Bakon BK950D, небольшая паяльная станция с паяльником T12

Сверху наклейка с номером, который по идее надо ввести в форму на сайте и должно показать, оригинальный продукт или нет.


Я попробовал пару раз, но выдавало одно и то же. На скриншоте перевод с китайского.
В общем не знаю, оригинал или нет, мне больше было интересно как она собрана и как работает.


Внутри все свалено в такую вот кучку, впрочем в процессе доставки ничего не пострадало, хотя как по мне, то можно было сделать упаковку и понадежнее.

Выкручиваем четыре самореза под отсутствующими ножками и раскрываем корпус.


К дну корпуса привинчена плата блока питания, плата управления и термоконтроля располагается на верхней крышке.


Выключатель питания подключен при помощи разъема, это плюс. А вот то, что разрывает только один провод, это минус. Вообще принято чтобы выключатель питания импульсного БП разрывал оба провода.
А вот заземление сделано нормально, никаких разъемов, только пайка. Правильнее можно было сделать соединение прямо на разъеме, но в принципе допустим и такой вариант.


Первое что приятно удивило, это наличие нормального входного фильтра, предохранителя и термистора для ограничения зарядного тока конденсатора. Емкость входного конденсатора очень порадовала, 100мкФ, я ожидал что будет стоять что нибудь типа 47-68мкФ.
По этому пункту вопросов вообще нет, все отлично.


А теперь более детально об основных компонентах, установленных на плате.
1. В качестве высоковольтного ключа на первичной стороне применен IRF840. Было очень странно увидеть в этой цепи транзистор с максимальным напряжением в 500 Вольт, так как чаще применяется 600-650. Конечно некоторые читатели зададут вопрос, а почему плохо, ведь напряжение на входе всего немного больше чем 300 Вольт.
Да, так и есть, около 315-320 Вольт, но дело в том, что это обратноходовый БП, и у него есть выброс на первичной обмотке, который составляет не менее Uвых х Ктр (коэфициент трансформации). Судя по маркировке на трансформаторе 60:8:8, я предположу что это соотношение витков (вполне подходит под такую топологию), потому получается что на транзистору будет около 320 + 20х(60/8)= 470 Вольт, совсем впритирку.
Расчет конечно очень грубый, но позволяет примерно оценить ситуацию.
Я бегло поискал в интернете отзывы пользователей, и не встретил информации о выходе из строя этого транзистора, но 500 Вольт транзистор в первичной цепи это не есть хорошо.
2. К выходному диоду претензий нет, STPS20H100CT, 20 Ампер 100 Вольт. Такая сборка применяется в блоках питания на 24 Вольта, потому вопросов нет.
3. В качестве ШИМ контроллера использован OB2202CP, позже я скорее всего к нему вернусь, но пока скажу что я скептически отношусь к тому, что контроллер и силовой транзистор располагают далеко друг от друга.
4. Межобмоточный помехоподавляющий конденсатор установлен обычный, а не Y1 или Y2 типа.
с одной стороны при наличии заземления это не имеет значения, а с другой, что производитель сэкономил на копеечном конденсаторе, потому я рекомендую его заменить, тем более что он всего на 1кВ.
Также рядом виден стабилизатор 78M05, питающий плату контроллера.


Выходные конденсаторы установлены с запасом по емкости, но почти впритык по напряжению.
При выходном напряжении 19-20 Вольт рекомендуется применять конденсаторы на напряжение 35 Вольт, хотя думаю здесь они также будут работать нормально.
Дело в том, что нагрузка у блока питания не очень большая и имеет кратковременный характер. Средняя потребляемая мощность паяльника около 15-20 Ватт, ток примерно около 1 Ампера.
В таком режиме нормально будут работать и конденсаторы на 25 Вольт. Вы конечно спросите, при чем здесь емкость/напряжение и выходная мощность.
Ну с емкостью все понятно, здесь в сумме 2000мкФ, что при максимальном токе 2-2.5 Ампера более чем достаточно. А вот с напряжением есть небольшая хитрость. Конденсаторы при работе на высоких частотах, греются. Чем больше напряжение, тем больше габариты. Чем больше габариты, тем больше площадь корпуса. А чем больше площадь корпуса, тем лучше теплоотвод и тем меньше греется электролит внутри.
Ну и кроме этого при работе импульсного БП есть кратковременные выбросы напряжения, которые также не идут на пользу.
Кстати о выбросах, приятная мелочь, но внутри присутствует помехоподавляющий дроссель по выходу.


Печатная плата. На удивление правильная трассировка. Особенно это заметно в узле выходного выпрямителя и фильтра. Да и просто плата нормально спаяна, чистая, за что получает свои 4+ балла. Пол балла я снял за то, что разносить силовой транзистор и ШИМ контроллер на разные стороны платы не очень хорошо и так можно делать только в случае правильной трассировки с учетом этого нюанса.


По печатной плате восстановлена принципиальная схема блока питания. Я допускаю что могут быть ошибки, но старался указать все номиналы (емкость некоторых конденсаторов указана ориентировочно) и нумерации.


Печатная плата контроллера. Этот узел собственно и занимается стабилизацией температуры и управлением режимами работы.
Пока разбирал/собирал, сорвал нарезанную саморезами резьбу. Вообще было чувство что их не вкручивали, а просто вдавливали в пластмассу, небольшой минус производителю. На работе это не сказывается, но вот при разборке/сборке может немного подпортить картину.
Кстати, на фото видно соединение с платой БП при помощи четырех проводов, они помечены как — In, 20V, GND, 5V.Так вот, реально выглядит подключение так — 20V, GND, GND, 5V.


Плата контроллера. В общем и целом 4 балла, видны следы флюса, не очень аккуратная пайка некоторых мест, хотя в основном все нормально.


С обратной стороны расположены места подпайки соединения с блоком питания, подключения паяльника, а также подстроечный резистор и контакты для перепрошивки микроконтроллера.


1. Использован один из самых популярных микроконтроллеров, Atmega8.
2. Усилением сигнала с термопары занимается сдвоенный ОУ LM358, но в нем использован только один канал.
3. За коммутацию питания на нагреватель паяльника отвечает AOD425. Это З-канальный полевой транзистор с максимальным током 50 Ампер и сопротивление в открытом состоянии 17мОм, что для такой задачи более чем с запасом, рассеивается на нем не более 0.1 Ватта :)
4. Под конец разборки я измерил выходное напряжение блока питания, которое составило чуть больше 19 Вольт, хотя заявлено 20. Реально жало рассчитано на работу при 24 Вольта питании.


Когда я уже начертил схему блока питания, то один из читателей как раз прислал ссылку на схему данной станции. Схема БП уже была, а вот схему платы управления я приведу ту, на которую дали ссылку.
Насколько я понял, автор схемы Ykato, один из муськовчан, надеюсь он не будет ругаться за то, что я использую ее в своем обзоре. Спасибо ему за проделанную работу. Кстати, схема БП в моем варианте немного отличается. В частности имеется различие в номиналах делителя напряжения ШИМ контроллера.

Вкратце калибровка выглядит так:
1. Измеряем реальную температуру.
2. Записываем или запоминаем это значение (у меня просто термопара постоянно была прижата к жалу).
3. Нажимаем одновременно обе кнопки на станции, ждем пока заморгает первый разряд индикатора (пару секунд).
4. При помощи кнопок вводим измеренное значение (левая изменяет значение, правда переключает разряд в котором происходит изменение).
5. Нажимаем правую кнопку еще раз, контроллер запомнит установку.
6. Если результат не устраивает, то повторяем операцию.

И так, попробуем. Для начала я вернул подстроечный резистор в примерно то же положение (благо у меня остались фото с результатами измерений).
1. Измеренное значение.
2. Нажимаем две кнопки сразу в соответствующем режиме. На фото первый разряд выключен, на самом деле он просто моргает.
3. Вводим измеренные 307 градусов, отпускаем кнопки
4. Температура «убежала» вверх, но разница между реальной и установленной стала меньше.


1-4, Повторил операцию еще несколько раз, дальше результат не улучшался, но как по мне, то вполне нормально.


А теперь прогоним еще раз по всему диапазону.
Слева до программной калибровки, справа — после.


Видно что результат стал лучше, чем при регулировке вращением подстроечного резистора.
Но все равно заметна сильная нелинейность. Я еще попробую, но есть подозрение, что подстроечный резистор как раз и отвечает за линейность калибровки.

Для начала разберемся, какую мощность реально имеет станция.
Я измерил сопротивление паяльника вместе с кабелем, так как работать то он будет в таком режиме и блок питания я буду переделывать именно под него.
У меня получилось 8.73 Ома. Зная что на выходе БП напряжение около 19.36 Вольта получаем ток 2.22 Ампера. Общая мощность при этом (в холодном «стартовом» режиме) составляет 42,9 Ватта.


На нагреватель при этом приходится — (8.43/8.73)х42,9=41,4 Ватта. На моя взгляд для «тяжелых» работ такой мощности все таки мало.
«За компанию» проверил сопротивление цепи заземления жала, 0.24 Ома, вполне нормально.


Вариантов переделки есть много, перечислю их:
1. Просто изменение номиналов делителя обратной связи и делителя защиты микросхемы.
Есть опасность выхода из строя высоковольтного транзистора, так как напряжение на нем вырастет, а он и так без запаса.
2. То же самое, но с заменой транзистора. Нормально, но БП будет работать в не очень оптимальном режиме, так как выходное напряжение повышается более чем на 20%.
3. Домотать несколько витков к вторичной обмотке трансформатора и изменить номиналы делителя ОС. На мой взгляд самый оптимальный вариант, можно даже не менять высоковольтный транзистор, так как по напряжению режим работы у него останется почти тем же. Но в минусах сложность переделки.

Были даже совсем дикие варианты.
1. Просто заменить БП. Не получилось, габарит «народного» БП явно больше чем родного.
2. Переделать высоковольтную часть, убрав ШИМ контроллер и всю его обвязку вместе с высоковольтным транзистором и заменив все это на TOP248 или его аналоги. Сложно, дорого.
3. Убрать и трансформатор, а БП сделать на базе IR2151-2153. Так как паяльнику стабилизированное напряжение не очень то и нужно, то решение хорошее, особенно в плане нагрева. Но мотать трансформатор, все делать почти с нуля, не, долго и сложно.

В общем подумал я и решил пойти по пути увеличения количества витков вторичной обмотки трансформатора и изменения делителя обратной связи.
Но для начала надо определиться с тем, что может дать родной БП.

На фото ниже сравнение с БП 24 Вольт 100-120 Ватт. Наш трансформатор явно меньше.


Так как частота работы ШИМ такая же как у используемых мною микросхем TOP2xx, то я попробовал смоделировать примерно похожий и посмотреть какую примерно мощность может иметь трансформатор такого размера и работающий на той же частоте.
У меня вышло, что максимальная мощность данного трансформатора около 62-63 Ватта при длительной работе в закрытом корпусе.


В принципе в моем варианте переделки высоковольтный транзистор можно было не менять, так как я решил доматывать обмотку.
Но для увеличения надежности я все таки решил заменить и транзистор.
Также при такой переделке обязательно надо менять выходные конденсаторы.

Родные имеют емкость 1000мкФ и рассчитаны на напряжение 25 Вольт. Для 19 Вольт выходного это уже впритирку, а уж о 23-24 и говорить не приходится.
Конденсаторы лучше брать низкоимпедансные, так как частота преобразования 133кГц.
У меня дома нашелся LowESR Capxon LZ 1000мкФ 35 В, но он был длинный и 470 мкФ х 35 В серии KF. Лучше подошли бы конденсаторы серии KF, мне они кажутся более надежными, но 1000х35 этой серии будет большим в диаметре, потому я решил сделать небольшой «гибрид», до фильтра стоит 1000х35, а после фильтра 470х35.
Почему я сделал именно так, покажу позже.


Для доработки я выбрал транзистор SPP20N60C3, этот транзистор использован в блоке питания 25 Вольта 4-5 Ампер, на который я уже как то делал обзор. Транзистор обошелся чуть меньше двух долларов в оффлайне.

В качестве сравнения основные данные из даташита, видно что замена гораздо лучше родного варианта, единственное в чем новый проигрывает, это емкость затвора, которая в два раза выше.
Увеличенная емкость затвора влияет на нагрев при переключении, чем больше емкость, тем медленнее транзистор включается и выключается, но я решил что 133кГц не так частота, чтобы особо на это обращать внимание, да и потом попробую как он себя ведет в реальных условиях.


Первым делом выпаиваю выходные конденсаторы и высоковольтный транзистор. Перфекционисты могут попутно выровнять радиаторы. В моем случае радиатор выходного диода был наклонен в сторону трансформатора и я немного отогнул его в обратную сторону. Естественно не просто отогнул, а прогрел выводы диода и потом отогнул :)


Решение доматывать витки я принял не просто так. У трансформатора просто вагон места для дополнительной обмотки и грех этим не воспользоваться.


Для того, чтобы корректно домотать обмотку, надо понимать как намотана существующая. Разматывать трансформатор мне не хотелось, даже выпаивать его было лень, потому я просто внимательно посмотрел куда направлены провода от выводов.
Зачастую в трансформаторах так витки и укладывают, крест накрест, но все равно надо быть бдительным, так как можно случайно включить обмотку в противофазе и долго удивляться что ничего не работает.


Дальше прорезаем дорожку, идущую к выходному диоду так, как показано на фото, а также сверлим пару отверстий. Отверстие делается диаметром около 1.8-2мм.
Контактную площадку, получившуюся справа, зачищаем от лака и залуживаем.


Берем пару кусочков медной проволоки (естественно изолированной), диаметром около 0.5-0.7мм и длиной как две длины платы.
Применять лучше именно два провода, а не один большего сечения, так как в таком варианте будут меньше выбросы напряжения и меньше нагрузка на снаббер, т.е. выше надежность.


Зачищаем и залуживаем кусочки проволоки с одного конца, вставляем в отверстие слева от вывода трансформатора (выше на фото) и припаиваем к выводу трансформатора.
Затем мотаем два витка в два провода. При намотке стремимся мотать не кучей, но и не близко к краям, так как с краю выступают витки других обмоток и это может быть небезопасно.
В общем надо получить равномерную укладку витков, хотя бы как на фото.


Экспериментальным путем выясняем необходимую длину провода для запаивания в плату, обрезаем лишнее, зачищаем, залуживаем, одеваем кусочек кембрика или термоусадки и вставляем в правое отверстие.


Запаиваем так, как показано на фото, слева тот контакт, который паяем первым, потом мотаем, потом припаиваем правый.


Если есть настроение, то можно вернуть на место родную изолирующую ленту.
Я поленился выпаивать входной конденсатор, и делал все с ним, но удобнее сначала выпаять его, а потом только мотать обмотку и ленту.


Не пугайтесь, это не выходное напряжение :)
На фото напряжение на конденсаторе питания ШИМ контроллера. Сейчас объясню, зачем я его измерил.
Так как выходное напряжение у нас стабилизированное, то можно доматывать витки или отматывать, напряжение на выходе не изменится (разве что если мы совсем не выведем БП из режима).
Для того, чтобы понять, правильно ли мы все сделали или подключили обмотку наоборот, можно ориентироваться на напряжение питания микросхемы.
Если мы все сделали правильно, то напряжение должно снизиться на 3-4 Вольта, если подключили наоборот, то напряжение повысится на то же значение.
Внимание, напряжение измеряется на «горячей» стороне блока питания, которая имеет непосредственную связь с сетевым напряжением, будьте очень аккуратны!
Кроме того, первые тесты рекомендую проводить включая питание БП через лампочку, например на 15 Ватт. Лампа должна вспыхнуть и либо совсем погаснуть, либо еле еле накаляться.

Я допустил ошибку и не измерил напряжение до переделки, но так как я знал что ШИМ контроллер имеет питания выше 11 Вольт, а у меня получилось 12, то повысить я его не мог, так как в этом случае до повышения оно было бы за пределами нормального.
Но лучше измерить его до переделки.


Дальше надо немного изменить номинал делителя обратной связи, чтобы поднять напряжение.
Вариантов здесь также несколько.
1. Припаять параллельно нижнему резистору на 4.42кОм другой, на 20кОм. Это значение я рассчитал для выходного в 23 Вольта (23 Вольта я получил исходя из макс мощности в 62 Ватта).
2. Заменить нижний резистор делителя на другой, номиналом — 3,6кОм
3. Заменить верхний резистор делителя на другой, номиналом — 36кОм
4. Комплексные варианты, но их я приводить не буду.

Номиналы по п2-3 не дадут точно 23 Вольта, но напряжение будет ближайшим к этому. Такие номиналы приведены потому, что они из распространенного ряда Е24, а не из более редких — точных.

А вот в варианте переделки под 24 Вольта рядом Е24 можно обоятись не везде, потому номиналы выходят такие (соответственно списку выше):
1. 16 кОм.
2. 3,45 кОм
3. 38 кОм (можно поставить 39, но будет больше чем 24 Вольта)


Припаяли поверх одного резистора другой, проверяем что получилось.
А получились у нас расчетные 23 Вольта, немного больше, но не страшно.
На конденсаторе питания ШИМ контроллера напряжение также стало выше. Кстати, в связи с этим у меня возникло подозрение, что количество витков вторичных обмоток все таки изначально было разное, так как напряжение питания ШИМ контроллера тогда бы вернулось к тем же 19 Вольт. Но утверждать не буду, так как не проверил до переделки.


После этого я планировал уложить плату в корпус и погонять ее часок-другой. А кроме того показать на этом фото, почему я выбрал такие выходные конденсаторы.
Дело в том, что конденсатор справа нужен короче чем слева, иначе он будет упираться в стойку корпуса. Можно конечно выгнуть его набок, но это смотрелось бы не эстетично. Так как правый конденсатор включен после дросселя, то в данном случае снижение его емкости до 470мкФ почти никак не скажется на работе. Т.е. 1000мкФ до дросселя и 470 после вполне терпимо, а вот наоборот я бы не ставил, так как работать ему до дросселя тяжелее, а с учетом сниженной емкости ситуация еще ухудшится.


Но увы, тест не получился. Паяльник довольно бодро включился, но при достижении температуры 350, перезагрузился. В блоке питания на короткое время сработала защита от перегрузки, мощность то мы повысили. Подождал пока паяльник остынет и повторил тест, на этот раз станция перезагрузилась два или три раза.
Стало понятно, что БП работает на пределе ограничения по току, т.е. вроде все нормально, но чуть чуть не хватает.
Было решено немного увеличить ток срабатывания защиты, тем более транзистор я поставил мощнее. Но так как ток срабатывания был почти равен реальному, то я решил сильно его не увеличивать.

Последовательно с высоковольтным транзистором стоит резистор номиналом 0.27 Ома, у меня было два пути, заменить его на резистор меньшего номинала или поставить другой, параллельно существующему.
Под руку попался резистор номиналом 2.4 Ома (хотя изначально хотел 2.7). Если его подключить параллельно, то сопротивление уменьшится (а ток увеличится) примерно на 12%, что меня более чем устраивало.
В таком варианте можно применить резисторы номиналами 2-3Ома. Если менять, то на номинал 0.22-0.24 Ома.

На резистор одел термоусадку и запаял его со стороны дорожек.


Теперь все стартует нормально, ничего не перезагружается.
Закрываем крышкой и переходим к тестам.


Некоторое время станция просто была включена на 400 градусов, потом я снизил температуру до 350 и паял какую то плату, но так как с обычными платами станция и до переделки работала отлично, то под конец я опять перешел к более «тяжелому» тесту.
При попытке выпаять такой же конденсатор, как и в прошлый раз, я увидел явное улучшение, все таки мощность выросла почти в 1.5 раза. Но при попытке выпаять мелкие конденсаторы, трудности все таки были, в основном из-за нагрева их корпуса.
Ситуацию можно улучшить, если поднять температуру до 380-400 градусов и применить более правильное жало чем острый конус.


А вот температурный режим остался неизменным.
Как так, спросят наверняка некоторые читатели, было 40 Ватт, стало 60 и нагрев БП остался прежним?
А вот так. Дело в том, что большее напряжение (и соответственно мощность) влияют на скорость разогрева и «приемистость» паяльника и при нормальной работе средняя мощность даже упадет.
Представим ситуацию, мощность паяльника 50 Ватт, греем боооольшой полигон, минут 5, но паяльником на 100 Ватт этот полигон можно прогреть не за 2.5 минуты, а за 1.5. вот и экономия.
А паяльником на 25 Ватт возможно вообще прогреть не получится и греть мы будем бесконечно.

Понятно что если обеспечить постоянный отвод тепла от 50 и 100 Ватт паяльников, то 100 Ватт рассеет ровно в 2 раза больше, но в случае с обычной работой этот расчет не действует.

Попутно проверил температуру внутри без крышки.
Трансформатор около 60, можно мощность еще поднимать, запас есть.
Радиатор высоковольтного транзистора около 40-45
Радиатор диода около тех же 60 что и трансформатор.
Все температуры более чем с запасом, а вот стабилизатор 5 Вольт разогрелся почти под сотню, что не есть хорошо.


Для стабилизатора 5 Вольт я сделал такой вот импровизированный «радиатор» из залуженного куска провода сечением 2.5мм. Кому то он покажется смешным, но такого мини радиатора достаточно чтобы сбить температуру на 15-20 градусов, а больше мне и не надо, зато он всегда под рукой :) Гурманы могут применить лепесток от мощных диодов.
Ну а раз уж начал ковырять, то на всякий случай заменил и межобмоточный помехоподавляющий конденсатор.
Меня часто спрашивают, как они выглядят в магазине и как их вообще искать.
Номинал обычно не критичен, достаточно 100-2200пФ, оптимально 1000.
Напряжение определено классом конденсатора, т.е. они подходят все.
А выглядят они так, или так.
Я же взял конденсатор с платы блока питания какого то монитора.

Чуть не забыл. Если вы хотите еще большей безопасности, то не вкручивайте саморез около стабилизатора 5 Вольт. Дело в том, что производитель плату сделал правильно, защитные воздушные зазоры, правильная трассировка.
Но забыл одну вещь, если вкрутить этот саморез, то суммарное расстояние от компонентов «горячей» стороны и фланцем стабилизатора будет совсем маленьким. И если и будет пробой, то как раз в этом месте.
Ситуация конечно скорее гипотетическая, но теоретически возможная.


Справа то, что получилось в итоге, а слева то, что осталось. Выбрасывать оставшиеся компоненты не стоит, они вполне могут пригодиться :)


А это принципиальная схема с учетом произведенных изменений.
Красным обозначены замененные компоненты, синим — добавленные.


Убираем за собой следы при помощи ватки с ацетоном. Думал покрыть плату лаком, потом передумал.


Припаиваем обратно кабель питания и заземления, собираем все в кучку.
Кстати, собирать не очень удобно, кнопка включения постоянно норовит вылезти.