Блок питания для двух малогабаритных низковольтных паяльников

с различными напряжениями питания и регулировкой температуры нагрева

При длительной работе связанной с пайкой млогабаритных деталей на печатные платы, особенно с использованием SMD компонент, приходится использовать малогабаритные маломощные низковольтные паяльники. При этом большое значение имеет возможность регулировки температуры нагрева жала паяльника. Описываемое устройство предназначено для работы с двумя паяльниками на напряжение 6 и 36 вольт мощностью 15-20 вт. Большая разница в питающих напряжениях не позволило найти готовое удовлетворительное решения схемы. Встречались удачные схемы либо на небольшое напряжение, либо на большое 36-42 вольта, плохо стыкуемые между собой. Хотелось иметь единый блок, да с возможностью обдува места пайки, чтобы не дышать копотью от паяльника.

Разработанное устройство предназначено для питания двух паяльников на 6 и 36 вольт с регулировкой мощности нагрева жала паяльника от 50 до 100 процентов. В основном я работаю с паяльником напряжением 6в и мощностью 18 вт.

Блок питания имеет три канала питания, причем 6-вольтовый является основным и опорным. Для установки выходных напряжений и их контроля цепи обратной связи схемы сравнения DA1 UC3842 подключены именно к этому каналу.

12-вольтовый канал используется для подключения вентиляторов обдува как самой конструкции, так и, при необходимости, места пайки.

36-вольтовый канал полностью независимый, и его напряжение можно увеличить до 42 вольт пересчитав количество витков соответствующей обмотки. Выходная мощность блока до 40 вт. Можно при необходимости, намотав еще обмотки и пересчитав витки, получить дополнительные напряжения, отличные от указанных на схеме.

Внешний вид готовой конструкции представлен на рис.1.

Рис. 1. Внешний вид готовой конструкции

Блока питания реализован на основе микросхемы UC3842, разработанной специально для построения импульсных источников для питания телевизоров, монитров, факсов и т.д. Простота схемы схемы обеспечивается за счет минимального количества элементов обвязки микросхемы. Применение UC3842 позволяет обойтись и без понижающего трансформатора и питать схему непосредственно сетевым напряжением. Но я отказался от этого варианта, поскольку меня интересовала простота, безопасность и отсутствие высоковольтных деталей, габариты же изделия для меня значения не имели. Питание блока осуществляется от понижающего трансформатора на 32 вольта при токе до 1.5 - 2А, что позволило избавиться от высоковольтных деталей и контролировать выходное напряжение непосредственно с выхода блока. В качестве понижающего трансформатора я применил готовый от неисправного ксерокса, поэтому намоточных данных его не имею. Мощность его порядка 50-60 вт.

При проектировании использовался пакет программ для проектирования РЭА PCAD 4.5., поэтому имеется электронный вариант блока питания. Для тех, кто хочет воспользоваться этим пакетом, в исходном виде схема (Bp_6_36.sch) и печатная плата (Bp_6_36.pcb) находятся в приложении.

Схема блока представлена на Рис.2, на Рис.3. Указано расположение элементов на плате. На рисунках 4 и 5 показаны проводники с верхней и нижней стороны платы соответственно.

Рис 2. Принципиальная схема блока питания

Рис.3. Расположение элементов на плате.

Рис 4. Рисунок проводников со стороны деталей.		Рис 5. Рисунок проводников со стороны пайки.

Описание работы.

Входное напряжение поступает на вход X1 платы. Входной понижающий трансформатор, тумблер включения и входной предохранитель расположены вне платы.

На транзисторе VT1 собран стабилизатор питания микросхемы DA1 UC3842.

Выходное напряжение канала 6 вольт является основным для работы устройства. Регулировка выходного напряжения осуществляется резистором RP REG, расположенным на передней панели, через разъем X3. Стрелочный индикатор предназначен для визуальной оценки степени нагрева жала паяльника и подключен через разъем X5. Подстроечный резистор RP1 (типа СП5-2) позволяет установить стрелку индикатора наконечную отметку шкалы при максимальном напряжении, стабилитрон VD11 на 4.7 вольта "растягивает" рабочий участок шкалы. Выходное напряжение канала 6 вольт регулируется в пределах 4.3-6.1 вольт, а канала 36 вольт - 26-36.5 в, что соответствут регулировки мощности паяльника от 50 до 100 процентов. Стабилитрон VD12 на 6.2в предотвращает значительное увеличение выходных напряжений в случае плохого контакта с выводами регулировочного резистора RP REG (резистор "скрепит").

При указанных номиналов элементов обвязки DA1 частота преобразования около 50 килогерц. В канале на 6 вольт в выпрямителе, из-за большого потребляемого тока паяльником и, как следствие, выделение значительного тепла на VD10, использованы диоды Шоттки. Остальные диоды импульсные.

Применение пар резисторов R3-R4 и R5-R6 в цепях гашения обратных импульсов было выбрано для облегчения их подбора при макетировании. Их можно заменить одним резистором сложив соответственно их номиналы, и увеличив мощность рассеивания до 1 вт. Мощность рассеивания всех резисторов, если это отдельно не указано на схеме, не более 0.25 вт. Рабочее напряжение конденсаторов в каналах 6, 12 и 36в должно быть соответственно на 12, 25 и 50 вольт. Конденсаторы C9 и C10 в цепях гашения обратных импульсов должны иметь рабочее напряжение не ниже 300в.

Охлаждение платы осуществляется внутренним вентилятором, подключенным к разъему X2. Для индикации работы устройства используется два светодиода, подключенных к разъему X4. Зеленый сигнализирует об исправности сетевого предохранителя на входе понижающего трансформатора и наличии питания UC3842, красный о перегорании предохранителя FU1 на 3А. Выход напряжений 6 и 12 вольт осуществляется на разъемы VS1 и XS2 соответственно, причем центральный штырь разъема XS2 в канале 12 вольт выбран более толстым для исключения ошибочного подключения 6-вольтового паяльника на выход 12 вольт.

Внешний вентилятор, при необходимости, подключается к разъему XS2. Паяльник на 36 вольт подключается к разъему XS3, в качестве которого применен пятиконтактный разъем, например, как для клавиатуры PC или магнитофонный.

На Рис.6. представлена готовая плата. По ней можно ориентироваться на размеры радиаторов охлаждения элементов.

Рис 6. Готовая плата после сборки		Рис 7. Установка платы в корпусе и подключение внешних элементов

Трансформатор T1 собран на ферритовом Ш-образном магнитопроводе с размерами 32*28*10 мм (ширина*высота*толщина) и имеет зазор 1 мм на центральном стержне. Наличие зазора обязательно. При его отсутствии в качестве зазора можно использовать полоску из текстолита по всей длине толщиной 0.5мм. Все обмотки выполнены проводом 0.38 мм. Обмотка 5-7 содержит 25 витков в два провода, 1-3 - 10 витков, 12-14 - 29 витков в два провода, 8-10 - 5 витков в четыре провода.

Начала обмоток на схеме помечены, переполюсовка их не допускается. Поскольку питающее напряжение невелико, то особой изоляции при намотке между обмотками трансформатора не требуется.

При изготовлении T1 я использовал трансформатор от старого монитора. Для разборки трансформатора применяю свой хорошо зарекомендовавший себя способ.

Берем ненужную кастрюлю, кладем в нее трансформатор, заливаем водой и буквально провариваем в течении 10-12 часов, периодически доливая воду, после чего половинки легко разделяются лезвием безопасной бритвы.

Старые провода для намотки конечно уже использовать нельзя. Результат работы представлен на рисунках: Рис.8. - трансформаторы до проварки, Рис.9. - после. Данный способ меня не подводил ни разу, выход 100-процентный. После намотки и сборки трансформатора желательно установить на нем экран в виде ленточного кольца из медной фольги, например сняв полоску фольги с текстолита, поверх сердечника с обмоткой. Это резко снижает помехи от работающего блока.

Рис 8. Трансформаторы до разборки.		Рис 9. Трансформаторы после разборки.

Выпрямители собраны с использованием LC-фильтров, преставляющих из себя ферритовый стержень диаметров 5-6 мм и длиной 15-20 мм, на котором намотано 10-15 витков толстым проводом. На плате они установлены вертикально. Наличие в выпрямителях такого количества конденсаторов обусловлено желанием получить качественный блок питания.

При изготовлении платы, поскольку токи потребляемые паяльниками велики, ширину печатных проводников выполнять как можно максимальнее. Это же относится и для подводящих цепей первичной обмотки Т1. При лужении плат, в таких случаях, подводящие цепи покрывают утолщенным слоем припоя. Земляной контур должен быть выполнен по всему периметру платы тоже максимально возможной шириной проводника.

Для желающих "облегчить" схему укажу обязательные элементы в выпрямителях: C13, C22, L2, C15, C24, C18, C27, C20 и C11. Отсутствие L2 приводит к нестабильности работы преобразователя, вследствие пролезания помех в схему сравнения DA1 UC3842. Емкость блокировочных конденсаторов можно уменьшить до 0.1 мкф, но наличие их обязательно. Их отсутствие, как правило, приводит к "вздутию" электролитов, поскольку обычные не предназначены для работы в высокочастотных цепях. Для этого применяют специальные типы конденсаторов, но как правило они реже встречаются, да и стоят дороже.

Силовые элементы установлены на радиаторах. Их размеры можно ориентировочно прикинуть по Рис.6. Диод VD8 в канале 12 вольт радиатора не имеет. Диодный мост VD1 в выпрямителе питания имеет небольшой пластинчатый радиатор. В качестве моста можно применить любой подходящий на ток не менее 3 А, например RBV-402, которые имеют в корпусе отверстие для крепления радиатора охлаждения. Конденсатор C1 должен быть на напряжение не ниже 50 вольт, емкость может быть уменьшена до 2200 мкф.

Каждый канал должен для нормальной работы иметь небольшую нагрузку (на случай работы на холостом ходу) - резисторы R20, R21 и R7.

У меня в работе два паяльника одновременно не используется. При работе с двумя паяльниками возможно придется подобрать резистор R19 в сторону уменьшения до 0.15 ома, или увеличить входное напряжение на входе платы до 36 вольт.

При длительной работе блока нагрева элементов выше 40 градусов не наблюдалось. Для тех кого устраивает нагрев элементов до 70-80 градусов, наличие внутреннего вентилятора не обязательно.

С принципами построения и описание работы блоков питания с использованием UC3842 подробно можно ознакомиться в статье "Простой импульсный источник питания" Олега Николайчика, опубликованной в журнале "Схемотехника" N7 в июле 2001 года стр. 8-11. Статья взята мной по ссылке поисковиком в интернете и приведена в приложении - Bp_3842.pdf. В этой же статье можно подробно прочитать о типах применяемых элементах, их назначениях и допустимых заменах. Вопросы по этой статье направляте автору по приведенному там же адресу. Внимательно изучив приведенный материал, у меня не возникло вопросов что и как применять, и что на что заменять.

Приложение

1. Uc3842.pdf - Описание м/сх UC3842 с сайта производителя.
2. Принципиальная схема и печатная плата блока питания в формате PCAD 4.5
3. Bp_3842.pdf Статья "Простой импульсный источник питания" из журнала "Схемотехника", N7 за 2001г. стр. 8-11.