CN112404639A - 一种一体化高频烙铁芯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电烙铁技术，特别是一种一体化高频烙铁芯。它包括烙铁头，所述的烙铁头后部设尾管，其外部缠绕有高频感应线圈，其尾端轴向设有中心孔，中心孔内置有第一温度传感器及第二温度传感器。本发明实现了小尺寸、大功率、高稳定性的烙铁温度控制，实现了快速升温、大功率回温时稳定的温度控制能力，有效的提高锡焊工作效率。

Description

一种一体化高频烙铁芯

技术领域

本发明涉及电烙铁技术，特别是一种一体化高频烙铁芯。

背景技术

电烙铁是现在电子工业中的必备工具，在开发、生产、维修中，有着不可替代的作用，烙铁性能的提升能极大的提高工作效率。

现有烙铁按发热方式主要为发电热丝加热式和感应加热式两个大类：

电热丝式又分为内热式和外热式。

在锡焊作业中，我们希望的是烙铁头能快速升温，并有尽可能小的温度过冲，而在烙铁头工作面接触到工件失热后，又能快速的以尽可能大的功率补温；快速升温通常通过减小烙铁头尺寸(即降低热容)和提高烙铁功率来实现，要达到快速补温，也就是回温速度，需要能快速响应烙铁头温度的变化、尽可能小的热阻、尽可能大的加热功率。这里有关系到烙铁性能的三个关键参数：升温速度、温度稳定性和回温能力。

快速的升温能减少等待时间，实现即取用，减小电力消耗，延长烙铁的使用寿命；小的热阻能让来自热源的热能快速到达工作面；而较大的功率又是补充烙铁头热量损失的根本热量来源。

将温度传感器尽可能的前置到烙铁头的工作面附近，能快速的响应烙铁头工作面的温度降低，但不能有效的抑制温度过冲。简单的加大烙铁功率，能提高回温功率，但同时会造成严重的温度过冲。很难实现这三个关键性能参数的完美协调。

专利公开号CN110315162A 的设计采用了双温度传感器设计，在烙铁头的工作面孔里置有第一温度传感器，在加热丝附近置有第二温度传感器，用于检测加热器的温度。相比之下本发明第二温度传感器置于感应加热线圈中心位置，检测的是烙铁头受热位置温度最高点的温度。

专利公开号CN110315162A 加热器配置在烙铁头内经绝缘材料把热传递给烙铁头，绝缘层的热阻远大于金属。绝缘材料引入的热阻问题限制了烙铁回温能力的进一步提升。本发明由高频感应线圈在烙铁头尾管外，通过高频感应在烙铁头尾管上产生的涡流和环流让烙铁头自身发热，热阻小，有利于性能的得升。

相比现有高频烙铁加热线圈在烙铁头尾管部分，测温在烙铁头内孔的前端的设计，由于热阻及热惯性的存在，始终存在温度过冲现象，在单纯加大功率补偿回温能力时，由于烙铁头热阻的影响，会造成尾管部分温度远超过设定温度，最终的表示就是温度过冲，在现在设计下，要降低温度过程唯一的办法就是减小加热功率。无法在有限的尺寸内进一步提高回温功率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种一体化高频烙铁芯。

本发明的目的是通过如下途径实现的：一种一体化高频烙铁芯，它包括烙铁头，所述的烙铁头后部设尾管，其外部缠绕有高频感应线圈，其尾端轴向设有中心孔，中心孔内置有第一温度传感器及第二温度传感器。

作为本方案的进一步优化，所述的第一温度传感器位于中心孔内接近烙铁头工作面的一端，第二温度传感器位于高频感应线圈中段所处的中心孔内。

作为本方案的进一步优化，所述的烙铁头尾部与外钢管连接，外钢管尾端安装有与烙铁手柄内置插座连接的4芯连接插头。

作为本方案的进一步优化，所述的第一温度传感器负极与外钢管连接，正极与4芯公插头的第一温度传感器正极连接；

所述的第二温度传感器负极与外钢管连接，正极与4芯公插头的第二温度传感器正极连接。

所述的高频感应加热线圈，其两根出线分别与4芯公插头的高频感应线圈一号引线和高频感应线圈二号引线连接。

作为本方案的进一步优化，所述的中心孔底部离烙铁头工作面的距离为1mm-2mm。

作为本方案的进一步优化，所述的4芯连接插头经塑料件与外钢管连接。

本发明一种一体化高频烙铁芯，能够实现小体积高功率密度下的精确温度控制。与现有技术比较，具有如下优点：

1.温度控制精准：普通高频烙铁只有一只温度传感器， 通过带有弹簧的探杆将温度传感器压到烙铁头前端，当前端温度达到时停止加热，但此时，烙铁头尾部的温度已经远高于工作面，造成温度过冲。而如果采用算法在温度接近目标值时减小功率，又严重影响烙铁的另一个参数，即回温功率。

本发明使用两只温度传感器，很好的解决了这一问题，第一温度传感器通过焊接或压接与烙铁头中心孔尽可能靠近工作面的位置接触，用于测量烙铁头工作面的温度；第二温度传感器置于烙铁头绕高频加热感应线圈的烙铁头中心孔中部，测量烙铁头最高温度处的温度。

2.回温功率足：传统烙铁头只有在损失回温功率的前提下，才能较好的控制温度稳定度，造成回温功率不足。

本发明在温度控制方法上，使用以下控制模式：开机冷启动时，优先以第二温度传感器的温度基准开始升温，当第二温度传感器温度到达时，测量第一温度传感器的温度，计算二者的温度差，并根据温度差和烙铁头的热容量计算让烙铁头工作面达到设定温度所需要的加热时间。最终温度控制精准。

当工作面接触工件失热，温度下降，这时根据第二温度传感器与第一温度传感器的温度差及烙铁头的热容量来计算所需的加热时长，实现快速且准确的温度补偿，同时避免了温度的大幅过冲。

3.功率密度高：由于能测量到烙铁头受热部分的温度，并通过第二温度传感器与第一温度传感器的温度差动态的调节第二测温点的上限值 ，动态的调节两者的温度差，提高热传递效率，可以大幅度提高功率密度，在样本中本发明专利实现了用4.5mm 直径的烙铁头连续输出150W功率，峰值200W。

4.采用一体化设计，使感应加热的线圈尽可能靠近烙铁头工作面，减少导热热阻。烙铁头采用加热部分扩口，连接部分缩小的设计，在提升功率密度的同时，减小由烙铁头传递到烙铁手柄的热。

5.采用快插设计，更换烙铁头方便快捷。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细说明：

图1为本发明结构示意图；

图2为图1的A-A向剖面图；

图3为图1的B-B向剖面图；

图4为本发明的电控部分电路方框示意图；

图5为本发明的电控部分电路图；

图6为本发明的电控原理示意图。

具体实施方式

如图1-3所示，本发明一种一体化高频烙铁芯，它包括烙铁头1，烙铁头1由铜制成，表面电镀铁层，除工作面101外的其它铁层的外表再镀以镍层，除烙铁头工作面101以外的地方再电镀铬。

为表述方便，将烙铁头1分成4个部分，工作面101、连接的烙铁头1与钢管外套5的连接台阶102、烙铁头1后部的尾管103，尾管103用于缠绕高频感应线圈4，也是本案中最终的发热部分；

所述的烙铁头1尾部与外钢管5连接，外钢管5尾端安装有与烙铁手柄内置插座连接的4芯连接插头7。外钢管5制作材料为不锈钢，厚度0.2-0.3mm，不锈钢热阻大，能避免烙铁头部的热快速传递到手柄端，由两部分组成，前端扩管部分501与烙铁头1的连接台阶102紧配合，后端细管502 通过塑料件6与4芯连接插头7配合。

塑料件6实现外固定钢管5与4芯连接插头7的连接，同时实现4芯连接插头7与外钢管5的绝缘。4芯连接插头7通过塑料件6与外钢管5连接，实现第一温度传感器2、第二温度传感器3以及高频感应线圈4的电气对外连接。

所述的烙铁头1其尾端轴向设有中心孔104，中心孔104内置有第一温度传感器2及第二温度传感器3。

所述的第一温度传感器2位于中心孔104内接近烙铁头1工作面101的一端，第二温度传感器3位于高频感应线圈4中段所处的中心孔104内。所述的中心孔104底部离烙铁头1工作面101的距离为1mm-2mm。

所述的第一温度传感器2负极与外钢管5连接，正极与4芯公插头7的第一温度传感器正极701连接；所述的第二温度传感器3负极与外钢管5连接，正极与4芯公插头7的第二温度传感器正极702连接。

所述的高频感应加热线圈4，使用带耐高温绝缘层的纯银或银镍合金制作，其两根出线分别与4芯公插头7的高频感应线圈一号引线703和高频感应线圈二号引线704连接。

如图6所示，温度控制过程：开机后， 控制程序检测第一温度传感器2温度是否到达设定温度，如果温度没有达到，计算第二温度传感器3与第一温度传感器2之间的温度差，计算输出加热信号时长，如果第二温度传感器3没有达到目标温度，下一个测、控温循环继续计算并输出加热信号，如果第二温度传感器3温度达到目标温度，停止加热，防止温度过冲。

如图4-5所示，电路部分工作描述：

来自电网的220V经J1接入，经NTC1缓冲后进入C1、T1、C2、R、R5组成的共模滤波电路后进入整流桥D2，再经C4滤波后给功率电路提供约320V的直流电压。

V1是隔离辅助供电电路，市电经滤波后接入V1，由V1给控制及驱动部分提供直流12V电压，12V直流电源经 U3、R23、C17、C13、D4、L1、R22、R24、CE1组成的DC-DC降压电路将12V降压到5V。5V经 V2、C15、C14、C16组成的线性降压电路将5V降压为3.3V给单片机供电。

由U2B、R13、R17、C9、C6、R20、R11、R15、C10组成第一温度传感器信号放大电路。

由U2A、R14、R18、C11、C7、R21、R12、R16、C12组成第二温度传感器信号放大电路。

C8是U2的旁路电容。

由U1、R 7、R8、C3组成驱动信号放大电路，经R2、T2驱动Q1、Q2轮流导通，R4、R10为Q1和Q2的下拉电阻，确保Q1及Q2在无信号时处于关闭状态，D1、R3组成Q1的驱动整形电路，D3、R9组成Q2的驱动整形电路。

T3的原边与C5组成谐振电路，T3的副边接烙铁头感应加热线圈。

电路上电后， 来自第二温度传感器3的信号经U2A放大后输入到单片机中，来自第一温度传感器2的信号经U2B放大后输入单片机中。当第二温度传感器3放大后的信号值低于设定值时，单片机经U1驱动Q1、Q2工作，绕在烙铁头1尾管103上的感应线圈4形成高频交变磁场，烙铁头1的尾管103在感应线圈4的高频交流磁场作用下，在涡流和环流的作用上升温。当第二温度传感器3放大后的信号值达到设定温度值时，单片机缩短加热驱动时间，输出到感应线圈4的功率减小，当第一温度传感器2放大后的信号值达到烙铁设定温度值时，单片机停止加热驱动输出。

当烙铁头1的工作面101接触到工件失热后，第一温度传感器2首先检测到温度变化，第一温度传感器放大后的值输入到单片机，单片机将全功率输出，直到第二温度传感器2放大后的信号值与设定值相等 ， 完成了快速的温度补偿。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种一体化高频烙铁芯，它包括烙铁头（1），其特征在于：

所述的烙铁头（1）后部设尾管（103），其外部缠绕有高频感应线圈（4），其尾端轴向设有中心孔（104），中心孔（104）内置有第一温度传感器（2）及第二温度传感器（3）。

2.如权利要求1所述的一种一体化高频烙铁芯，其特征在于：所述的第一温度传感器（2）位于中心孔（104）内接近烙铁头（1）工作面（101）的一端，第二温度传感器（3）位于高频感应线圈（4）中段所处的中心孔（104）内。

3.如权利要求1所述的一种一体化高频烙铁芯，其特征在于：所述的烙铁头（1）尾部与外钢管（5）连接，外钢管（5）尾端安装有与烙铁手柄内置插座连接的4芯连接插头（7）。

4.如权利要求1或 2所述的一种一体化高频烙铁芯，其特征在于：所述的第一温度传感器（2）负极与外钢管（5）连接，正极与4芯公插头（7）的第一温度传感器正极（701）连接；

所述的第二温度传感器（3）负极与外钢管（5）连接，正极与4芯公插头（7）的第二温度传感器正极（702）连接。

5.所述的高频感应加热线圈（4），其两根出线分别与4芯公插头（7）的高频感应线圈一号引线（703）和高频感应线圈二号引线（704）连接。

6.如权利要求1或 2所述的一种一体化高频烙铁芯，其特征在于：所述的中心孔（104）底部离烙铁头（1）工作面（101）的距离为1mm-2mm。

7.如权利要求3所述的一种一体化高频烙铁芯，其特征在于：所述的4芯连接插头（7）经塑料件（6）与外钢管（5）连接。

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