Применение импульсных преобразователей напряжения в паяльной технике

ПРИМЕНЕНИЕ ИМПУЛЬСНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ В ПАЯЛЬНОЙ ТЕХНИКЕ
Актуальность
Основным недостатком паяльников, выпускаемых промышленностью при использовании напрямую сетевого питания 220В, является низкая степень электробезопасности. Вторым существенным недостатком является низкая скорость нагрева, не позволяющая отключать нагрев в режиме ожидания. Длительное нахождение паяльника в нагретом состоянии приводит к быстрому выходу из строя рабочей части (наконечника).
Проблема
Как исключить вышеперечисленные недостатки при использовании паяльников, предназначенных для опытных и экспериментальных работ по созданию сложной электронной техники широкого спектра?
Гипотеза
Подтвердить преимущества импульсных преобразователей напряжения в сравнении с линейными при использовании их в паяльной технике можно, если сконструировать и изготовить опытный образец паяльника, который будет обладать высокой степенью электробезопасности, автоматически отключаться в режиме ожидания, при этом будет иметь быстрое время разогрева.
Объект исследования: свойства и характеристики высокоэффективных импульсных преобразователей напряжения.
Предмет исследования: изготовленный паяльник с электрическим импульсным блоком питания.

Цель: Изготовить и апробировать опытный образец паяльника, который будет обладать высокой степенью электробезопасности, автоматически отключаться в режиме ожидания, при этом будет иметь быстрое время разогрева. Подтвердить преимущества импульсных преобразователей напряжения в сравнении с линейными при использовании их в паяльной технике.
Задачи:
1. Изучить теоретические основы работы импульсных преобразователей напряжения.
2. Изучить и исследовать метод широтно-импульсного модулирования для регулировки мощности, применительно к данному устройству.
3. Произвести необходимые расчеты, сконструировать и изготовить паяльник быстрого нагрева с импульсным блоком питания, отвечающий поставленной цели.
4. Решить проблемы, выявленные при работе с промышленными образцами паяльников.
5. В дальнейшем предложить инженерные идеи изготовления паяльников в промышленном производстве.
Предлагаемые технические решения направлены на исключение вышеназванных недостатков и обеспечение следующих показателей:
- высокой скорости нагрева рабочей части (наконечника). Время нагрева до 300º С не должно превышать 4-х секунд;
- высокой степени электробезопасности, при полной гальванической развязке высоковольтной части от низковольтной;
- удобную форму, небольшие размеры в сравнении с аналогами и массу не более 0,15кг;
- возможности автоматического отключения нагрева в режиме ожидания для экономии электроэнергии и предупреждения окисления материала наконечника – медь.
- возможности пайки как мелких электронных компонентов, так и крупных проводов сечением порядка 2,5-3 мм2 путем регулирования мощности в широком диапазоне.
ПРИМЕНЕНИЕ ИМПУЛЬСНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ В ПАЯЛЬНОЙ ТЕХНИКЕ

Структурная схема импульсного преобразователя напряжения
Схема широтно-импульсного модулятора
ПРИМЕНЕНИЕ ИМПУЛЬСНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ В ПАЯЛЬНОЙ ТЕХНИКЕ

В качестве нагревательного элемента паяльника используется наконечник, совмещенный с нагревательным элементом по образцу паяльника «Зубр».
В качестве материала для изготовления наконечника, была выбрана проволока диаметром 2мм из нержавеющей стали, как менее подверженная окислению. Рабочая часть выполнена из меди и напаяна тугоплавким припоем.
ПРИМЕНЕНИЕ ИМПУЛЬСНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ В ПАЯЛЬНОЙ ТЕХНИКЕ

Схема устройства для определения необходимой мощности
1-ЛАТР,
2-трансформатор,
3- наконечник паяльника,
4- прибор для измерения температуры (мультиметр),
А- токовые клещи,
4- вольтметр (мультиметр).
ПРИМЕНЕНИЕ ИМПУЛЬСНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ В ПАЯЛЬНОЙ ТЕХНИКЕ
Зависимость времени нагрева наконечника и потребляемой мощности от величины тока
По результатам исследования выбираем необходимую мощность для расчета выходного импульсного трансформатора паяльника, обеспечивающую нагрев наконечника до 300º С за 3- 4 секунды - 100Вт.
Расчет импульсного трансформатора проводим по методике с применением онлайн калькулятора.

По заданной мощности подбираем необходимый импульсный преобразователь напряжения
Из имеющихся выбираем электронный трансформатор (ЭТ) для питания галогенных ламп китайского производства.
Функциональная схема проектируемого паяльника с блоком питания
1-выключатель, 2-фильтр, 3-ШИМ, 4-трансформатор питания ШИМ, 5-оптореле, 6-электронный трансформатор (инвертор), 7-паяльник с импульсным трансформатором.
ПРИМЕНЕНИЕ ИМПУЛЬСНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ В ПАЯЛЬНОЙ ТЕХНИКЕ

Осциллограмма напряжения на выходе ЭТ
Развернутая осциллограмма на выходе ЭТ
Осциллограмма импульсного выходного напряжения
трансформатора паяльника под нагрузкой
ПРИМЕНЕНИЕ ИМПУЛЬСНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ В ПАЯЛЬНОЙ ТЕХНИКЕ

Вывод
В процессе испытаний выявлено, что изготовленный опытный образец паяльника соответствует качествам, необходимым при выполнении радиомонтажных работ.
Изготовленный опытный образец может служить основой для разработки к промышленному производству.
ПРИМЕНЕНИЕ ИМПУЛЬСНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ В ПАЯЛЬНОЙ ТЕХНИКЕ