐振半桥的，可以去看看他的帖子。我觉得如果不仅仅是考虑谐振400k功率级的部分，把36-48V AC/DC电源也考虑进去的话，他这个半桥谐振电路是相对最简单成本最低的一个高频烙铁方案，扔掉了笨重的变压器，重量也轻，烙铁输出跟交流也是低压安全隔离的，如果考虑做产品还可加个APFC。你改节能灯虽然也隔离，但是没法控制功率，难以精确控制温度。


网上一大堆的ZVS做特斯拉高压，涡流感应加热的，都是这个ZVS的图。类似于节能灯的自激振荡。





自激振荡谐振到最大功率频率点，自适应ZVS，简单粗暴。只能靠调节VDC输入电压来简单控制下功率。






我按低成本电磁炉方案做的单端驱动方案，准确来讲不应该叫ZVS，它只在后半周期有ZVS；叫准谐振比较合适。
而且仿真和做实验的图里面，漏了一个关键的电容，Cin没加，并在输入电解端的；

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目标焊台外观（5年前在TB淘的这个库存处理机器）：



作为强迫症，搞个DIY真他喵的难，时间都挤不来。为配合这个车载CB机手台外壳，选7段数码管米字管OLED屏都选了很久，就为找个尺寸刚好的，但太难了一直没选到合适的，又不想难看，烂尾了很久。

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单端驱动的准谐振加热，做做科普实验还行，没法实用化。所以直接借用了坛友stevenyan198设计的3525推半桥的功率级，先做测试。

测试结果，上视频真相（已补在主楼）







根据那个K6107美国CB机外壳的前面板，自己画了pcb，做了个主控板。没买TB上便宜的Atmega8的公版主控板，也没用那个电路，就是不喜欢。


主控板功能包含：
   - 手柄振动监测，40秒自动待机休眠；
   - 手柄K热电偶温度信号放大调理（TI/BB的300倍单级运放），送到ADC模拟电压检测；
   - 1kHz PWM线性加热功率控制信号，光耦隔离输出（因为我自己功率板还没做，先这么出接口；他这个功率板只能ON/OFF满功率控制，所以给的占空比是0%和100%）；
   - 4位16段米子数码管显示，配合这个面板尺寸的屏太难找了，OLED /LCM液晶找了一圈都没合适的。唯独这个Liteon的米字管还可以，能显示字符，方便后期扩展功能。
   - EC11旋转编码器飞梭手调，（还没安装）
   - 带个钟，电子表，电表上大量用的EPSON RX8025T时钟，IIC接口。配合一个1.5F超级电容，理论可掉电维持20天。手头其实有个带32k振荡器的RTC芯片PCA2109发现晚了。

测试，以及发现的问题：
  - 高频一开启，干扰极大；刚开始固件写的有bug，一开高频就狂进振动检测的中断，MCU死机了，卡那里不动。后来减小上拉电阻阻值，滤波电容加到1nF，改了程序，就好了很多。
  - 热电偶输入，震动信号入，极易受干扰有浮动高电压进来。需补充加入正反钳位二极管，用的US1J快管或TVS，以及到地和+5v的钳位。这一点我当初画板子没考虑到。
    固件 检测策略上，网上有人说加热时不测温，停止的间歇去测温，以防被干扰。但高频烙铁功率大升温太快了，必须实时监测，否则会失控。加入抗干扰和滤波措施，以及软件滤波，目前实施下来能一直检测到正确数值。热电偶信号电路上一开始就没画那个Π型LC低通滤波器。
  -  温度校准，我用的手持式热电偶测温表校的数值，也不太准。没有专门的烙铁测温设备。
  -  目前的ON/OFF控制，简单粗暴，效果不好温度过冲大。加热功率60-80W，随烙铁头温度飘动；而且开启时间不能太短，不能做斩波调制。因为这3525半桥有个自举启动时间，短了起不来。
  - 后续要改成pid精准控温，首先必须实现加热功率可以线性可调，至少50%-100%的区间可调。我打算要用到频率可变的LLC一体驱动，高频往低频（谐振最大功率点）区间推。

正反钳位二极管，主要手头没有合适TVS和稳压管。只能串二极管了。实际最终串了6颗，嵌到4v。

钳位二极管以及补充滤波电容。4148太小，后来用的US1J；

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就是这货，液晶电视机电源上用的。不贵，集成了两颗半桥MOS管和驱动的价钱。

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CB机面板原有端子插座针脚完美配合手柄。但因为手柄当时没拆，万用表简单测辨认引脚的，结果跟想的不一样，画板子时画错了。

所以拆开手柄，跳线，换了接地位置跟振动传感器的线。

原203手柄引脚：6芯非对称航空插座，【1：热电偶负    2：热电偶正   3： 屏蔽地    4和5：高频绕组  6：振动开关】
更改后：    【1：热电偶正    2：热电偶负   3：振动开关    4和5：高频绕组  6： 屏蔽地】

不得不吐槽下，这手柄体内走线做工真心一般。高频功率线虽然是同轴屏蔽线。但还没飞到板子上呢，老远就剥开了，毫无屏蔽，妥妥的巨大干扰。
其他焊线也是乱七八糟的。

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zhangqiangzi 发表于 2019-3-1 10:24
这种包含一个同轴线和额外几根线的硅胶线有卖的么

TB上搜搜看，应该有。这种非标线束应该是厂家开模批量做的。

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zhangqiangzi 发表于 2019-3-1 12:50
另外你有没有毫欧表呢， 能否从焊点这里测量下线圈阻值是多少呢

过年前测的，从航空插头端测：





万用表和淘宝款LCR表测得。所以不准，只能做个大概参考。



另外，烙铁头，铁壳的屏蔽抽头要接地，机壳地。厂家一般是吹ESD防静电。

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zhangqiangzi 发表于 2019-3-1 12:41
休眠这个功能可以不用硬件而是改用软件实现么？
昨天搞定了恒温，但是软件休眠不好用 ...

我是用软件做的，

在正常工作模式里，if（检测到振动，或者烙铁恒温区间锁定），就不断给倒计时变量赋值，比如赋50秒。
这个变量在中断时钟里是按秒Dec递减的。
然后只要一旦倒数计时变量到了零值，就认为超时，停止加热，进待机休眠模式。

然后再休眠模式里，只要检测到振动信号，加权判断下，就直接醒来进正常工作模式。

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zhangqiangzi 发表于 2019-3-1 12:41
休眠这个功能可以不用硬件而是改用软件实现么？
昨天搞定了恒温，但是软件休眠不好用 ...

你软件是用什么单片机做的？

硬件休眠是用什么电路啊？网上老的Quick 203电路图上好像没有看到振动休眠的电路。是跟这种858热风枪类似的休眠机制吗？

http://bbs.mydigit.cn/read.php?tid=1846086

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zhangqiangzi 发表于 2019-3-1 14:20
我说的硬件就是你说的震动监测器啊。

这个振动传感器肯定要啊，不然软件也不知道手柄动了没有。里面就是个塑壳封闭的水银接触开关，但不是完全短路，接通也大概有几十k的内阻。我测过了。

不要这个振动传感器，全靠温度检测，其实也可以。但比较难做，也不可靠。思路就是休眠待机时控温的pid会把烙铁都温度控在一定范围内，比如温度控制到130C  ±3C，属于未焊接时的待机保温态。而一旦烙铁头接触到焊点，金属之类的，温度会有个阶跃变化，比如500mS内瞬间跌落了5C，检测这个阶跃跳变就可以了。我感觉比较难调。