超级电容点焊机的完整制作流程（原理/电路/物料/制作/程序/测试效果）

yantant · 发表于 2021-8-9 12:12:35

接着我前一个帖子：https://www.mydigit.cn/thread-268851-1-1.html，这次的帖子就是填上次的坑，我先在这里挖一个新坑，有一个三部曲计划，点焊机只是其中的一环，下一个项目就是电烙铁，做过电烙铁的网友应该不少，不过我DIY的电烙铁和你们见到的应该都不大一样，现在因为STM32的单片机不好购买，我用了乐鑫的全新主控，目前正在调试当中。

给大家放一张预览的图片大概就长下图这样右边是是一瓶普通饮料的罐子，不算外壳全长168mm  直径最宽处11mm。

是不是特别的小巧，不光如此烙铁上带有温度传感器，自动冷端矫正(无论是什么季节不会影响烙铁温度)，带陀螺仪传感器支持低温唤醒(增加烙铁寿命解决电能)，升温速度大概能在3-5秒内从室温升到300(快速升温) ，带有OLED显示屏，支持PD2.0 PD3.0 协议65W功率，带2.4G wifi 可通过手机网页修改设置参数(最新版本支持) ，后面会修改加一个3d打印的外壳。

话回正题，还是先讲讲点焊机的原理。
常规点焊机分为两种：
一、变压器式点焊机，通过线圈将一次侧电压降低，再通过高压电容储能，通过大功率igbt或者继电器短路焊接点实现瞬间放电，实现焊接的效果
二、储能式点焊机，利用高能电池或者超级电容作为能量储备，使用大功率MOS管控制放电，瞬间大电流完成放电，实现焊接效果。

这里我只说讲储能点焊机原理，对于变压器点焊机我不作评价制作储能点焊机要考虑储能装置、放电MOS、线阻、控制器、四个问题。
1.储能装置
目前市面上有很多高能电池一般来说也称之为电芯衡量一个电芯的性能有三个标准
一是放电C率，二是充电C率，三是电池容量
C率*电池容量(单位Ah) = 瞬间放电电流 (或者最大短时放电电流)

以某宝某款火热电芯为例

50C * 5.5Ah = 275A(瞬间放电电流) 我用两片3300ma  45C锂电池做测试在电压接近4v的情况下实际效果并不怎么样，连点0.15mm镀镍钢片都费劲，理论电流在300A左右我还尝试过磷酸铁锂(因为磷酸铁锂电压标准比锂电更低所以效果更加的不好)

我在某宝上看了很多电芯电池，没有发现有便宜的高能电芯，那种100C的航模电池(以4000mA为例放电电流有400A)功率倒是够了，但是价格至少是200元起步。
所有使用锂电池点焊机的商家(150元-200元的价格区间内)宣传的0.2mm或者0.15mm镍片都是使用的镀镍钢片，钢片容易生锈远远没有纯镍的品质好，正规的厂商根本不会使用钢片进行焊接工作，所以使用文字游戏误导钢片等于镍片，但从成本角度来说目前的科学技术出现不了低成本的高性能点焊机，了解的小伙伴都明白那种点焊机仅仅是一个玩具而已。
锂电池优势能量密度高(同等体积重量下  有更大的能量 )  使用方便有很多关于锂电池充电的原理图，甚至资料。
锂电池劣势价格昂贵危险，有过充过放爆炸等安全问题(锂电池过放了就废了，也就是为什么那种便携点焊机放置久了以后就无法再次使用)
除了这种选择方案还要一种方案就是就是超级电容。

从左到右分别是1- 2.7V3000F法拉电容 2- 单体750F 两串两并超级电容组 3- 单个maxwell超级电容 4-带接出端子3000f法拉电容两串。
不算邮费分别的价格是1.单个20元  2.一组65.94元 3.单个15元 4.一组30元。

超级电容参数其实是要看手册的，这里介绍第四两串的超级电容
大概就看四个参数一.能量二. 放电能力三.内阻四电压能量是6Wh  换算成平时使用的4.2V锂电池大概等于 2857mAh  放电能力超过1000A(不能用电压除以内阻来计算 ) 内阻0.25mΩ-0.3mΩ  标称电压2.7
超级电容劣势体积大重量大
超级电容优势安全  可以反复充电100万次以上  电流强劲  正规厂家的二手电容价格远比锂电便宜可以把电压放到0v 不用担心过放问题。
我使用了好几种不同的储能设备进行测试  得出的结果就是  如果要想能点焊0.15以及以上的镍片必须使用超级电容(3000f两串或者两串两并) 或者很多很多锂电芯并联。

2. 放电MOS
放电的MOS管一般使用IRL40SC228 或者 IPT004N03L 的拆机件，你能买到比较便宜的或者包括市面点焊机都是使用的二手拆机件一个MOS的价格从2.5 - 4元不等，如果你问我为什么不使用全新元件，以IPT004N03L为例在正规电子商场买原装MOS 的单价在15一个，一个80的点焊机控制板  光MOS成本就60元，我想没有商家会干这样的买卖，但是很多无良奸商依然会给你说点焊机是全新，其实这也是一个文字游戏，点焊机全新但是MOS是拆机。
MOS的管一个电流在300A左右一般使用4个并联就可以在两串超级电容当中使用了，或者用100A的铅蓄电池焊接也是没有问题的。

3. 线阻
很多人都过分的去在乎线阻，比如铜线用最大号的，MOS选特别多的并联，实现上效果改善并不大，有个词叫边际效应，就是说，原本你的改良已经差不多了，你再更好的材料，物料并不会获得更好的结果。关于这个问题我会在下一代做一个测电流的装置来回应大家的问题，有实际的理论计算加上测试，我想这样会更加有说服力。

4.控制器
控制器没什么要求甚至连ne555都可以驱动  外加蜂鸣器 OLED  只是增加使用的效果，我自己选用的是gd32f330的芯片，用51 stm32 nxp 或者esp8266都是可以驱动的
制作流程(元器件清单参考物料表) 焊接顶板

底板焊接MOS管

组装

手柄组装

组装完成

关于大家说内阻很大的问题这里统一解释一下中间镀锡是平均厚度远远超过2mm的  然后大面级镀锡距离短大电流从上面过

下面是一些测试

我试试增加更厚的镀锡对0.2左右纯镍片焊接有没有更好的帮助后面会继续测试的不过这样可能会导致铜笔会直接焊接到上面最后不能拆卸
焊接0.15mm纯镍片毫无问题  在电压较高的情况下 0.20mm镍片也可以就是焊接效果没有0.15那么好。
这一版目前有一些问题，比如为了让上下版接触直接使用了铜柱导电，同时信号和电源都在铜柱上通过，这样会导致有时候会误触，甚至底板不能接触金属或者其它导电物质。
然后主控的价格本来就只需要3元一颗，现在涨价到15一个，需要换一个更加便宜的控制器，下一版会有更加便宜好用的点焊机，然后外观会升级，更加的紧凑。
整个帖子到这里就结束了，我打算做一版更加便宜功能更加强大的点焊机控制器：

开源PD点焊机，手把手教你做一台好看好用的点焊机，DIY点焊机终章：https://www.mydigit.cn/thread-312005-1-1.html

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千叶噜噜 · 发表于 2021-8-9 15:08:10

扎实。制作流程和PCB呢

hilljanet123 · 发表于 2021-8-9 15:15:02

我看见有人说这种直流的储能点焊机，两个焊点的质量是不一样的，如果想完美，必须使用双极性焊接，就是使用两组储能电容，正负各放电一次，真的是这样的吗？

yantant · 发表于 2021-8-9 15:20:16

hilljanet123 发表于 2021-8-9 15:15
我看见有人说这种直流的储能点焊机，两个焊点的质量是不一样的，如果想完美，必须使用双极性焊接，就是使用 ...

那种是正负脉冲，需要用IGBT制造正负电流，用MOS管的话需要使用对管，这种大功率的对管不好配，用IGBT的话价格又过高，用MOS阵列又无法小型化

yantant · 发表于 2021-8-9 15:21:30

千叶噜噜发表于 2021-8-9 15:08
扎实。制作流程和PCB呢

稍微等一会儿我在用不同的镍片测试等会儿全部物料表和程序都会放上来

myrydddddd · 发表于 2021-8-9 20:02:51

hilljanet123 发表于 2021-8-9 15:15
我看见有人说这种直流的储能点焊机，两个焊点的质量是不一样的，如果想完美，必须使用双极性焊接，就是使用 ...

好像是正极能量会大些，负极小些，可以压焊针的时候一个压重点一个清点，其实那么一点点对怎么小的焊点应该也没什么影响

ipchengjian · 发表于 2021-8-9 21:02:47

能不能再多搞几个电容　直接点焊铁皮　这样就有的玩了:lol:

飞人18 · 发表于 2021-8-9 21:19:25

看图片0.1的很牢，0.15的应该也行，镍带有皱折，0.2的感觉不行，应该撕的下来

飞人18 · 发表于 2021-8-9 21:21:57

能不能MOS管设计成分开驱动，并联驱动MOS管很容易炸管。

纯今 · 发表于 2021-8-9 22:14:29

淘宝闲鱼打不开，显示审核中

pcbboy1991 · 发表于 2021-8-9 22:27:36

嘿嘿嘿，点焊机不还是焊电池嘛^_^

qrut · 发表于 2021-8-9 22:51:02

看效果还不错，太厚估计非点劲儿～

yantant · 发表于 2021-8-10 00:02:06

飞人18 发表于 2021-8-9 21:21
能不能MOS管设计成分开驱动，并联驱动MOS管很容易炸管。

驱动MOS管炸机的原因是因为信号的不一致性(这种原因是因为寄生电容导致的)，在导通瞬间某一个单管提前导通瞬间电流过大(远超单管瞬间电流)，解决办法使用高内阻多MOS阵列(这种设计在单管的时候用MOS内阻限流多管时候内阻较小简单来说就是用自身内阻保护 MOS内部驱动不一致商用工厂机多是这种设计 )，我为了节约成本使用的是大电流低内阻MOS，解决办法是加并联电阻，并联电阻会让电信号一致，但是并联电阻的方式又会导致关闭MOS管的时候有迟滞效应，所以解决办法是在电阻上并联一个方向二极管起关闭的时候泄放MOS驱动电压的作用，我电路当中是有这个设计的，包括MOS的工作区间（都是工作在饱和区驱动电压在9V以上 MOS内阻可以达到比较好的状态）我设计当中都是有考虑的，甚至一开始的双管设计我也从来没有炸机过，如果是由于MOS管质量问题发生炸机问题，我使用的是控制放电分离的设计只要再换上一块底板就可以再次快速使用，如果是控制和板子一体成本倒是节约了，但是二手MOS管炸机后板子要么换MOS要么就费了。至于您说的分开驱动更容易导致启动电压不一致性，举一个例子单片机前后两条语句执行的时间一般在两个单片机周期以上，意味着如果哪怕不考虑寄存器的相应时间，IO口本身的响应时间，也不考虑分立MOS驱动器响应时间，四个分别不同的驱动相差的时间也会至少在8个周期及其以上，以51单片机为例，很容易就可以算出来时间第一个管和最后一个管的驱动时差，这样会导致大概在100us的时间内（我只是估计没有细算）单管会承担1000A甚至更大的电流 MOS数据手册上说MOS管可以短时承担500A的电流所以这样是更容易炸机