CN201792068U - 自动节能电烙铁 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种自动节能电烙铁，由一烙铁头、一变压器、一电烙铁芯、一手柄和一控制电路构成，所述控制电路由一电源供应电路、一双向可控硅，一MCU、一全向振动传感器，一电位器和一过零检测电阻组成，变压器将市电升压，使所述电烙铁芯输出功率高于其额定功率，所述全向振动传感器检测电烙铁的工作状态，所述电位器用于调节所需延时时间长短。本实用新型能实现从停用状态到使用状态的迅速切换，可调整转换状态所需延时时间的长短。

Description

自动节能电烙铁 

技术领域

本实用新型涉及一种焊接电子元件的焊料加热装置，尤其是能根据使用状态自动调整功率以实现既节能环保又方便实用目的的电烙铁。 

背景技术

目前，公知的节能电烙铁是在普通电烙铁中增设控制电路，实现功率分档调节，表1列出了四种节能电烙铁的原理和技术缺陷。 

现有节能电烙铁的原理和技术缺陷比较表 

序号	原理	技术缺陷
			1	在电源与发热体之间串入一并联二极  管的手动开关，实现功率两档手动调  整。	未实现自动调整功率；   开关频繁通断易损坏；  较长时间待用时仍消耗功率。
2	在电源与发热体之间串入一并联二极  管的水银开关，根据电烙铁的位置自  动实现两档功率调整。	功率调整档仅有两档；   由电烙铁的位置控制档位，易出现误动作；  较长时间待用时仍消耗功率。
			3	在电烙铁中加入控制电路，在烙铁架  和手柄上放置一对红外收发装置，根  据红外收发光路是否被阻断，利用可   控硅实现功率自动两档或多档调整。	对烙铁架有特殊要求；   对烙铁放置和持握有特殊要求，易出现误动   作；  不能实现从停用到使用状态的迅速切换。
4	在电烙铁中加入控制电路，在手柄上  放置触摸感应装置，根据是否持握烙  铁，利用可控硅实现功率自动两档或  多档调整。	内部电路损坏时有触电危险；   对烙铁持握有特殊要求，易出现误动作。   不能实现从停用到使用状态的迅速切换。

表1 

发明内容

为了克服现有节能电烙铁的不足，本实用新型提供一种安全可靠的节能电烙铁，既能准确自动识别电烙铁的使用、待用和停用三种工作状态，又能实现从停用到使用状态的迅速切 换。 

本实用新型是这样实现的： 

一种自动节能电烙铁，由一烙铁头、一变压器、一电烙铁芯、一手柄和一控制电路构成，所述控制电路由一电源供应电路、一双向可控硅，一MCU、一全向振动传感器，一电位器和一过零检测电阻组成，变压器将市电升压，使所述电烙铁芯输出功率高于其额定功率，所述全向振动传感器检测电烙铁的工作状态，所述电位器用于调节所需延时时间长短。 

变压器主绕组与次级绕组匝数之比介于1∶1.05～1∶1.1之间。 

MCU至少具有一条输出I/O线、一条数字量输入I/O和两条具有模/数转换功能的输入I/O线。 

全向振动传感器采用CLA-3或结构相同的微振动传感器，其与一电阻串联接于所述控制电路的正电源与电源地之间，此两元件相连处连接到所述MCU的一数字量输入I/O线。 

所述电位器与一电阻串联接于所述控制电路的正电源与电源地之间，此两元件相连处连接到所述MCU的一具有模/数转换功能的输入I/O线。 

本实用新型解决其技术问题的方案是：在电烙铁中安装一升压变压器和一控制MCU以及与其相连接的全向振动传感器、可控硅等元件组成的控制电路，控制电烙铁芯在不同工作状态时输出不同功率。升压变压器由初级绕组和次级绕组构成，初级绕组连接市电，次级绕组输出高于市电一定比例的电压。电烙铁接通电源时，MCU控制可控硅完全导通，电烙铁芯输出功率高于额定功率一定比例，电烙铁头迅速升温；一段时间(t₁)后，MCU控制增大可控硅导通角，使电烙铁芯在额定功率下工作。电烙铁使用过程中，振动传感器不断产生信号，MCU控制保持可控硅导通角不变，电烙铁芯一直工作在额定功率下；电烙铁待用时，全向振动传感器信号消失，MCU控制可控硅导通角按一定时间间隔(t₂)逐级递增，电烙铁芯电功率逐级递减，达到预设时间(T)后，可控硅关断，电烙铁进入停用状态；如在达到预设时间(T)前，振动传感器又产生信号，则MCU立即调整可控硅导通角，使电烙铁芯工作于额定功率下；电烙铁进入停用状态后，如果振动传感器产生信号，则MCU先控制可控硅完全导通一段时间(t₁)使电烙头铁迅速升温，再控制可控硅导通角，使电烙铁芯在额定功率下工作，并依上述过程循环。控制电路中设置一电位器，可调整所需延时时间长短。 

本实用新型的有益效果是：电路安装于绝缘手柄(或外壳)内确保安全；电烙铁能根据自身是否振动自动判断工作状态并输出不同功率；电烙铁能实现从停用状态到使用状态的迅速切换；可调整转换状态所需的各延时时间(t1\t2\T)长短。 

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。 

图1是本实用新型的电路原理图。 

图2是变压器输入、输出信号波形对照图。 

图3是电烙铁刚通电和由停用状态转换到使用状态时可控硅导通角与电烙铁芯上的电压波形关系图。 

图4是电烙铁在使用状态时可控硅导通角与电烙铁芯上的电压波形关系图。 

图5是电烙铁在待用状态时可控硅导通角与电烙铁芯上的电压波形关系图。 

图6是节能电烙铁第一个实施例的结构纵剖面构造图。 

图7是节能电烙铁第二个实施例的结构纵剖面构造图。 

具体实施方式

在图1中，变压器(TRS)、降压电容(C1)、整流二极管(D1)、限流电阻(R1)和稳压二极管(D2)构成电源供应电路，其中变压器(TRS)的初级绕组(N1)和市电相连，次级绕组(N2)一端串联一只降压电容(C1)后与整流二极管(D1)的阴极相接，该整流二极管(D1)的阳极与电解电容(C2)的负极和限流电阻(R1)的一端相连，该限流电阻(R1)的另一端连接稳压二极管(D2)的阳极；变压器(TRS)次级绕组(N2)的另一端连接电解电容(C2)的正极和稳压二极管(D2)的负极。 

双向可控硅(Q)、MCU(U1)、过零检测电阻(R2)、限流电阻(R3)、上拉电阻(R4和R5)、全向振动传感器(SEN)和电位器(VR)构成控制电路，其中双向可控硅(Q)的第二阳极T2、同步电阻(R2)的一端连接变压器(TRS)的次级绕组(N2)和电解电容(C2)正极相连的一端，MCU(U1)的正电源以及上拉电阻(R4和R5)的各一端也连接于该端，MCU(U1)的电源地、全向振动传感器(SEN)的一端、电位器(VR)的一端和中间抽头连接到稳压二极管(D2)的正极，双向可控硅(Q)的第一阳极T1连接电烙铁芯(Rf)的一端，电烙铁芯(Rf)的另一端连接变压器(TRS)次级绕组(N2)串联降压电容(C1)的一端。双向可控硅(Q)的控制极G串联限流电阻(R3)后连接MCU(U1)的一输出I/O引脚，过零检测电阻(R2)的另一端连接MCU(U1)的一输入I/O引脚，上拉电阻(R4)的另一端、全向振动传感器(SEN)的另一端都连接MCU(U1)的另一输入I/O引脚，上拉电阻(R5)的另一端、电位器(VR)的另一端都连接MCU(U1)的第三输入I/O引脚。 

在图1中变压器(TRS)的初级绕组(N1)和次级绕组(N2)的匝数比N1∶N2介于1∶1.05～1∶1.1之间，MCU(U1)应至少具备四个双向I/O引脚，且其中至少具备两路模/数转换通道，全向振动传感器采用CLA-3或结构相同的微振动传感器。 

在图2中，U1_m是输入市电电压的峰值，U2_m是变压器(TRS)次级输出电压的峰值，以 

为例，则有 

$\frac{{U2}_m}{{U1}_m}=\frac{N2}{N1}=\frac{11}{10}$

则有 

U2_m＝1.1U1_m

根据正弦交流电电压峰值和有效值之间关系： 

$U=\frac{\sqrt{2}}{2}{U}_m$

输入电压有效值U1和输出电压有效值U2之间的关系为： 

U2＝1.1U1 

在图3中，U2_m是变压器(TRS)次级绕组输出电压的峰值，双向可控硅导通角α≈0°，经变压器(TRS)升压后输出的电压几乎全部加在电烙铁芯上的，则电烙铁芯上电压的有效值U为： 

$U2=\frac{\sqrt{2}}{2}{U2}_m$

电烙铁芯的实际功率P_实为： 

若电烙铁芯额定功率记为P_额： 

则电烙铁芯的实际功率P_实和额定功率P_额的关系为： 

P_实＝1.21P_额

因此，电烙铁头可以迅速升温，使电烙铁迅速进入使用状态。 

在图4中，双向可控硅的导通角α是使电烙铁芯在经变压器(TRS)升压输出的电压下输出其额定功率的导通角，由以下关系式 

${\∫}_{\mathrm{\α}}^{\mathrm{\π}}\frac{{({U2}_m-\sin \mathrm{\θ})}^2}{\mathrm{Rf}}\mathrm{d\θ}={\∫}_0^{\mathrm{\π}}\frac{{\left({U1}_m\sin \mathrm{\θ}\right)}^2}{\mathrm{Rf}}\mathrm{d\θ}$

可计算得出： 

α≈58° 

在图5中，以t₂为时间间隔绘出从0到T的时间段内电烙铁芯(Rf)上交流电压波形和双向可控硅(Q)导通角之间关系，其中T和t₂之间关系为： 

T＝nt₂        (n为整数且n≥2) 

在0～t₂、t₂～2t₂、2t₂～3t₂等，直到(n-1)t₂～T时间段内包含若干数量相等的交流电压周期，每一时间段内双向可控硅的导通角α1、α2、α3等成递增关系，直到αn≈180°。 

根据各时间段内要求的电烙铁芯(Rf)的功率，可计算出一组可控硅导通角。 

以n＝4且个时间段内电烙铁芯功率等幅递减为例，计算各时段可控硅导通角如下： 

由关系式 

${\∫}_{\mathrm{\α}1}^{\mathrm{\π}}\frac{{({U2}_m-\sin \mathrm{\θ})}^2}{\mathrm{Rf}}\mathrm{d\θ}=\frac{3}{4}{\∫}_0^{\mathrm{\π}}\frac{{\left({U1}_m\sin \mathrm{\θ}\right)}^2}{\mathrm{Rf}}\mathrm{d\θ}$

可计算得出： 

α1≈79.5° 

由关系式 

${\∫}_{\mathrm{\α}2}^{\mathrm{\π}}\frac{{({U2}_m-\sin \mathrm{\θ})}^2}{\mathrm{Rf}}\mathrm{d\θ}=\frac{1}{2}{\∫}_0^{\mathrm{\π}}\frac{{\left({U1}_m\sin \mathrm{\θ}\right)}^2}{\mathrm{Rf}}\mathrm{d\θ}$

可计算得出： 

α2≈98.5° 

由关系式 

${\∫}_{\mathrm{\α}3}^{\mathrm{\π}}\frac{{({U2}_m-\sin \mathrm{\θ})}^2}{\mathrm{Rf}}\mathrm{d\θ}=\frac{1}{4}{\∫}_0^{\mathrm{\π}}\frac{{\left({U1}_m\sin \mathrm{\θ}\right)}^2}{\mathrm{Rf}}\mathrm{d\θ}$

可计算得出： 

α1≈119.5° 

由图5可得： 

α≈180° 

当n取其它数值时都可按照上述方法计算出各段时间间隔内的双向可控硅导通角。 

在图6所示的实施例中，将变压器和控制电路都安装于变压器腔壁和电烙铁手柄围成的空腔内，图6中1.烙铁头，2.电烙铁芯，3.电烙铁芯腔壁，4.变压器腔壁，5.变压器，6.电路板，7.手柄紧固螺钉，8.电烙铁手柄，9.电位器调节孔，10.二芯护套电源线，11.电源插头。 

在图7所示的实施例中，将变压器和控制电路分离，控制电路安装于电烙铁手柄围成的空腔内，变压器安装于和电源插头连成一体的变压器腔内，图7中1.烙铁头，2.电烙铁芯，3.电烙铁芯腔壁，4.变压器腔壁，5.变压器，6.电路板，7.手柄紧固螺钉，8.电烙铁手柄，9.电位器调节孔，10.二芯护套电源线，11.电源插头。

Claims (5)

1.一种自动节能电烙铁，由一烙铁头、一变压器、一电烙铁芯、一手柄和一控制电路构成，所述控制电路由一电源供应电路、一双向可控硅，一MCU、一全向振动传感器，一电位器和一过零检测电阻组成，其特征是：变压器将市电升压，使所述电烙铁芯输出功率高于其额定功率，所述全向振动传感器检测电烙铁的工作状态，所述电位器用于调节所需延时时间长短。

2.根据权利要求1所述节能电烙铁，其特征是：变压器主绕组与次级绕组匝数之比介于1∶1.05～1∶1.1之间。

3.根据权利要求1所述自动节能电烙铁，其特征是：MCU至少具有一条输出I/O线、一条数字量输入I/O和两条具有模/数转换功能的输入I/O线。

4.根据权利要求1所述的自动节能电烙铁，其特征是：全向振动传感器采用CLA-3或结构相同的微振动传感器，其与一电阻串联接于所述控制电路的正电源与电源地之间，此两元件相连处连接到所述MCU的一数字量输入I/O线。

5.根据权利要求1所述的自动节能电烙铁，其特征是：所述电位器与一电阻串联接于所述控制电路的正电源与电源地之间，此两元件相连处连接到所述MCU的一具有模/数转换功能的输入I/O线。

Images