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[焊接] 看不下去一声吼:运放是DIY控制板回温差的病根

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发表于 2025-7-21 06:02:46 | 显示全部楼层 |阅读模式
在DIY烙铁控制板中,常用运放(LM358)作为核心控制元件,在回温效果上差距是显著的,很多卖家还停留在堆料的层次。比较器(如LM393/XD393)等通常能提供更好、更快的回温效果(提高20-30%),特别是从低温状态恢复时更明显。

有些设计水平不高的爱好者可能不重视结构的优势,两者的设计目标和内部结构差异决定了它们在开关控制应用中的不同性能:

响应速度:
LM393 (比较器): 专门设计用于快速开关。它内部优化了翻转速度,通常在微秒(µs)级别。这意味着它能非常快地检测到热电偶电压低于设定点,并立即翻转输出状态(从低到高),触发MOSFET导通,给烙铁芯全功率加热。

LM358 (运放): 虽然也可以配置成比较器(开环使用),但其设计初衷是线性放大。它的压摆率和带宽相对较低,限制了其输出状态翻转的速度。当热电偶电压低于设定点时,LM358需要更长的时间(可能在几十甚至上百微秒)才能将输出从低电平拉到高电平。这导致了功率施加的延迟。

输出结构:
LM393 (比较器): 采用集电极开路输出。这意味着它只能将输出拉低(到地)或处于高阻态(断开)。需要外部上拉电阻连接到正电源。这种结构:
优点是驱动能力(电流下沉能力)通常很强,可以轻松驱动MOSFET栅极(通过上拉电阻)。
缺点是上升时间依赖于外部上拉电阻和MOSFET栅极电容(RC时间常数)。选择合适阻值的上拉电阻(如1kΩ - 10kΩ)可以优化上升速度。

LM358 (运放): 通常具有推挽输出级。它可以主动将输出拉高(接近Vcc)或拉低(接近地)。作为比较器使用时:
理论上上升和下降都可以比较快(受限于压摆率)。
但在接近电源轨(尤其是旧型号)时,输出可能无法完全达到Vcc或GND,导致驱动MOSFET不完全导通或关断(虽然对于MOSFET栅极驱动,不完全到轨影响通常不大)。
最大的问题是当输入电压非常接近时,运放可能工作在线性区(而非饱和区),导致输出缓慢变化或振荡,而不是快速、干净的翻转。这直接拖慢了功率开关的速度。

工作模式:
LM393 (比较器): 天生就是为开关操作设计的。它在开环状态下工作,目标就是快速、明确地在高低电平之间切换。
LM358 (运放): 设计用于线性放大(闭环负反馈)。当强行用作比较器(开环)时:
容易在阈值点附近发生振荡,因为开环增益极高,任何微小的噪声或干扰都会被极度放大,导致输出在高低电平之间快速抖动。这会严重干扰MOSFET的开关,造成额外的开关损耗、MOSFET发热,并显著降低回温效率。需要额外添加正反馈(施密特触发器)来引入迟滞才能稳定工作,但这会增加设计的复杂性。
响应速度慢。

对烙铁回温效果的具体影响:
使用 LM393 (比较器):
优点: 检测到温度下降后能极快地开启加热(全功率)。输出状态切换干净利落,不易振荡(即使有轻微振荡,速度也快得多)。这直接转化为更短的加热脉冲开启延迟,让烙铁头更快地获得能量补充。
缺点: 上升时间受上拉电阻限制(但可通过选小电阻优化),需要外部上拉电阻。
结果: 回温更快,温度跌落幅度更小,控温更“果断”。这是更优的选择。

使用 LM358 (运放作比较器):
缺点:
开启延迟显著: 检测到需要加热到实际开启加热之间的时间较长。
潜在振荡风险高: 在阈值点附近输出不稳定,导致MOSFET频繁开关或处于半导通状态,产生额外热量损耗,有效加热功率降低。
开关速度慢: 即使没有振荡,上升/下降沿也较缓。
结果: 回温速度慢,烙铁头温度从被焊点拉低后恢复到设定温度所需时间更长。在焊接大焊点时,温度跌落会更明显,恢复更吃力。振荡还会导致额外的能量浪费和元件发热

总之:
对于基于MOSFET PWM控制的简易烙铁温度控制器,LM393(比较器)在回温效果上显著优于将LM358(运放)用作比较器。
LM393提供了更快的检测响应、更干净快速的开关动作以及固有的抗振荡特性,这些都直接转化为更快的回温速度和更小的温度波动。
虽然可以通过给LM358添加正反馈(迟滞)来抑制振荡,但其固有的速度劣势仍然存在,回温性能不如专门设计的比较器LM393。

目前只有两款控制板使用了393比较器,回温飞快:
https://www.mydigit.cn/thread-483290-1-1.html  这是T12的,第9个(同第6个)
https://www.mydigit.cn/thread-487533-1-1.html  这是C245的

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发表于 2025-7-21 10:33:06 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
我这两天测试的936 就是358的控制板  感觉影响不大 灵敏度还是可以的
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发表于 2025-7-21 11:00:15 | 显示全部楼层
看不下去大声哄。
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发表于 2025-7-21 11:16:44 | 显示全部楼层
T12板山东的一个卖家用的也是393。这个没有在你的9个中。
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 楼主| 发表于 2025-7-21 11:24:08 | 显示全部楼层
cztdj 发表于 2025-7-21 11:16
T12板山东的一个卖家用的也是393。这个没有在你的9个中。

有空发个图瞧瞧
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 楼主| 发表于 2025-7-21 11:29:47 | 显示全部楼层
忘了说:比较器和运放的售价差不多,电路更简洁可靠。
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发表于 2025-7-21 12:16:06 | 显示全部楼层
llmm0o 发表于 2025-7-21 11:24
有空发个图瞧瞧

这个卖家就是那个245板的卖家。他的T12板用的也是XD393。看二个板子没有多大的区别,245板在393下方加了一个电阻。其余的电阻阻值有许多改动。可能简单改了一下电路。有网友说在393的第三脚加一根线到245的测温端,可以驱动245。
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 楼主| 发表于 2025-7-21 13:16:00 | 显示全部楼层
cztdj 发表于 2025-7-21 12:16
这个卖家就是那个245板的卖家。他的T12板用的也是XD393。看二个板子没有多大的区别,245板在393下方加了 ...

果然,刚问了卖家,他说发货393。
我去年看第一和最后一个图都是358,就没提这款。
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发表于 2025-7-21 15:52:48 | 显示全部楼层
谢谢分享,技术制作帖
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发表于 2025-7-21 16:47:19 | 显示全部楼层
有些人不懂,以为低速驱动也得像高速驱动一样,至少要到NS级,其实不是这样的,而是看脉宽和驱动上升下降的时间比。20MS脉冲,驱动上升下降在US级已经非常好了。何况T12驱动其实还有一个三极管加速的。所以358和393没有本质区别。
影响最大的其实是比较器的电压比较精度,毕竟工作时电压区间很小,我记得在3MV至6MV之间,对应的温度就是大约每度为0.1MV,差的运放或者比较器识别不到这么精准。但目前来看,其实卖烙铁的都挑选过,基本都能达标。
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 楼主| 发表于 2025-7-21 17:33:46 | 显示全部楼层
yang9845 发表于 2025-7-21 16:47
有些人不懂,以为低速驱动也得像高速驱动一样,至少要到NS级,其实不是这样的,而是看脉宽和驱动上升下降的 ...

你看了开头就反驳,不行啊。
虽然我提到了微秒(µs),但没加色,重点部分“压摆率和带宽”、“开环增益极高”、“开关速度慢”都加色了,这些原因都跟网友反映的回温差密切相关,你怎能充耳不闻?你的焊台回温有多好?
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发表于 2025-7-21 17:40:02 | 显示全部楼层
在电烙铁的应用场景中,都是然并卵,热惰性带来的波动超过芯片上千倍
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发表于 2025-7-21 19:20:12 | 显示全部楼层
陈满神 发表于 2025-7-21 17:40
在电烙铁的应用场景中,都是然并卵,热惰性带来的波动超过芯片上千倍 ...

对的,这才是重点,不说上千倍,百倍是有的, 接触焊点瞬间降温上百度,来点风直降几十度。并且这是无法根除的问题,只能通过尽量测量头子根部的温度来缓解。
不单有测温问题,还有头子镀锡合金层,那玩意啊,得薄,很多人只看原装T12穿孔的多,所以国产就给你做厚一点,用一辈子不穿孔(因为均匀度温度其实还是会穿),但其实就是个狗屎,根本不好用,因为那合金层主要成分是铁,厚了传热慢,用起来不灵敏。
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 楼主| 发表于 2025-7-21 22:40:58 | 显示全部楼层
本帖最后由 llmm0o 于 2025-7-22 00:28 编辑
yang9845 发表于 2025-7-21 19:20
对的,这才是重点,不说上千倍,百倍是有的, 接触焊点瞬间降温上百度,来点风直降几十度。并且这是无法 ...

“瞬间降温上百度,来点风直降几十度”?你看看人家高水平的设计 :±3℃
图中绿线为PWM占空比,黑线为电流,蓝线为目标值target(280℃),红线为实际值real,偏离很小!

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发表于 2025-7-22 09:29:38 | 显示全部楼层
llmm0o 发表于 2025-7-21 22:40
“瞬间降温上百度,来点风直降几十度”?你看看人家高水平的设计 :±3℃
图中绿线为PWM占空比,黑线为电 ...

都没问题,别人说的是焊点处的温度,你说的是测温探头测试的温度。烙铁温度稳定了,焊东西的时候焊接面瞬间传热,温度瞬间降低,烙铁头大的还好,烙铁头小的焊锡瞬间都会凝固,此时测温探头温度完全跟不上的,变化相差百倍很正常
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发表于 2025-7-23 07:02:09 | 显示全部楼层
使用 LM358 (运放作比较器):
缺点:
开启延迟显著: 检测到需要加热到实际开启加热之间的时间较长。
//------------------------------------------------
那关断延迟是不是也要考虑一下?要是关断延迟时间等于开启延迟时间,实际加热时间(占空比)并不改变。
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发表于 2025-7-23 09:12:53 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
yang9845 发表于 2025-7-21 19:20
对的,这才是重点,不说上千倍,百倍是有的, 接触焊点瞬间降温上百度,来点风直降几十度。并且这是无法 ...

镀层厚点影响不大  吃锡好的烙铁头是整个吃锡面都在输出热量而不是接触那个点。白光的大部分型号 头子也都是很厚道的,而GOOT 从始至终 都是很厚道 。以前拆那个固特802的头子 被锡吃的跟虫子咬过一样 ,切开后 其最薄处的镀层厚度至少还有0.5mm。
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发表于 2025-7-23 10:19:09 | 显示全部楼层
hechuanhuawe 发表于 2025-7-23 09:12
镀层厚点影响不大  吃锡好的烙铁头是整个吃锡面都在输出热量而不是接触那个点。白光的大部分型号 头子也 ...

你可能是用小头少,大头子一般不好感觉出来,但尖头一类的,区别太大了,国产头子用起来狗屎一样,锡珠都到不了尖上,厚度多少我不知道,但0.5MM不可能,毕竟小尖头总共只那么大点。
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发表于 2025-7-23 10:41:14 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
yang9845 发表于 2025-7-23 10:19
你可能是用小头少,大头子一般不好感觉出来,但尖头一类的,区别太大了,国产头子用起来狗屎一样,锡珠都 ...

这个是以前拆的  GOOT  802圆尖头 的帖子
https://www.mydigit.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=298582&fromuid=1182336
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