烙铁四部曲之T12的那点事，白菜白光驱动分析和热偶的粗浅知识

jf201006 · 发表于 2023-4-21 11:37:22

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前三部：

黄花NO.907恒温电烙铁

HAKKO FX-888焊台

白光（HAKKO）936焊台

本帖内容：

一、白菜白光控制器（616）的原理

二、热电偶相关知识

三、T12使用的热电偶分度的验证

白菜白光，一般是使用白光FX951焊台的发热芯和一只运放组成的烙铁主体，外接一个24V的直流电源既可使用。

FX951的发热芯使用是发热单元、热电偶和导热头一体化的，加之使用单片机控制温度，所以控温精准、导热快，回温快。

当年使用淘汰下来的T12发热芯是当废品论斤卖的，直到某大神使用运放及PMOS控制发热芯的出现，因其简洁小巧俗称“一元钱板”，后被电子爱好者所青睐，因此T12的发热芯焕发了第二春。

后又经各路大神不断改进，使用单片机控制，回归了应有的功能（控温精准，休眠等），而且还比原装的FX951便宜。

上以题外话，下面以616控制器的4.0版进行分析。

一、白菜版（616）的原理

抄图如下：

从左到右分为五个功能部分：温度设定、温度比较、滞回比较、驱动、开关。另外就是电源变换和指示

（一）温度设定部分：

不同版本的616控制器的这部分是有些区别的，以4.0版本的为例说明。

通过R10、R9、R8和可调电位器RT组成的分夺网络，将5V电压时行分压，得到一个毫伏级的线性电压区域。

这部分电路可以通过三角形－星形变换进行等效后时行计算。

变换公式如下

计算后，线性不错。当RT触点开路后，所得分压值为4.55mV，比较安全，烙铁头温度二百多度吧。

（二）温度比较分部

运放U1.A的端③脚通过电阻R5接到发热芯上，对串在加热单元的热偶进行采样。反相端②脚为温度设定值，当温度设定好后，运放U1.A会以此为参考进行比较，并在①脚输出（同相控制）信号。

当热电偶的电压值低于设定值时（如刚加电），②脚电平高于③脚电平，①脚输出低电平；

当热电偶的电压值高于设定值时（温度过高），②脚电平低于③脚电平，①脚输出高电平。

（三）滞回比较分部

运放U1.B及R2组成滞回比较器，R3与R1分得固定电压（2.5V）给运放同相端⑤脚，作参考。R4与C1可以理解为一个积分电路，接运放的反相输入端⑥脚，此时，这个单元电路就相当于一个单稳电路，常（稳）态是⑤脚低于⑥脚，⑦输出低电平。

二极管D1是这个单元电路的输入端，其导通可以对C1放电，相当于一个触发信号，但是个低电平触发（不是下降沿）。

当输入一个低电平时，D1导通，C1通过D1放电，⑥脚电平下降，低于⑤脚固定电平时，⑦脚输出高电平；

当输入一个高电平时，D1截止，C1通过R4充电，⑥脚电平升高，高于⑤脚固定电平时，⑦脚输出低电平。

电阻R2是正反馈电阻，一个是使⑦脚输出的反转具有滞回，提高抗干扰能力；另一个也加速了反转过程。

（四）驱动部分

由NPN三管Q1完成。

当输入高电平时，Q1导通，Q1的c极为低电平，电阻R7上有正向压降；

当输入低电平时，Q1截止，Q1的c极为高电平，电阻R7上没有压降。

（五）开关部分

Q2是一个P沟道的MOS管，Vgs为负值时才能导通，这个PMOS管的选择除了耐压和电流外，还要注意使用开启电压

较低的管子，若管子不能完全开启，则发热较为严重。

Q2的G极的S极接有电阻R7，所以：

当R7上有正向电压时（Q1导通），Q2的Vgs为负值，Q2导通，发热芯开始加热；

当R7上没有电压时（Q1截止），Q2的Vgs为零，Q2截止，发热芯停止加热。

（六）电源及指示部分

78L05将输入的加热发热芯的高电压（24V），稳定到5V，为运放提供电源，也为温度设定部分提供基准电压。

LEDG为绿色发光二极管，指示电源工作正常；LEDR，红色发光管指示正在进行加热。

（七）整个电路的控温过程

a）当②>③时；①低；D1通；C1放电；⑤>⑥；⑦高；Q1通；Q2通；加热；C4充电。

b）当②<③时；①高；D1止；C1开始充电；⑤>⑥；⑦高；Q1通；Q2通；加热；C4充毕。

c）当②<③时；①高；D1止；C1达到固定值；⑤<⑥；⑦低；Q1止；Q2止；停止加热；C4放电。

当C4放电完毕时，若未达到设定温度时，将出现②>③，重复a、b、c；

若达到设定温度时，将停在c，等待发热芯温度下降，直至②>③的现出，进入到a。

些电路的核心就是间歇地对发热芯进行加热，在间歇期，利用不加热的时间对热偶进行采样，判断发热芯的温度。

电路中C4、R5决定加热间隔，C4从电源电压放电到热偶电压的时间就是加热间隔；C1、R5决定每次加热时长，C1从零电压充电到固定电压的时间，就是加热时间长度。

电容充放电时时间t=R*C*ln[(V1-V0)/(V1-Vt)]，

其中：V1为电容放电最终的电压(理想设定为0V)；

V0为电容上初始电压；

Vt为t时刻时电容上的电压。

加热间隔就是C4从电源电压开始放电，放到热电偶的电压终止，设电源电压为24V，热偶电压为10mV。

以下为估算：

加热间隔估算t=R*C*ln[(V1-V0)/(V1-Vt)]=10K*0.01u*ln[24V/10mV]=0.778mS；

加热时间估算T=200K*0.1u*ln(2.5V/0.7V)=71.4mS。

加热的间隔和每次加热的时长将决定升（回）温速度和控温的准确性。如果加热间隔很小、每次加热时间很长，则升（回）温速度加快；但加热时间太长就会控温不精确。有的电路是减小加热间隔上做改进，职在C4上并一个二极管，利用二极管的正向压降进行限幅，使③在加热时的电平钳位在一个较低的范围，这样，在加热间隔时，③可以很快回到热电偶的电平，从而缩短加热间隔。

设二极管正压降为0.7V，

加入钳位二极管后加热间隔：T=10K*0.01u*ln(0.7V/10mV)=0.425mS；

快了多少倍：ln(24V/10mV)/ln(0.7V/10mV)=1.83，将近两倍。就是说加热间隔缩短了约两倍。这样升（回）温的速度也快了不少。

网上另一种交流版电路：

（八）这里顺便说一下白菜T12电源需求，由于其发热芯的直流阻抗为8欧姆，这就决定了其在不同直流电压下所需要的电流也是一定的，借一张图了解下：

二、热电偶相关知识

热电偶，就是两种不同的导体或半导体A和B组成一个回路，其两端相互连接时，只要两结点处的温度不同，回路中将产生一个电动势，该电动势的方向和大小与导体的材料及两接点的温度有关。这种现象称为“热电效应”，两种导体组成的回路称为“热电偶”，这两种导体称为“热电极”，产生的电动势则称为“热电动势”。，这就是所谓的塞贝克效应(Seebeck effect）。

热电偶回路中热电动势的大小，只与组成热电偶的导体材料和两接点的温度有关，而与热电偶的形状尺寸无关。