重启烂尾楼：一颗电容一颗MOS管一颗单片机，做高频烙铁焊台

infozx · 发表于 2019-2-1 23:40:29

高频焊台，四年前的烂尾工程准备重启。。。。。。。。

高频功率级：
最早网上流传的方案都是照抄Quick 203H那一版，除了烙铁头，功率级需要额外两颗大电感和高压电容。也而且可以微调参数，省一个串联谐振的功率电感，或者不省。温度传感和显示部分就是ATmega8，按键和3位数字。

后来的方案有模仿电磁炉的半桥LC谐振，效率比较高。也有用推挽变压器隔离谐振的。

然后再还有一种，就是低成本电磁炉，单端MOSFET驱动LC谐振腔的版本，效率低点，这个没什么人做。我抽空尝试点了这种。

实验结果：目前只有近30W的输出功率，但也差不多10秒化锡的样子。而且是在参数还没仔细调，ZVS还没到的情况下。看年后能不能调到60W出来。

手柄：快克203H的60w或其仿品；很苦逼没有LCR表，测不了感量，看波形估出来大概20uH不到的样子。
电容： 20nF 630V 聚丙烯薄膜（我手头临时用的聚酯的）
MOS管：开始一颗杂牌12N65，损耗太大，烫手；后来试了英飞凌IPD50R500CE，Rds=0.5R  Qg=18nC, Coss=31pF, Trr=180nS；
单片机： STM8S003，PWM由Timer出Ton=1uS  T周期=3.5uS即可。5V mcu直驱，Rg电阻10欧姆，补反拉二极管，还没加图腾柱驱动电路。

DC电源电压：从24V 到 60V区间都可以点。我试验最后DC电源满功率点到60V，0.5A；接近30W，烙铁上估计二十七八瓦，MOS管损耗掉一两瓦。

原理图：

这个单端驱动谐振拓扑，基本由Ton决定烙铁发热功率，一般保证Ton不变，动态调整Toff实现ZVS零电压开通，达到软开关损耗最低的效果。但是目前单片机没高速比较器也做不了这么快速几百纳秒延迟的ZVS过零电压检测；以后考虑用PIC16F17系列的PSMC外设做，才能搞得定。动态调整的好处是能自适应不同烙铁头，L感量和C容量偏差，在批量生产时很有好处。自己做这一个烙铁可以只针对这个头子的感量值，用单片机定点微调ZVS就好。

示波器测驱动频率在280k，有点偏低了。

图中的波形，目前还没做到ZVS，所以损耗有点大，要做ZVS需要再把驱动的Toff时间再拉大点；单位放假电脑关点，我来不及改程序参数，就没试成。开始试的一颗拆机TO220的12N65杂牌MOS，没查到型号，估计Rdson>0.7，Coss=400pF；发热严重，十几秒钟就烫；但是波形正常，后来换了英飞凌IPD50R500，发热好了很多，但是关断后电压波形有严重寄生振荡，估计是Coss太小了，才31pF，串联高频振荡了。所以这种场合，既然能做到ZVS，用IRF360/540那种TO-247老的慢管子反倒更合适。

求教做过的大虾经验指教，还要调整哪些参数？把损耗降下来，输出功率升上去，效率提高。:handshake::handshake:

其实6562 PFC芯片可以放在这个ZVS谐振应用里，从原理上非常适合；可惜受限于一开始芯片的目标设计特性（例如LEB时间），其工作频率没法达到300k-500k这个区间。

可以做100kHz  1kW的电磁灶感应加热。

补充内容 (2019-3-1 09:25):
测试视频：

晚风飘飘 · 发表于 2019-2-2 00:16:31

看上去太专业了

温力口 · 发表于 2019-2-2 00:27:40

谢谢分享。这个类型的比较简单，成本低，不知效率如何？我认为参照电磁炉的，效果更好些，ZVS开关，驱动信号与谐振自适应，效率更高。

衡水家维 · 发表于 2019-2-2 00:56:00

恭喜贺喜，实在对这个一窍不通

zhangqiangzi · 发表于 2019-2-2 12:50:40

本帖最后由 zhangqiangzi 于 2019-2-2 12:55 编辑

老哥看我用节能灯镇流器做的 https://www.mydigit.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=6571
现在不用变压器了，线圈直接绕在 936 烙铁头上，功率 60W， 4 秒化锡， 5秒就是三百多度了。这个功率下想稳定的控温可能略有难度。

用的镇流器是 11.5W 的节能灯上面的，其中一个 13003 加了散热片后，可长时间工作板子不怎么热，毕竟是软开关的电路。
当然这个电路的频率不适合成品的高频手柄，只能自己做手柄。

zhangqiangzi · 发表于 2019-2-2 12:52:27

本帖最后由 zhangqiangzi 于 2019-2-2 14:41 编辑

你这张原理图会导致感应加热的线圈里某些情况会不会有直流分量通过呢

zhangqiangzi · 发表于 2019-2-2 14:41:08

再胡乱瞎说一下：

如果在 L1 的一端穿个磁环，磁环上绕线获取感应信号，然后通过一定电路变换去驱动 NMOS，这样是不是更简单可靠一些呢。
这种情况的电路应该怎么设计呢。如果这种十分简单的电路能做出来，以后高频烙铁也就普及了。

infozx · 发表于 2019-2-11 23:08:09

本帖最后由 infozx 于 2019-2-12 00:28 编辑

zhangqiangzi 发表于 2019-2-2 12:52
你这张原理图会导致感应加热的线圈里某些情况会不会有直流分量通过呢

这种单端驱动的谐振电路，肯定有直流分量的，不像半桥对称驱动那么好。电感电流直流分量控制在一定范围没啥问题。

infozx · 发表于 2019-2-11 23:20:53

zhangqiangzi 发表于 2019-2-2 12:50
老哥看我用节能灯镇流器做的 https://www.mydigit.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=6571
现在不用变压器了 ...

我年前就看到你的帖子了，很有创意。ad点短接，把原来节能灯的那个谐振电感绕成变压器了，等效电路实际就是典型的双管自激振荡ZVS的图。这种电路，高频感应加热的ZVS板子TB上很多人在卖，但他们是低压几十伏的。另外，告诉你拆变压器磁芯的一个诀窍，你放烤箱里200度烤十几分钟，拿出来轻轻一敲就开。

zhangqiangzi · 发表于 2019-2-12 12:25:35

infozx 发表于 2019-2-11 23:08
这种单端驱动的谐振电路，肯定有直流分量的，不像半桥对称驱动那么好。电感电流直流分量控制在一定范围没 ...

成品的高频烙铁头有点贵的, 里面是银导线的.
你这样万一直通了, 烙铁头就烧了, 一次大几十, 烧几次就不想玩了

culcul · 发表于 2019-2-12 14:40:23

看起来好高端啊，普通烙铁都玩的不好的人羡慕ing

zhangqiangzi · 发表于 2019-2-13 16:11:37

楼主你说的 "也有用推挽变压器隔离谐振的" 是这个电路图吧.
这其实还是个 ZVS 吧有没有能专门驱动这个的芯片呢, 最好是还能控制功率的.

毕竟单纯的 ZVS 只能控制开关

stevenyan198 · 发表于 2019-2-14 09:52:56

zhangqiangzi 发表于 2019-2-13 16:11
楼主你说的 "也有用推挽变压器隔离谐振的" 是这个电路图吧.
这其实还是个 ZVS 吧有没有能专门驱动这个的芯 ...

我觉得推挽还是不合适, 变压器利用率低了.

zhangqiangzi · 发表于 2019-2-14 10:33:36

stevenyan198 发表于 2019-2-14 09:52
我觉得推挽还是不合适, 变压器利用率低了.

推挽不是关键, 关键是谐振啊, 谐振后就是呈完全阻性了

infozx · 发表于 2019-2-15 18:54:48

zhangqiangzi 发表于 2019-2-13 16:11
楼主你说的 "也有用推挽变压器隔离谐振的" 是这个电路图吧.
这其实还是个 ZVS 吧有没有能专门驱动这个的芯 ...

你楼下的这位高手就用3525做了一个谐振半桥的，可以去看看他的帖子。我觉得如果不仅仅是考虑谐振400k功率级的部分，把36-48V AC/DC电源也考虑进去的话，他这个半桥谐振电路是相对最简单成本最低的一个高频烙铁方案，扔掉了笨重的变压器，重量也轻，烙铁输出跟交流也是低压安全隔离的，如果考虑做产品还可加个APFC。你改节能灯虽然也隔离，但是没法控制功率，难以精确控制温度。

网上一大堆的ZVS做特斯拉高压，涡流感应加热的，都是这个ZVS的图。类似于节能灯的自激振荡。

自激振荡谐振到最大功率频率点，自适应ZVS，简单粗暴。只能靠调节VDC输入电压来简单控制下功率。

我按低成本电磁炉方案做的单端驱动方案，准确来讲不应该叫ZVS，它只在后半周期有ZVS；叫准谐振比较合适。
而且仿真和做实验的图里面，漏了一个关键的电容，Cin没加，并在输入电解端的；

infozx · 发表于 2019-2-15 20:28:28

目标焊台外观（5年前在TB淘的这个库存处理机器）：

作为强迫症，搞个DIY真他喵的难，时间都挤不来。为配合这个车载CB机手台外壳，选7段数码管米字管OLED屏都选了很久，就为找个尺寸刚好的，但太难了一直没选到合适的，又不想难看，烂尾了很久。

zhangqiangzi · 发表于 2019-2-16 11:28:36

infozx 发表于 2019-2-15 18:54
你楼下的这位高手就用3525做了一个谐振半桥的，可以去看看他的帖子。我觉得如果不仅仅是考虑谐振400k功率 ...

求 3525 做这个的电路

邓穿石 · 发表于 2019-2-17 00:12:11

本帖最后由邓穿石于 2019-2-17 10:03 编辑

个人以为
考虑市电电源的直接使用，应该用5楼 zhangqiangzi大神类似的电路比较有优势，毕竟你还要一个AC-DC。
比如节能灯或电子变压器改的更简单小巧，上百瓦的也小个头，其电路非常成熟。
对于业余爱好者，不容易做好的是后级新增的次级电压与烙铁头电感量的匹配计算，烙铁头也不容易自制。