试制锁相半桥驱动高频感应加热电烙铁

blueleaf_y · 发表于 2012-6-20 16:30:15

花了差不多5、6周终于完成了自己真正意义上动手做的第一个电子产品，萌发做这个高频电烙铁的来自meinhard8大侠发的一个帖子：
400KHz-90瓦特电磁电烙铁发布，献给不遗余力奋斗的人们
http://www.amobbs.com/forum.php? ... mp;highlight=400KHZ
当时已经买了白菜白光的套件，还买了一个150W的环牛来做电源，买了2个二手的白光头，国产的头没买，对国产的头子没底。当收到套件时，已经对这个帖子从头到尾看了一遍，也找了些丙类放大的资料，可是对帖子LC谐振回路元件的选择没有头绪，这时候对白菜白光用的感觉还不错，加热很快，几秒钟就能化锡，毕竟白光的头很小，回热速度是很快的，但是买的二手头子有一面上锡效果不好，看着那么单薄的头子，不知道啥时候就可能穿孔报废掉了。
在驱动电路上在犹豫究竟选择单管还是半桥方式，毕竟半桥驱动方式效率高，在高功率感应加热中基本都是采用全桥驱动。正好有看到这篇帖子：
今天发现个好东西：快克高频烙铁，有没有网友打算DIY一个
http://www.amobbs.com/forum.php? ... =%E9%AB%98%E9%A2%91
因此最后决定采用半桥来驱动烙铁，如果以后要做的大功率驱动，这也是个练手的机会，从定频驱动电路到最终选择锁相追频方式，用Proteus也仿真通过后，开始买元件用洞洞板焊板子，过程挺曲折的，不小心烧了2个7815稳压，1个CD4046，一个CD4001，幸运的是IR2104比较皮实没出问题。在买元件时当时也就顺便多买了些，像半桥驱动芯片，最开始考虑的是IR2102和IR2110这些片子，不带死区时间控制的，看到店里有IR2104也就顺手买了2片，老板发货时把CD4011发成了CD4001，没办法那就拿CD4001来做死区时间调整电路，能从0.3us到1.5us调节，电源盒子空间有限，而IR2104本身带0.5us的死区时间，就重做了一块板子，把死区调整电路省掉。更杯具的是，仅有的2个7815都坏掉了，对7815没谱，山寨的也看不出来，就拿晶体管搭了一个LDO电路，稳压在15V来供电。
最开始控温方式是想通过控制PWM脉冲占空比加热，当温度达到阈值时，就以一个低占空比脉冲加热，温度低时就以50%占空比加热，但在试验中改变占空比时，CD4046锁相环的频率也会跟着变化，就其原因，改变占空比时脉冲的上升沿发生了偏移，虽然频率是固定的，但CD4046的鉴相器II是对比上升沿的，中间尝试通过调压的方式控制温度，最终还是回到了通断脉冲输出的方式来控温，在搭板摸索过程中，发现锁相环启动电路都没必要，锁相的速度也很快，几个周期就能稳定，没有必要把简单的事情搞得复杂化。
但我遇到这几个帖子中都没遇到的问题，那就是温控电路在有高频脉冲加热时，热电偶线路上感应的高频电动势太高，没办法得到正确的实际温度的电压。用LC 型网络滤波也没什么大的改进，改变电感电容也效果不明显，既然加热时不能采样，那就在停止加热时采样吧。至此终于完成了电路的调试，能稳定工作了，从24V电源再换成30V的电源，都不给力，直接上50V电源了，按图中的电路，最低温度大概在60°，测试加热到400°，温度校正用万用表带的热电偶实测的，在高温时有点烤手，热电偶接触可能不是很好，有一定误差。加热到化锡大约10~12秒（比白菜白光慢一点，这个烙铁的头比白光大），工作频率在60KHz(原来设计在100~200Khz)，锁相环中心频率约86KHz，温度跳变小于5°，最长加热时间6.3ms，停止加热时间最短0.3ms作为检测温度时间和电容放电时间，全速加热时工作电流小于0.6A（上电时约0.6A，然后回落到0.4~0.5左右），总体还算满意。谐振电容没有采用高频谐振电容，无功功率可能不足导致工作电流上不去吧，这个方面我也不了解，以后再考虑采用高频谐振电容试试看，要提高加热速度，目前只能靠提高电压了，MOS选择的IRF740可工作在400V，10A的情况下，余量还是很大的，只是手头上的电源最高时36V的交流输出，直流也就在50V左右，没办法尝试更高的输出。目前MOS管不发热(尽量不要空载很危险，当取出烙铁头时谐振电压超过160V)，基本达到了预期的效果。

blueleaf_y · 发表于 2012-6-20 16:31:50

锁相环半桥驱动示意图：

温度控制部分：

xivisi · 发表于 2012-6-20 16:39:04

顶楼主

先搜藏有空再搞

blueleaf_y · 发表于 2012-6-20 16:40:22

搭的板子，外观影响美观了~~，电源盒子小了点，只好用斜口钳把多余部分剪掉

全速加热时的波形图：
黄色高电平时是停止加热时间约0.3ms，低电平是加热时间约6.3ms，高电平时提供电容放电和检测热电偶的问题。

开始加热过程，频率由中心频率到锁定LC谐振频率：

恒温时的波形图

blueleaf_y · 发表于 2012-6-20 16:42:11

xivisi 发表于 2012-6-20 16:39
顶楼主

先搜藏有空再搞

我也是第一次做东西，开始不知道如何下手，多亏有Proteus仿真软件，通过仿真后再去搭电路板，心里就踏实多了。

zhikui1989 · 发表于 2012-6-20 17:07:48

新手表示对各种IC恨迷茫。。。

blueleaf_y · 发表于 2012-6-21 08:54:10

再上几张图：
烙铁控制盒子，买的塑料盒子，原来是用来做的白菜白光的，换成现在的空间有点紧张，凑合着用吧，内部就不拍了，太拥挤了~~

化锡过程：

blueleaf_y · 发表于 2012-6-21 08:55:16

死掉的7815，估计是山寨的吧

手头上没有7815了，稳压管只有12V的，就利用手头现有的三极管8050和B772做了一个小范围可调的LDO稳压源：
输入可以从15V到24V，输出调整在15V，工作良好。

blueleaf_y · 发表于 2012-6-21 09:12:20

目前的问题是：此电路并没有工作在准谐振状态，由于各种IC、MOS管开关需要时间，相位有一定的延迟，解决的办法是引入移相电路，目前暂时没有精力去折腾，而且这个电源盒子也实在放不下更多的板子了，以后有机会再考虑让电路工作在准谐振状态。也还没没搞清楚究竟是工作在容性状态还是感性状态，需要定性分析一下才行。

zjy9430 · 发表于 2012-6-21 10:07:19

对这个很感兴趣,一直想搞来玩玩,另外这玩意外泄的电磁波大不大呢?

liurangzhou · 发表于 2012-6-21 10:27:37

高频电磁波会不会把芯片也烧坏？是不是只有焊塑料？

gzhuli · 发表于 2012-6-21 11:35:36

本帖最后由 gzhuli 于 2012-6-21 11:40 编辑

blueleaf_y 发表于 2012-6-21 09:12
目前的问题是：此电路并没有工作在准谐振状态，由于各种IC、MOS管开关需要时间，相位有一定的延迟，解决的 ...

准谐振一般是针对单端驱动的，半桥的话除非驱动占空比不是50%，否则无法工作在准谐振状态。
参考这个，用LCLR网络匹配，分别取匹配电感两端的电压送进4046，用PC1把相位锁差定在-90度（注意14脚前的三极管反相器），就是谐振状态了。

其实最关键一点就是你的COMP IN不要直接接在VCO OUT，要接在半桥输出，这样VCO OUT到半桥输出这段的相移就可以无视了。

sunliezhi · 发表于 2012-6-21 12:31:42

收藏。等闲时做一个玩玩。

blueleaf_y · 发表于 2012-6-21 18:56:05

zjy9430 发表于 2012-6-21 10:07
对这个很感兴趣,一直想搞来玩玩,另外这玩意外泄的电磁波大不大呢?

基本没什么泄露的，频率比较低，线路上的辐射可以忽略，而线圈是套在烙铁柄上的金属壳内的，即使有辐射也被屏蔽吸收了。

blueleaf_y · 发表于 2012-6-21 19:05:33

liurangzhou 发表于 2012-6-21 10:27
高频电磁波会不会把芯片也烧坏？是不是只有焊塑料？

如图：

感应加热类似电磁炉加热锅具一样，有一定的感应电压，但还不至于把芯片烧坏，这个热电偶是与那个烙铁头是接触到一起的，如果高频电磁波会导致芯片损坏，那控制板早就烧坏了~~

blueleaf_y · 发表于 2012-6-21 19:19:16

gzhuli 发表于 2012-6-21 11:35
准谐振一般是针对单端驱动的，半桥的话除非驱动占空比不是50%，否则无法工作在准谐振状态。
参考这个，用 ...

这个电路是LLC谐振的，我采用的LC谐振，就是想电路简单一些。
最开始采用定频驱动，试过手动调节CD4046的频率来寻找准谐振频率，和从电容取样锁相的频率做过比较，通过电容取样锁相的频率要低于准谐振的频率。
我想应该是从电容取样本身电压相位就是滞后的，所以才会导致频率低于准谐振频率，工作在容性状态，移相电路考虑用运放来实现比较简单，主要是电路板、电源盒里没有多余的空间了，而手头上只有8050、8550这类三极管，用来做反相器，延迟时间太长，所以用了CD4001或者CD4011来做反相器，要不可以换成LM324运放来加一级移相电路来补偿使其工作在准谐振状态。

Lu_JR · 发表于 2012-7-11 00:27:48

本帖最后由 Lu_JR 于 2012-7-11 11:49 编辑

楼主，能将详细的电路及其所用元件详细列出来吗？好让我们也试试。想进一步与你探讨，我的邮箱:Lu_JR@126.com

bingtuohun · 发表于 2014-2-9 15:44:17

我在想用一片CPLD是不是可以更方便那。

qiqirachel · 发表于 2014-2-10 15:30:25

回复一下，高频烙铁，以后做来玩

hncjs · 发表于 2014-4-25 09:48:33

不错的帖子

sailing8 · 发表于 2014-11-18 01:32:45

标记，锁相半桥驱动高频感应加热电烙铁

wt13568089592 · 发表于 2015-10-30 15:19:24

求教，能不能把你这个仿真图发给我一下啊，我也学习学习，先谢过大神了！

begin1 · 发表于 2017-2-12 11:32:11

不知道这个电路最大功率可以做到多少瓦

yelong98 · 发表于 2019-11-1 15:15:44

gzhuli 发表于 2012-6-21 11:35
准谐振一般是针对单端驱动的，半桥的话除非驱动占空比不是50%，否则无法工作在准谐振状态。
参考这个，用 ...

最近也在搞这个烙铁，请问前辈，为啥要用三极管反相？直接把前级比较器正负输入端反接不就行了么？

ddcour · 发表于 2021-7-28 17:06:50

gzhuli 发表于 2012-6-21 11:35
准谐振一般是针对单端驱动的，半桥的话除非驱动占空比不是50%，否则无法工作在准谐振状态。
参考这个，用 ...

古大师, 这张原理图, 有清晰些的么?

gzhuli · 发表于 2021-7-29 00:51:01

ddcour 发表于 2021-7-28 17:06
古大师, 这张原理图, 有清晰些的么?

直接给原文链接吧：http://uzzors2k.com/index.php?page=ihpll1

akey3000 · 发表于 2021-7-29 07:08:09

古大神全能

ddcour · 发表于 2021-7-29 08:44:47

gzhuli 发表于 2021-7-29 00:51
直接给原文链接吧：http://uzzors2k.com/index.php?page=ihpll1

太感谢古大师啦, 谢谢! 这帖子过去很久了...

mkliop · 发表于 2021-7-29 14:21:53

这个烙铁不用工作在谐振状态吧只要电流上去阻容参数确定就行了，这个烙铁的铁心是固定的不用频繁更换用不着频率跟踪吧

试制锁相半桥驱动高频感应加热电烙铁

阿莫论坛20周年了！感谢大家的支持与爱护！！

本帖子中包含更多资源

本帖子中包含更多资源

本帖子中包含更多资源

本帖子中包含更多资源

本帖子中包含更多资源

本帖子中包含更多资源