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[工仪] 小白来玩点焊机:制作50管储能脉冲点焊机(一)

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发表于 2020-8-28 17:57:32 | 显示全部楼层 |阅读模式

认识众多玩家高手/拆客/DIYer,查阅更多资源,一起学习技术知识

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本帖最后由 亲爱的混蛋 于 2020-9-12 18:28 编辑

开篇鸣谢坛友:
1.BG3JZQ 包邮赠送两个全新5v40A电源
2.西安-摆渡人 分享mos均流思路
3.ZUSE1021相关文章:也做3000F超级电容点焊机(附PCB和程序)



本章分三个部分:
一是:小白来玩点焊机:制作50管储能脉冲点焊机(一)(知识点最多)
二是:电容充电器改造
三是:最终成品组装

以前一般一年我就只会用个100多节18650,用烙铁焊接就行了。但是今年一下子搞了2340节18650,这就不能再手工焊接了,那就学大神们DIY个点焊机吧。对于点焊机我很熟悉又很陌生。熟悉是因为我的第一份工作就是再国内某一线电池公司做研发时在PACK车间见过这种机器,但是车间里的机器巨大不像坛友们DIY的那么小巧;同时我对点焊机又很陌生,我实在不懂点焊的原理      

ABUIABACGAAgioOG0wUo6dnF6gEw0AU4iwg.jpg


当时学习过相关工艺,调节电流,时间等参数。等到现在自己DIY,完了,两眼一抹黑啥也不是啥。幸好论坛里有各种大牛引路,搜索下就会有各种点焊机的帖子。点焊机分两种,1是变压器点焊机。2是储能点焊机,又叫电容点焊机。这里说道储能点焊机印象最深刻的就是10年前坛友的“108好汉”。不过时代巨变,现在的储能点焊机都是使用一种被叫做超级电容的法拉电容了。

下图是变压器点焊机原形,核心是微波炉的变压器
221139AA-24.jpg

下图是以前电容点焊机的原形
搜狗截图20200828161314.png


下图是法拉电容点焊机的原形
搜狗截图20200828161339.png

       对比三种点焊机,首先淘汰了以前电容点焊机。这种点焊机使用电容太多,焊接麻烦,并且容量小。然后在变压器点焊机与法拉电容点焊机中间徘徊。变压器点焊机,变压器点焊机制作并不复杂,简单可靠,但是体积大,重量大,而且必须有市电时才能使用。法拉电容点焊机制作复杂,但是使用方便移动,适合多场地应用。如果把点焊机比喻成车的话,变压器点焊机就是柴油车,虽然加速慢,但是扭矩大力量足。法拉电容点焊机就像汽油车,提速快,移动快。经过权衡后决定制作法拉法拉电容点焊机。
       初步确定题材后开始选择控制板。是买成品还是DIY?既然混论坛,那必须DIY。不会写程序怎么办?论坛大神们早都提供了程序呀。通过对论坛搜索发现大神们DIY了各种点焊机控制板。首先有高大上的液晶1602显示的控制板,无显示单按键的控制板,数码管显示的控制板。经过对比其中ZUSE1021 大神DIY的控制板可以任意调节参数很适合新手练习。

搜狗截图20200828162732.png

       我们不能为了制作而制作,还要学习相关理论,这样才能更好的掌握及调节参数。于是搜索学习点焊机的原理:点焊机系采用双面双点过流焊接的原理,工作时两个电极加压工件使两层金属在两电极的压力下形成一定的接触电阻,而焊接电流从一电极流经另一电极时在两接触电阻点形成瞬间的热熔接,且焊接电流瞬间从另一电极沿两工件流至此电极形成回路,并且不会伤及被焊工件的内部结构。
       当工件和电极一定时,工件的电阻取决与它的电阻率.因此,电阻率是被焊材料的重要性能.电阻率高的金属其导电性差(如不锈钢)电阻率低的金属其导电性好(如铝合金)。因此,点焊不锈钢时产热易而散热难,点焊铝合金时产热难而散热易.点焊时,前者可用较小电流(几千安培),而后者就必须用很大电流(几万安培)。电阻率不仅取决与金属种类,还与金属的热处理状态、加工方式及温度有关。
      
为了保证熔核尺寸和焊点强度,焊接时间与焊接电流在一定范围内可以相互补充。为了获得一定强度的焊点,可以采用大电流和短时间(强条件,又称硬规范),也可采用小电流和长时间(弱条件,也称软规范)。选用硬规范还是软规范,取决于金属的性能、厚度和所用焊机的功率。对于不同性能和厚度的金属所需的电流和时间,都有一个上下限,使用时以此为准。
电极压力对两电极间总电阻R有明显的影响,随着电极压力的增大,R显著减小,而焊接电流增大的幅度却不大,不能影响因R减小引起的产热减少。因此,焊点强度总随着焊接压力增大而减小。解决的办法是在增大焊接压力的同时,增大焊接电流。

懂了原理,那就开始仿制吧。正好捷配PCB赠送了一张打样劵,那必须得用上。小白第一次DIY点焊机不一定能成功,所以尽量要求大,大尺寸才有大空间才有好性能(对于无经验来说)。于是画图吧,按照ZUSE1021 大神开源的原理图与程序仿制。原理图很简单,一个MCU,50颗管子,电容平衡电路等。。。。。

搜狗截图20200817093552.png


搜狗截图20200819141603.png


搜狗截图20200819141612.png


几天后收到了PCB ,尺寸:20*15cm
P1220477.JPG


P1220478.JPG


P1220479.JPG


P1220480.JPG

为了保证尽量减少阻抗,使用了密集的过孔,数量达到了11000个/张
P1220481.JPG
感觉像是纱窗一样哈
P1220482.JPG


这里我把原创使用的40p直插单片机改为了44p贴片单片机,程序还是原作者程序。与原作者沟通后确定一点:EEPROM要选择4k及以上空间,不然会出现无法保存参数的问题。另外各项参数超过100的话,比如101会显示成1  1  ,中间0没了,达到109以上就没问题。毕竟一般参数不会选择这么大的。
搜狗截图20200828171232.png


储能点焊机能源核心是法拉电容,这里我选择的是3000F拆机电容。这个电容能量太大,如果充电时超压将会发生巨大危险。所以给电容充电有两种选择:1,使用两个电源作为平衡充充电。2,使用一个电源并且有完善的平衡电路。这里为了简单我选择了第二种。平衡电路其实并不复杂,原理就是一组电容电压过高立即打开泄洪渠道带出多余电量。我通过对论坛的学习发现论坛里用的最多的就是TL431平衡充电路。

TL431均衡原理图:
搜狗截图20200828165131.png
论坛里另外一位DIY点焊机高手 方旭 的平衡充电路:

150835xq9jnhh90zq9kddp.png

TL431方案很经典,哪怕现在很多成品都是用的TL431方案。但是我总爱给自己找麻烦,放着现成的不用,非要再去研究。这不,我找到了超级电容专用的保护芯片:BW6101
这个芯片的文档,可以清楚的了解这颗芯片特性。
搜狗截图20200828165554.png


通过电阻“编程”可以选择保护电压。一般我们选择2.65v保护。

搜狗截图20200828165615.png

这颗芯片本身可以放电1A电流,比市面上那些还用0.7A放电电流做幌子的要好很多。但是1A对于3000F,充电40A的电容来说还是太慢了。那怎么办呢?
这个时候必须开动我们的小脑筋,利用它的原理图扩展呀
搜狗截图20200828165937.png


通过原理图我们发现一个有趣的地方,那就是可以扩流。哈哈哈哈
通过外接MOS与泄放电阻,电流可以高大几十A!
搜狗截图20200828170237.png

基本原理不变,更改电阻改变通过电流。电阻使用2512封装的大功率合金电阻,mos采用低压开启的大电流mos。
电路设计的好不好,只有实践才知道。焊接,测试。
焊接好一组
P1220505.JPG

上电测试G电压情况
P1220506.JPG

电压2.62v,没反应
P1220508.JPG

2.65v开始均衡,此时未超标,电流很小
P1220511.JPG

当电压超过标准后开始大电流放电。
P1220513.JPG
当泄放电阻恒定时,超压越多,电流越大。当然泄放电阻选择的越小,电流也越大。这时电路能承受的电流完全取决于mos的选择了


对于储能点焊机来说,另外一个难点就是功率管阵列,毕竟论坛里经常是这样的:


76_1229772_58d16a1b2715543.jpg
炸管的原因很多,总的来说离不开功率分配不均匀。同时很多时候炸管了对于排查来说也是很难的。因此mos设计必须要每个管子配对,然后单独驱动。
这样管子内阻一致,按照欧姆定律来说功率分配就一致。其次每个单独驱动,万一炸管了也好排查。


配件到了,25平的硅胶线,点焊笔,100A的铜鼻子,螺丝螺母
P1220516.JPG

线好粗,就当做是25平的吧
P1220518.JPG

成品点焊笔
P1220519.JPG

这里不需要外部控制,所以拆掉微动开关
P1220520.JPG

去掉微动开关的样子
P1220521.JPG

100A铜鼻子
P1220522.JPG

硅胶线里很多股
P1220523.JPG

简单压一下
P1220524.JPG

电容
P1220526.JPG

做完的线,这个线只是做测试用,锡锅还在路上
P1220525.JPG

另外电源的硅胶线,用来做电容充电
P1220527.JPG

焊接板子,本来想做成50管的,但是拆机100多个管子只配对出这些
按照电流来说是绝对够用了
P1220530.JPG

安装电容
P1220528.JPG

板子背面是升压控制板与mos单独驱动部分
P1220531.JPG

给电容充电,50A的电源直接跑满,所以充电电源必须改造
P1220537.JPG

散装的样子
P1220532.JPG

点焊测试。0.15镀镍
P1220538.JPG


P1220540.JPG

0.1纯镍
P1220539.JPG

P1220546.JPG


P1220544.JPG

拔掉镍片后留下的毛刺
P1220547.JPG

镍片被拔断了
P1220541.JPG


点焊电池,参数不对,糊了
P1220542.JPG

下面是调整参数后测试,还可以哈
P1220543.JPG


wx_camera_1598520207450.jpg

上一个工作的GIF吧,压缩太高了
mmexport1598521950451 00_00_01-00_00_06 00_00_01-00_00_05.gif


现在验证电路正常工作,证明没有什么大的问题,接下来就是改造充电器。3000F的电容在充电瞬间就是短路状态,对于很多电源来说是直接保护的,所以必须改造电源,把5v40A的电源用起来。还有些配件没到,发出第一部分吧。当然末尾必须上工程文件(GERBER)与原件参数文件,欢迎小白们仿制。避免那些当从不在论坛发帖,没任何贡献的伸手党来说,附件设置售价88M。88M如果换算成人民币来说才8.8毛,真是毛也干不成的钱了,随便发个有价值的帖子都有几百M收入了,直接杜绝各种对论坛无贡献的吝啬鬼们。对于仿制的坛友来说,有什么问题请留言
2020-9-12补充:听取建议,取消GERBER文件。以后只分享原理图。







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发表于 2020-8-28 18:31:46 | 显示全部楼层
这个PCB样打的值,就这1万多孔就得几个小时才能干完
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发表于 2020-8-28 19:16:26 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
夜游虾 发表于 2020-8-28 18:31
这个PCB样打的值,就这1万多孔就得几个小时才能干完

就是,复制粘贴一下,机器做死。还给上了好多锡。
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发表于 2020-8-28 19:37:46 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
给捷配好评,光是这么多孔,嘉立创就不干了
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发表于 2020-8-28 21:23:38 | 显示全部楼层
炸管的图是我做的
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 楼主| 发表于 2020-8-28 21:54:11 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
山寨货 发表于 2020-8-28 21:23
炸管的图是我做的

哈哈,记得找资料时看到就下载下来了。
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发表于 2020-8-28 22:19:52 | 显示全部楼层
点焊效果看着不理想,还得调整下,变压器点焊变色情况比较多,但电容点焊机不就为了焊点漂亮吗?
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 楼主| 发表于 2020-8-28 22:36:42 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
28506 发表于 2020-8-28 22:19
点焊效果看着不理想,还得调整下,变压器点焊变色情况比较多,但电容点焊机不就为了焊点漂亮吗? ...

无论哪种,参数调整好了焊点都漂亮。发黑是烧焦了,就是电流大了,或者时间长了。
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发表于 2020-8-29 10:35:19 | 显示全部楼层
焊点不好看,焊点外圈的黑色必须消除。
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发表于 2020-8-29 12:17:15 | 显示全部楼层
谢谢分享。做的好漂亮!
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发表于 2020-8-29 12:27:04 | 显示全部楼层
这么多过孔,不加钱吗?PCB厂心中有11000只羊驼跑过。。。。。。
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发表于 2020-8-29 13:59:26 | 显示全部楼层
这过孔有什么用?
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发表于 2020-8-29 18:49:48 | 显示全部楼层
都挺能折腾,凑个字数
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发表于 2020-8-29 21:59:46 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
50管,好牛哦
那些四五个管子的看起来也能用,为什么呢?
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 楼主| 发表于 2020-8-29 22:44:00 | 显示全部楼层
tyuka 发表于 2020-8-29 21:59
50管,好牛哦
那些四五个管子的看起来也能用,为什么呢?

功率不一样                              
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发表于 2020-8-29 23:17:36 | 显示全部楼层
本帖最后由 hgmn 于 2020-8-29 23:35 编辑

看你的动图,是否把焊针尖部去掉了,这样不行。
又或者再并联一组超级电容。

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发表于 2020-8-30 08:56:13 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
好大个家伙,做得也漂亮
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发表于 2020-8-30 11:59:55 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
厉害厉害,对于我这不经常用的,还是做个变压器的吧,简单实用便宜,哈哈
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发表于 2020-8-30 14:59:13 | 显示全部楼层
楼主辛苦了!感谢分享!
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发表于 2020-8-30 21:58:43 | 显示全部楼层
膜拜了 大神啊
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