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[工仪] 前些日子买的点焊机控制板和超级电容,组在一起看看效果

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发表于 2021-10-5 12:40:04 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本帖最后由 qrut 于 2021-10-16 07:28 编辑

节前撸的点焊机控制板,买来由于没确定合适的能量源所以一直没正式测试,只拿了一个20ah 电瓶试了一下,内阻大约20毫欧,能顺利的点焊0.1mm镀镍片,极限0.15,再厚就吃力了。主要原因是电源内阻太大。想到用动力聚合物,但是考虑到寿命和内阻还不是特别理想,于是经过计算选择了最合适的搭配,3颗3000f 的超级电容。


三颗串联 8.1v 1000法拉, 串联总内阻只有1毫欧左右,非常适合用来做点焊机能源,这个电容论坛应该也很多人有撸。
之所以选这个,还选了3串 ,电压和内阻都是根据控制板参数经过计算严格匹配的。
四周套了透明热缩膜
IMG_20211004_142218_HDR.jpg


单颗标称3wh,怎么来的?我帮你算,E=0.5CU^2  E电势能量(单位焦耳) C容量(单位法拉)U电压(单位福特)因此e=0.5x3000x(2.7-0)^2=10935j   [2.7-0表示2.7放电到0v,表示完全放空]
1wh=3600j ,因此10935/3600=3.0375wh.  为了更直观了解其能量大小,换算成标准锂电均压3.7v    3.0375/3.7约等于820mah@3.7v
同样能量体积却大了几十倍,但是放电电流和内阻却不是普通甚至动力聚合物能比的,点焊机要的就是这个特性。
IMG_20211005_113207.jpg


下面是板子,8档调节,板子上有加强铜条,但是实测总内阻还不是特别低,比较影响点焊效果,四根线都是冷压连接,实际这样容易接触不良,实测每个压接点内阻都0.3-0.5毫欧,有一个甚至高达0.8毫欧,这样几个一起就几个毫欧了。四根线长的线阻才0.7毫欧,短的0.5,一个压接点就达到或超过一根线的内阻了,这样将严重影响输出电流。
IMG_20211004_102021.jpg


板子用了5颗300a(图片标注330a是笔误) 低内阻mos(单颗rdson 0.7毫欧左右),电路很简单,用了一颗78l05给单片机供电,mos连接到电源负极,ds通过一颗高阻值电阻跨接,用来提供回路实现输出短接自动触发功能,用了一颗三极管经过电阻分压取样,当输出短接由于负极mos未开通,只电阻提供微小电流,所以短接表笔导致表笔负极电位从低电平被拉高,这个电位通过电阻限流分压后进三极管基极,三极管npn型,导通后拉低集电极上拉电阻,集电极电位由高变低进入单片机,单片机侦测到输出脉冲到光耦1,2脚,光耦3, 4  ,集电极接vcc,(不经过78l05 ),发射极输出高电平驱动mos导通。用光耦的目的就是为使mos vgson的电压提高到vcc而不限制在单片机的io输出电平,这样会使mos充分导通减小内阻。
但是条件是4n04r8 要想达到0.7毫欧的内阻,实测vgson必须大于等于5v。  因此就算是独立vcc驱动,在板子上没设计独立升压驱动的情况下也不适合3.7v的单锂聚合物(不考虑电池内阻都驱动不足),还有双2.7v(5.4v)的两串超级电容。 5.4的两串超级电容还算踩了个边,但是考虑到控制板总内阻,最大电流将受到限制。
IMG_20211004_102046.jpg


下面为了改善压接内阻所有压接点都重新灌锡
IMG_20211004_102132.jpg


还有这里
IMG_20211004_102204.jpg


板子反面
IMG_20211004_102228.jpg


为了实现软开关,这里单片机供电铜箔割断。
IMG_20211004_102255.jpg


串一个开关,这个隔离二极管的作用有两个,非常重要,第一起到反接保护的作用,第二 点焊时电源瞬间相当于短路,内阻较高的能量源端电压被拉到很低,例如12v 20ah电瓶会降到4,5v  这时不加这颗二极管板子滤波电容的电压会被同步拉低到电瓶电压,此时板子mos栅极驱动电压就会不足有炸管危险,加入二极管会隔离电解电流向电瓶回灌,保持较高的电压,确保mos可靠开通。当然对于内阻极低的超级电容来说倒是可有可无,但是去掉会丧失反接保护功能。
IMG_20211004_103926.jpg


IMG_20211004_103937.jpg


点了点704
IMG_20211004_135532.jpg


下面测试正极内阻,这个是公共端,输入到输出2.686毫欧。
IMG_20211004_135851.jpg


再测负极输入到输出内阻,这个包含5颗mos的导通内阻在内,测试条件vgs8v  ,实测mos vgson只有在5v以上内阻才能达到最小,4v左右时会大一倍,所以单锂是很不合适的。能勉强点焊也是玩具级别。  这里测出2.865毫欧,和上面差不多。
IMG_20211004_140957.jpg

下面连接好,经上面测试,整个回路的总内阻(包含超级电容内阻)1+2.686+2.865约6.5毫欧。
这样8.1v供电回路最大电流为 8.1/6.5 =1246A  大概1200a 左右,瞬时最大总功率(包含电源内阻功率) 8.1x1246=10092w,约10kw左右,电源最大输出8.1v-1毫欧x1246=6.854v(压降1.246v ) 排除电源内阻损耗瞬时最大输出约8.8kw。
这块控制板5管,设计最大电流1500a,1246刚好有余量接近满负荷喂饱,所以选择3串(1毫欧)超级电容,两串输出电流大概小3分之1,  4串就会超额定有炸管风险。
IMG_20211005_102921_HDR.jpg


下面0.1mm镀镍片测试,只最低1挡效果,
IMG_20211005_103408.jpg


撕开已经掉肉拉丝,焊点瞬时功率大概0.5x1200^2 约720w起步,(0.1铁镍片间距5mm 时内阻大概0.5毫欧),瞬间熔融状态镍带电阻增加大概吸收1kw左右功率。可以看到10kw总功率实际到镍片上只有10分之1左右了,这还是0.1的厚度,更厚的电阻会更小,虽对总电流没什么大的影响,但是更低的内阻自身吸收的功率会更加的小,更厚的镍片同样1200a电流也许只吸收上面1kw一半的功率,因此焊铜片之类需要更大的电流(千安起步)或适当增加脉冲个数和周期。
IMG_20211005_103536.jpg


两片0.1叠加,4档
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焊好
IMG_20211005_103805.jpg


可以看到一焊点已经掉肉,其他有点欠火,5档应该完美。
IMG_20211005_103923.jpg

0.2的镍片还没到货,先0.25mm的白铁皮测试。(更新一下  0.2镀镍 4-5档非常的牢固和轻松)
IMG_20211005_102647_HDR.jpg




6档
IMG_20211005_104109.jpg


顺利焊接,焊针没打磨,焊点有点毛刺。
IMG_20211005_104139.jpg



撕下已经掉肉,效果良好,这个厚度就别想撕下点什么了。
只用到6档,0.3mm的厚度8档应该可以搞定。
IMG_20211005_104347.jpg


再测试一下铜片,0.1mm 的黄铜片。
IMG_20211005_104552.jpg


内阻比铁镍低的多和纯镍接近,因此直接6档。
IMG_20211005_104850.jpg


焊点良好
IMG_20211005_104905.jpg


强度达到掉肉直接撕烂,8档应该可以0.15-0.2黄铜片。
IMG_20211005_105015.jpg



经测试性能还不错,回头做个壳子装起来。



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