Контроллер паяльника Т12 и компактная паяльная станция на его базе

Некоторое время назад был у меня обзор простенького контроллера для паяльной станции, были тогда и мысли по его применению. Но поигравшись с ним некоторое время я понял, что для реализации моей идеи он не совсем подходит.
И вот ко мне в руки попала плата контроллера, которая как раз подошла для того, что я задумал.



Начну с обзор того, что скажу спасибо Владимиру, который в данном случае выступил спонсором, прислав мне собственно предмет обзора, ну а я решил показать, как его можно применить.
Контроллер куплен на Таобао, но также есть и на Алиэкспресс, стоит там около 20 долларов — ссылка.

У продавца есть два варианта комплектации, отличие между ними только в разъеме для подключения паяльника.
Итого в полный комплект входит:
1. Контроллер
2. Датчик вибрации, а точнее угла наклона
3. Терморезистор сопротивлением 10кОм
4. Ручка энкодера
5. Пятиконтактный «авиационный» разъем.

Платка реально очень маленькая, хотя мне в ней понравилось не только это.


На плате имеется цветной дисплей с размером видимой области примерно 25х15мм, энкодер, а также место под установку разъема.
Размеры платы 78х18х8мм без учета батарейки.


Но ключевое здесь не только и не столько в размерах, сколько в том, что плату можно разделить на три части и именно этого мне не хватало, так как для задумки плата контроллера должна была быть короткой.
По задумке плату можно просто разломать, но забегая вперед скажу, что лучше её все таки надрезать.
Из названия имеется только надпись T12 colour под дисплеем, а сам дисплей приклеен через двухсторонний скотч толщиной около 3-3.5мм.


Все контакты подписаны, что удобно как при подключении, так и просто для информации. На плате также имеется маркировка версии — 2.01, но мне это ни о чем не говорит.


Управляется при помощи микроконтроллера STM32F030C8T6, правее виден силовой транзистор управления питанием паяльника, внизу пищалка и стабилизатор питания.
Между батарейкой и платой энкодера установлен чип RTC, интересно что на плате имеется и место под разъем внешней батарейки.


Напряжение питания платы определяется напряжением применяемого паяльника, а точнее его нагревателя и составляет 24 вольта, но плата вполне нормально работает и при более низком напряжении, например от 10-12 вольт.
Собственное потребление платы очень небольшое, около 7-8мА.


Интерфейс управления предельно прост и понятен даже на китайском языке, который включен по умолчанию.
Вверху режима работы, заданная температура и температура чипа или внешнего датчика (если он подключен).
Посередине реальная температура, но так как паяльник не подключен, то отображается ошибка, правее месяц, число и день недели.
Внизу напряжение питания и реальное время.

Имеется четыре режима работы:
1. Нормальный, температура соответствует установленной.
2. Дежурный, температура 150 градусов, включается вручную однократным нажатием и автоматически по таймеру, автоматику можно отключить.
3. Форсированный, активируется двойным нажатием и устанавливает повышенную температуру на заданное в настройках время.
4. Режим «выключено», на дисплей выводится год, дата, день недели, время, а также температура паяльника и датчика температуры. Войти в этом режим можно как вручную длительным нажатием из дежурного режима, так и по таймеру.

Переход из дежурного в нормальный режим возможен как по нажатию, так и автоматически по датчику паяльника (отключаемая функция), из выключенного только нажатием на энкодер. При подаче питания контроллер включается в нормальный режим.

По некоторым причинам на это фото не попал форсированный режим, но думаю смысл понятен.


С настройками немного сложнее, сначала пришлось разобраться как переключить язык с китайского на английский, за это отвечает пункт 11 меню, вход в который производится длительным нажатием из нормального режима.
Пунктов меню тринадцать, выход длительным удержанием кнопки (если не включен режим 2 пункта Wake set)


Описание настроек:
1. Temp Adj. Калибровка температуры, производится при 350 градусах. Т.е. задаете 350 градусов и измеряете реальную температуру, если есть разница, вносите коррекцию.
2. Wake set, 0 — пробуждение отключено, 1 — включено по датчику паяльника и кнопке, 2 — включено только по датчику.
3. Standby, время перехода в дежурный режим 0-30 минут
4. Off time, время автоматического отключения 0-60 минут
5. Boost temp, на сколько градусов надо повысить температуру в форсированном режиме, 0-100 градусов
6. Boost time, на какое время включить форсированный режим, 0-255 сек
7. Buzzer, включение/отключение пищалки
8. Alarm.vol, напряжение питания при снижении до которого будет дано уведомление, например при питании от батареи
9. OFF.vol, напряжение питания при котором контроллер отключит нагрев, по сути защита от переразряда батареи
10, 11, 12. Contrast, По названию, регулировка контрастности, хотя внешне больше похоже на регулировку яркости. Но суть думаю понятна. По умолчанию стоит 80, можно менять в диапазоне 0-255, но следует быть осторожным, при 0 экран гаснет полностью.
13. DateTime, если выбрать 1 и нажать на энкодер, то попадем в меню установки даты и времени.
14. Init, сброс настроек на заводские.
15. Ну а так выглядит интерфейс основного экрана на английском.


Исходно настроена не очень высокая яркость экрана, в итоге поставил максимум, стало заметно лучше.


Небольшие тесты я проведу потом, а пока хочу рассказать о то, что хотел получить в итоге.
Если коротко, то есть у меня небольшая паяльная станция, ну а если говорить простым языком, то по сути паяльник с термостабилизацией, но суть в том, что выполнено все это в очень компактном корпусе и при этом имеется гальваническая развязка.
Да, в этом мелком корпусе не только контроллер, а и блок питания с мощностью порядка 50-60Вт. Покупал я его в 2008 году, но уже тогда люди, которые его разработали, перестали их производить. Все это время он мне служил надежно, да в принципе и сейчас нормально работает, но давно хотелось чего-то более современного и такого же удобного.


Останавливало меня то, что для задумки нужен был компактный контроллер и предыдущий возможно даже подошел, но он был длинным, а размещать его на корпусе вертикально, ну как-то некрасиво.
Контроллер который я показал выше подходит под задачу отлично и теперь появилась вторая задача, сделать не менее компактный блок питания, причем с мощностью около тех же 60Вт.

Я не буду особо расписывать схему, так как она проста, также не буду описывать полностью и конструкцию, ведь она будет привязана к конкретному корпусу, потому мало для кого имеет смысл. Но общий смысл идеи и проблемы, с которыми я столкнулся, опишу, возможно это будет полезно тем, кто решит сделать что-то подобное.

И так блок питания.
Делать решил на знакомом мне контроллере из серии TOPswitch производства Power Integrations, вторым вариантом был более простой БП на базе IR2153D.

Схему можно найти например в даташите на контроллеры, там же вы найдете и информацию по подбору мощности. Вообще большое спасибо разработчикам Power Integrtions за хорошо подготовленные даташиты, инструкции по применению и примеры.

Блок может быть совсем простым, а может быть относительно сложным, например как показанная ниже схема БП 70Вт 19 вольт.


Но куда полезнее, особенно для новичков, их программа расчета, которая по введенным параметрам не только дает схему, а и полный расчет БП с номиналами компонентов, примером трассировки платы, моточными данными трансформатора и указаниями по его изготовлению. Причем параметры компонентов можно менять «на лету», ПО автоматически просчитает изменения и выдаст рекомендации.

Набросал для примера вариант блока питания на 24 вольта 60Вт, здесь он выглядит заметно проще чем в примере выше.


К сожалению новые версии ПО не работают со старыми чипами серии GX, но на самом деле это не критично, в большинстве случаев можно брать данные из расчета от серии HX.

Я же решил вообще делать «по старинке» и даже чип использовать в упрощенном варианте подключения. Собственно даже схему я не чертил, а сходу трассировал плату.

В качестве доноров компонентов выступили сразу несколько устройств, для начала блок питания Meanwell. Работал он недолго и «умер молодым».


Вообще я обычно хвалю продукцию данной фирмы, но не в данном случае, здесь я ругался. Понятно что блок питания из бюджетной серии, но все таки он был нагружен от силы на 50% и вышел из строя примерно через год, если не меньше.


Взял из него диодный мост, но в качестве ключевого мне нужен был его корпус, тем более он непростой. Конструкторы Meanwell сделали корпус со встроенным радиатором, если так можно выразиться. Внутри пластика находится алюминий, на который отводится тепло при помощи выведенных из него пластинок к которым прикручиваются высоковольтный транзистор и выходная диодная сборка. Кроме того в двух точках он припаивается к плате и работает как экран для снижения ЭМИ.


Пару слов о блоке питания.
Если бы я не знал, что это Meanwell, то подумал бы, что это менее именитый производитель.
Да здесь есть все что необходимо, но выглядит это как-то некрасиво. Кстати блок питания на базе автогенератора, что в устройствах данного сегмента попадается крайне редко.


Входной и выходные конденсаторы производства CapXon, причем выходные на 16 вольт, что отчасти и стало причиной их выхода из строя, второй причиной является сам производитель данной серии конденсаторов.
Выходная диодная сборка почему-то не Шоттки, а из обычных диодов, да еще и на 200 вольт, причем MOSPEC, которые чаще попадаются в дешевых китайских БП.
Но также грустно выглядит и сама плата, а особенно криво припаянный светодиод и SMD резистор, такое ощущение что про него забыли и допаивали уже потом.


Одним из ключевых элементов любого блока питания является трансформатор. Изначально хотел использовать трансформатор от плат блоков питания ЖК мониторов, но они там хоть и имеют подходящую мощность, но рассчитаны на 12-15 вольт. Перематывать откровенно было лень, а «разгонять» до 24 вольт небезопасно для контроллера.

В итоге вспомнил что у меня есть разобранный БП после одного из обзоров и как раз на 60Вт 24 вольта.
Для сравнения габаритов:
1. Трансформатор из какого-то безымянного БП АТХ 250Вт.
2, 3. Из плат БП ЖК мониторов
4. От БП LRC.

Первый трансформатор не имеет зазора, потому для моего БП не подходит и также требует перемотки, но думаю применить его в другом проекте.


Плату изначально трассировал под один из трансформаторов от ЖК мониторов и даже где-то есть почти готовая трассировка, но как я писал, в итоге применил трансформатор от другого БП.
Именно потому нет смысла публиковать трассировку, хотя меня в процессе посетила мысль спросить у производителя, можно ли у него купить некоторое количество таких трансформаторов, тем более они универсальные, для БП на 12 и 24 вольта, две обмотки соединяются параллельно или последовательно.
Если можно купить, то имеет смысл повторять такую конструкцию.

После травления платы пролудил дорожки, а затем немного «обработал напильником» чтобы плата нормально вошла в корпус.
Кстати, в процессе сборки вносил на всякий случай коррективы в трассировку, вдруг потом пригодится.


Вы конечно спросите, а что делать если делать блок питания сложно, а компактную станцию хочется. Можно применить блок MeanWell EPS-65S-24, на фото он в сравнении с платой из «донора» и моей заготовкой.
Но к сожалению в данный корпус он не влезет, а тот что подходил, хоть и был в формфакторе адаптера, но имел заметно больший размер, даже излишне большой. Потому и решил делать свой.


В общем-то можно сказать, что все получилось почти сразу, но как минимум в одном месте я накосячил сходу, перепутал подключение диодного моста, заметил еще на этапе его установки, пришлось перерезать дорожки и соединить по другому.
Для расчета цепей обратной связи пользовался калькулятором из блога, расчетное напряжение получалось 23.47 вольта, в реальности оказалось 23.35. Можно было скорректировать в сторону увеличения, на плате есть добавочное место для резистора, но оставил пока как есть.

Основной проблемой при трассировке и сборке было требование иметь небольшую высоту, единственный высокий компонент, который допускался — трансформатор.
В итоге большая часть деталей была взята с разных плат, предназначенных под распайку.
1. Входные конденсаторы, 10мкФ 400 вольт, остались после переделки драйверов светильников
2. ШИМ контроллер и какая-то мелочь от платы блока питания монитора
3. Трансформатор, предохранитель, выходная диодная сборка HTR20L150CT от блока питания LRC
4. Диодный мост и выходной дроссель от блока питания, корпус от которого я применил.
5. Выходные конденсаторы новые, до дросселя Panasonic 470мкФ 35В, после, Samwha RD 220мкФ 35В

ШИМ TOP246Y, включен в трехвыводном режиме, но с частотой 66кГц, а не 133, как обычно я его применяю, это обусловлено тем, что трансформатор в исходном БП рассчитан на частоту 65кГц.


Чтобы проверить работу как блока питания, так и контроллера переделал подключение ручки паяльника из обзора прсттого контроллера.
У продавца есть подробное описание и схема подключения, так что здесь проблем не возникло.


Перепаивать пришлось как подключение разъема, так платы, при этом на плату разместил и терморезистор. Была мысль сделать универсальное подключение, но передумал.


Первая проверка, выставил на выходе БП 23.5 вольта, вроде все нормально, попутно узнал что при таком напряжении паяльник потребляет мощность порядка 60-62Вт, что меня вполне устраивает.


Для проверки блока питания понадобилось установить радиаторы, большой на ШИМ контроллер, нарезал из радиатора блока откуда взял трансформатор, по сути из алюминиевого уголка. На выходную диодную сборку нашел где-то в залежах мелкий от какого-то коммутатора.
Можно сказать что второй радиатор совсем мелкий, но диодная сборка оказалась с очень приличными параметрами, расчетное падение при токе 2-2.5А около 0.5-0.55 вольта.

Примерил плату в корпусе и понял что наступил еще на одни грабли, в этот раз на более серьезные. Проблема в том, что корпус блока питания имеет защелки, так вот верхним мешал как один из конденсаторов, так и радиатор.


И конечно проверка работоспособности, а также нагрева компонентов.
Для теста я взял еще одну плату от старого монитора и начал выпаивать с неё массивные компоненты, в промежутках прогревая полигоны на ней же, т.е. имитировал бурную деятельность с относительно большой нагрузкой.


Сначала просто грел полигоны, но понял что нагрева почти нет (левое фото), потом выпаивал разные детали, в том числе пару радиаторов, максимальный нагрев был у резистора снаббера и выходного дросселя, около 50 градусов.
Конечно тест неполноценный, так как блок питания был не в корпусе, но уже так можно сказать, что ведет себя он нормально, попутно выяснил, что радиатор для ШИМ контроллера получился явно с большим запасом.


Но не обошлось и без проблем, оказалось что блок питания очень плохо относится к постоянным броскам тока. Фактически он постоянно переходил из режима холостого хода в режим максимальной нагрузки, при этом пищал в моменты перехода, что раздражало.
Кроме того выяснилось что выходное напряжение болтается в диапазоне 23.4-25.8 вольта. Естественно меня это не устраивало, начал разбираться и оказалось что типовой емкости 0.1мкФ в цепи питания оптрона явно мало, поставил параллельно конденсатор 1мкФ и проблема полностью ушла. Кстати в программе мне рекомендовалась емкость в 10мкФ.
При проверке работы с MeanWell EPS-65S-24 такой проблемы нет.


Если считать данную плату как тестовую, а не финальную, то сходу я получил три ошибки, которые были скорректированы:
1. Неправильно страссировал подключение диодного моста
2. Поставил слишком малую емкость в цепи оптрона (и ШИМ контроллера)
3. Слишком близко подвинул компоненты к верхнему краю платы.

Были решены все проблемы кроме одной, один из конденсаторов входного фильтра пришлось просто выпаять, потому емкость по входу теперь не 50мкФ, а только 40. Радиатор и верх конденсаторов на всякий случай изолировал специальным скотчем, предназначенным для изоляции обмоток трансформаторов, а плату снизу покрыл в два слоя защитным лаком.

Плату разделил на три части, для дисплея вырезал окошко вверху корпуса, а разъем и энкодер расположил внизу. После чего соединил платы так, чтобы провода не мешали трансформатору, у меня межу ним и крышкой было коло 3мм пространства.


Итоговый вариант схемы.


К сожалению при разборке блока питания я сломал одну из четырех защелок, думал что корпус полностью клееный, потому по хорошему его надо склеить, но для проверки решил оставить как есть. И первое что у меня под сомнением, это емкость Y-конденсатора. Я поставил его на 1нФ, хотел меньше, но дома были либо на 2.2нФ, либо на 100пФ, первое слишком много, второе слишком мало, на мой взгляд оптимально что-то типа 330-470пФ.
Собрал, включил в розетку и все заработало без проблем :)


И финальный этап сборки, приведение этого всего в более-менее приятный внешний вид. «Мордочка» оформлена при помощи самоклейки, покрытой сверху для защиты обычным скотчем, некий аналог ламинирования. Чтобы не разбить нежный дисплей, при сборке его немного утопил и вставил в окошко кусочек прозрачного пластика от какой-то блистерной упаковки, боялся что будут блики при фотографировании, но получилось отлично.
Кстати любопытно, родная наклейка на БП была через довольно толстый (около 0.5мм) пластик, клейкий с двух сторон.


Увы, побить рекорд габаритов предыдущей станции у меня не вышло, но тем не менее получилось упаковать всё в объем сопоставимый с пачкой сигарет и получить больше функциональность.
Единственное чем на мой взгляд новый вариант проигрывает, ударопрочность, все таки светодиодный дисплей и разбить сложнее и заменить проще, но за комфорт надо платить.


Немного тестов/сравнений.
1, 2. Новая станция при старте потребляет около 70Вт вплоть до достижения установленной температуры, после чего мощность падает до 9-11Вт.
3, 4. Старая сразу после включения тянет более 120Вт, но буквально через несколько секунд мощность падает до 75, а затем до 50-55Вт, после достижения температуры снижается до примерно тех же 10-12Вт, может немного больше.


На режим новая станция выходит не сопоставимо быстрее.


В защиту старой могу сказать, что хоть у неё и медленный разогрев, но учтен «выбег», потому «притормаживает» нагрев она примерно за 20-25 градусов до установленной температуры, а последующий выбег температуры составляет всего 5-6 градусов. Да и в процессе работы старается держать температуру довольно стабильно.
Полный вариант, пришлось ускорить видео в 4.5 раза.


Давно замечал, что контроллер старой станции заметно греется даже в режиме простоя и потому решил сравнить с новой.
1. Две станции рядом примерно через час работы, заметно что старая греется больше.
2. Основной нагрев у старой сосредоточен в районе вилки питания, температура легко добирается до 60 градусов.
3. А вот новая прилично холоднее, почему-то самая высокая температура была на контроллере дисплея, но даже там она составила всего 37-38 градусов.

Конечно кто-то скажет, а если паяльник нагрузить по полной, ну например опустить в чашку с водой. Друзья, я не кипячу чай при помощи паяльника, для этого у меня есть газовая плита и чайник. Станция относительно кратковременно (думаю до 10 минут легко) может отдавать порядка 60Вт, если и этого мало, то дело не в станции, а скорее в необходимости использовать либо что-то более мощное, либо дополнительный подогрев. При обычном сценарии работы мощности блока питания хватает с головой.


Диапазон установки температуры составляет 150-480 градусов, установка просто вращением энкодера, причем медленное вращение регулирует кратно 1 градусу, быстрое кратно 5 градусам.
После того как температура достигла установленного значения контроллер издает короткий писк, такой же писк выдается если температура в процессе «убежала» примерно на 5-10 градусов и потом опять вернулась к норме.


Конечно проверил точность установки температуры на жале, правда без дополнительного отвода тепла.
Проверял при температурах 150, 200, 250, 300, 350 и 400 градусов.

Ну что сказать, как-то не очень, разбег достигает 20 градусов. Можно конечно грешить на погрешность измерения, но мультиметру я в общем-то верю, с тепловым контактом также все нормально, так как температура завышена, а не занижена.


Но стоп, у контроллера заявлялась возможность коррекции.
Выставляем 350 градусов, заходим в меню коррекции и видим ту же температуру, как заданную, так и измеренную, но мультиметр показывает заметно больше.
Вращением энкодера увеличиваем значение параметра коррекции, попутно контролируя температуру при помощи мультиметра.
Постепенными приближениями я добился что температура стала близкой к установленной и болталась в диапазоне 350-351 градус.


Прогоняю опять по тому же диапазону. При 300-350 можно сказать что нормально, но в остальных режимах хоть и стало лучше, но не сказал бы что сильно, явно чувствуется нелинейность. Для нормальной коррекции надо иметь хотя бы две точки, например 150 и 400 градусов, здесь же приходится выбирать компромисс. Виной отчасти думаю и само жало, так как неизвестно с каким контроллер калибровался изначально.


Уже когда заканчивал подготовку обзора, то подумал, что у меня часы теперь есть не только в мультиметре, а и в паяльной станции :)
Кстати здесь видно как отображается температура терморезистра ручки и встроенного датчика чипа. К сожалению нельзя принудительно вывести на экран температуру именно чипа, в моем варианте применения это было бы актуальнее, а так он отображается только если отключить паяльник.


Выводы.
Контроллер по большей части понравился, например удобно пользоваться «спящим» режимом, к форсированному еще не привык, но думаю что также удобно. Также приятно что эти режимы имеют дополнительные настройки, что повышает гибкость управления.
Но как я писал, куда больше понравилась конструкция, где плату можно разделить на части и сделать на её базе компактную паяльную станцию.

Есть и недостатки. Невысокая точность установки температуры и отсутствие памяти, куда можно занести калибровочные данные для разных жал. Честно говоря, я температуру выставляю больше «по ощущениям», а не по термометру и мне главное чтобы она просто стабильно удерживалась и здесь у меня вопросов нет. Но все равно, хотелось бы получше.

Из оригинального. У станции есть часы, они как бы не сильно там и нужны, тем более в моем случае им не хватает перехода зима/лето. Но в реальности оказалось что когда станция программно выключена, то пользоваться ими даже удобно.

Теперь по получившемуся устройству.
Ну во первых оно получилось, что уже радует :)
Во вторых. Конечно можно сказать, что мол за бзик такой и почему не сделать как все, коробочка, кабель в розетку и кабель к паяльнику. Да все просто, я за много лет так привык и в моем случае именно такой вариант оказался наиболее удобным.
И в третьих. Я просто захотел попробовать сделать действительно малогабаритную станцию, где корпус размерами примерно как пачка сигарет и в нем уже есть свой блок питания. Конечно того уровня миниатюризации как у моей старой я не достиг, но все равно считаю что программа минимум выполнена.

Субъективно.
Мне все понравилось, паяет легко, температуру держит, греется слабо и теперь у меня есть еще одни часы :)
Есть правда небольшое нарекание к дизайну, хотелось бы и энкодер поменьше и выход разъема поизящнее, но для этого надо изготавливать другой корпус.

На этом у меня на сегодня все и еще раз спасибо Владимиру за такую полезную штучку :)