Аналоговый контроллер температуры "616 mini"

Речь пойдет о маленькой платке контроллера температуры для паяльников с жалом T12 ( и не только). На эту плату обзор на муське был ( еще обзор, еще сверхподробно как это работает). Плата называется «616 mini».

Сама идея и плата мне очень понравились. Нужно ткнуть раз десять паяльником в плату, припаять два внешних разъема и в результате получаем вполне работоспособную паяльную станцию. Да, без индикации, зато и без лишних забот о настройке через меню и калибровке. Чтобы было понятно и не было лишних вопросов, ну у меня есть Ksger какой-то с дисплеем. Работает. Правда без косяков поначалу не обошлось. Хорошо, что быстро нашел поиском в сети про доработку вибродатчика (конденсатор на входной разъем от помех), а то так и сидел бы до сих пор без перехода в дежурный режим. Совершенства в мире нет. Но китайцы, судя по количеству версий печатной платы контроллера пытались достичь ( или достигнуть).









Еще были версии для встраивания в ручку паяльника




Детально разбираться что там от версии к версии менялось в схемах, видимо, смысла нет. Ниже на картинке схема какой-то ранней версии печатной платы. Она, в основном, соответствует купленной на Али плате терморегулятора «616» версии 5.8. По крайней мере использованные детальки почти совпадают. Для сравнения, ниже фотографии платы версии 5.8, которые прислали мне с Али. Номиналы резисторов на схеме и печатной плате не сравнивал.







Короткое отступление про детальки.

Операционный усилитель сначала был традиционный LM358, но, видимо, кто-то в какой-то момент понял, что сравнивать милливольты непосредственно с термопары таким плохим компаратором не годится, поскольку никакой повторяемости свойств ( диапазона регулирования) у плат регулятора не получится. И операционник поменяли на прецизионный «3 Peak» TP1562A да еще и с полевиками, да еще и rail-to-rail по входу и выходу. По описанию — очень даже неплохой операционник, минус в том, что на Али нашел только у одного продавца. И заметно дороже, чем LM358. Мощный полевой транзистор TPC8103 (TPC8107, TPC8109). Выпускается разными фирмами. Нашел в сети штуки три варианта даташитов. Полевик здесь по схеме используется с превышением максимально допустимого напряжения на затворе ( ± 20 В). Резистор 510 Ом в эмиттере маломощного транзистора ситуацию не спасает (и непонятно зачем вообще стоит в схеме). По-хорошему, нужно добавить в коллектор маломощного транзистора еще один резистор 10 кОм и затвор полевика подключить к делителю. Транзистор в SOT-23 — SS8050. Их, кстати, два с SMD маркировкой «Y1»(SS8050) и «J3Y»(S8050). Обычный транзистор, но с максимально допустимым напряжением на коллекторе — 25 вольт. Зачем именно его тут поставили — не знаю, но нужно менять. Можно на BC847C. Транзистор MMBT5551 который стоял раньше в схеме годился с большим запасом по напряжению. SMD маркировка «T4» означает диод 1N4148.
В версиях 5.5...5.8 появился защитный диод ( от неправильной полярности питания) перед стабилизатором 78L05. Нагреватель при перепутанной полярности включится на полную мощность через паразитный диод полевика. Конденсатор подключенный к ножке 6 ОУ TP1562A состоит из двух параллельно включенных. Причем один я отпаивал и у него был номинал 0,15 мкФ ( на схеме 0.1 мкФ). зачем так сделано — не знаю, возможно потому что детальки типоразмера 0402. Появился защитный диод на лапке 3 операционника ( от 24 вольт). Может быть и еще что-то отличается. При желании схему можно уточнить по фотографиям печатных плат.

Схема подключения (позаимствовано из сети):





Основная претензия покупателей к данному регулятору сводится к тому, что в состоянии «из магазина» диапазон регулировки слишком велик. Действительно, когда я первый раз включил плату, верхняя температура уехала за 500 градусов. Нижняя температура была в норме — 190...200 градусов. Поначалу в схеме был правильный делитель-регулятор температуры, а последних версиях платы его переделали какой-то уж слишком заумный «интеллектуальный». Вот так в сети предлагается подстраивать границы диапазона регулирования температуры.



Обнаружив по бокам от потенциометра дополнительные площадки для подстройки, я поначалу обрадовался, но потом обратил внимание, что сам потенциометр включен как -то странно (странно, естественно, именно для такого применения в схемах) просто крайними выводами на полное напряжение питания 5 В. Делитель, который был на печатной плате я нарисовал ( см. скан ниже). Мне неловко, конечно, как инженеру на пенсии, но как такое можно рассчитать я не знаю. Просто подпаять к площадкам два переменных резистора крутить их поочередно и загнать регулировку в нужные границы температуры, конечно можно попробовать. Я решил, что лучше будет сделать делитель традиционного вида, который можно рассчитать заранее, если есть градуировочные таблицы для термопары.
До сих пор не очень задумывался, а как устроено жало Т12, хотя обзор на муське с полным распиливанием видел. Поискал тот обзор и там обнаружилась ссылка на патент Hakko с картинками. Внутри жала T12, собственно, по конструкции не одна, а две термопары у обоих концов нагревателя. Это не считая спаев под пластиковым колпачком и мест контакта колец с платой в ручке паяльника. В обе термопары входит нихром и еще чего-то, что выведено наружу. Температуры всех этих паразитных «холодных спаев» неизвестны. И тут, глядя на текст патента, увидел картинку, где показаны милливольты с термопары Т12 ( по-видимому снятые просто при натурной эксплуатации) по сравнению с термопарой ТХА (К). Я картинку немного дорисовал и отсканировал.


А из этой картинки можно сделать простой практический вывод. Встроенная термопара жал Т12 выдает милливольт примерно в два раза меньше, чем ТХА. Имея эти данные, можно рассчитать делитель на плате «616». Сразу скажу результат. Не совсем получилось. Чего-то недоучёл. Нижняя температура и диапазон регулировки более-менее совпали. А вот верхняя граница диапазона не «рассчиталась» на 15...50%. Может быть температуру «холодных концов» нужно было выбрать не 30 градусов, а побольше. Расчет был простой. У нас весь диапазон рабочих температур ( 150-180… 380-400 градусов) — это 10 милливольт разницы в показаниях термопары ХА. Или в два раза меньше для жала Т12. Соответственно, на концах ( комплектного от платы 616) потенциометра 10 кОм нужно эти 10 милливольт получить. Это дает ток делителя 10 мВ/10 кОм=1 мкА. Остальные резисторы рассчитываются исходя из уже известного тока, с учетом что вся цепь запитана от напряжения 5 В. Поскольку у меня нет резистора с номиналом 4,984 МОм, я просто все полученные цифры поделил на 4,984 поэтому расчетный номинал верхнего резистора делителя — 1 МОм. Переменный резистор 10 кОм нужно превратить в 2 кОм, поэтому он зашунтирован резистором 2,5 кОм. А на практике оказалось, что для получения диапазона регулировки 150...380 градусов номиналы резисторов верхнего плеча нужно увеличить. На схеме: для A1322 номинал — 1.5 МОм, для жал T12 — 2.3 МОм. Новый делитель подпаивается к плате в крайние точки установки переменного сопротивления. Резисторы старого делителя 73 кОм и 50 Ом нужно с платы удалить. Пределы регулировки — на картинках.



На рисунках делители отличаются только номиналом верхнего плеча, остальные резисторы одинаковые. Это позволяет сделать универсальный контроллер как для паяльника с жалами Т12, так и для паяльников с нагревателем А1322 ( паяльники с жалами 900M, Hakko 907, 936 и аналоги. На рисунке нагреватель назван 1321 — это ошибка.). Резистор 1,5 или 2,3 Мом можно выбирать переключателем или перемычкой. В коробочку можно поставить оба типа разъемов ( GX12-5 и GX16-5). В разъеме GX16-5 ( паяльник Hakko-907) контакты 2 и 4 нужно соединить перемычкой. Контакт 5 — плюс термопары (плюс жала T12). Аналогично можно использовать и паяльник SL-I ( теперь уже раритетный) от паяльных станций Solomon. В разъеме под этот паяльник ( СГ-5, ОНЦ-ВГ, DIN) нужно соединить перемычкой ножки 4 и 5. Ножка 1 — плюс термопары.
Кстати, в качестве бонуса, по частоте включения светодиода на плате «616» можно отличить условно хорошие жала T12 от непонятно каких. Увидел случайно в процессе экспериментов, что одно из жал ( топорик Т12, который шел в комплекте с купленной на Али ручкой паяльника включается гораздо реже и время включения около секунды. Объяснить это можно плохим тепловым контактом между термопарой и нагревателем-жалом. Такое впечатление, что кончик термопары просто в воздухе висит. Или нужно было его «прокалить» подольше ( не помогло!). В результате за секунду включенного состояния это полубракованное жало успевает убежать от установленной регулятором-потенциометром температуры весьма далеко. Потом долго остывает. На средних температурах около 250 градусов амплитуда болтанки температуры 15...20 градусов. А нормальное жало T12 стоит на заданной температуре, как вкопанное. Паяльники 907 и SL-I еще более инерционны. Там время включения нагревателя — несколько секунд. Но при этом они не перегреваются, просто не успевают.
При подключении паяльников с 4 проводами схема начинает усиленно ловить помехи. На жалах Т12 с 2-мя поводами это не так заметно. Красный светодиод начинает моргать. Работе платы это не мешает, но должно увеличивать размах колебаний температуры жала. Для снижения влияния помех можно добавить емкость конденсаторов в фильтре на входе ОУ.
В заключение предоставляю краткий отчет о проделанной работе.



Макет «паяльной станции» на плате «616» с подключенным делителем и паяльником с жалами 900М и нагревателем А1322 (нихром + термопара).



Кроме коробочки сделал еще и винтажный паяльник под жала T12 из старого советского.
Всех поздравляю с Новым годом! Счастья и здоровья!

Дополнение. Я как-то в процессе упустил, что нужно было проверить эти китайские регулировочные перемычки. Перемычку, которая поднимает температуру паять не стал, чтобы жало не испортить, а перемычка «Lo» смещает диапазон регулировки вниз от значений 200....520 градусов к границам 180...480 градусов. Перемычка работает, но смещение маловато.

01.02.2022. Написал дополнение к обзору