CN201841333U

CN201841333U - 一种智能焊台

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Publication number: CN201841333U
Application number: CN2010202665492U
Authority: CN
Inventors: 丁茂宏; 熊国元
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-07-21
Filing date: 2010-07-21
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2020-07-21

Abstract

本实用新型公开了一种智能焊台，包括控制箱和手柄，所述手柄设置有加热装置，所述手柄内设置有温度侦测传感器和振动传感器，所述控制箱包括主控电路、功率控制电路和供电电源电路，所述主控电路的输入端与温度侦测传感器和振动传感器电连接，所述功率控制电路的功率输入端与供电电源电路电连接，信号输入端与主控电路电连接，输出端与加热装置电连接。该装置广泛用于各种电子产品生产电子焊接领域，适用于大、小焊点，无铅、低温、0201等SMT元件的焊接。

Description

一种智能焊台

技术领域

本实用新型涉及一种焊接电子产品用的无铅焊接装置，特别是一种焊接装置的控制箱及手柄。

背景技术

传统无铅焊台采用恒功率加热的方式，控制箱开启后，手柄便处于持续加热的状态，其缺点如下：

1、回温速度慢。传统的无铅焊台开启后，从室温上升到300℃需要20-45秒，回温的速率远不能满足无铅焊接的需求。

2、焊接不安全。传统无铅焊台焊接时的温度需要在350-450℃高温区，但过高的温度会降低焊点的机械强度，更会对元器件及PCB造成损害。

3、能耗高、寿命短。传统的焊台因性能限制，不能设置睡眠功能，导致了焊咀大部分时间都是在高温空烧状态，既大幅度减少了焊咀的使用寿命又极大的造成了能源浪费。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种使用寿命长、节能、回温速度快、性能好的智能焊台。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种智能焊台，包括控制箱和手柄，所述手柄设置有加热装置，所述手柄内设置有温度侦测传感器和振动传感器，所述控制箱包括主控电路、功率控制电路和供电电源电路，所述主控电路的输入端与温度侦测传感器和振动传感器电连接，所述功率控制电路的功率输入端与供电电源电路电连接，信号输入端与主控电路电连接，输出端与加热装置电连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述手柄包括把手、焊铁头、连接把手和焊铁头的铁管，所述振动传感器安装在把手内，所述温度侦测传感器和加热装置安装在铁管内靠近焊铁头的一端。

所述主控电路包括主控制单片机，所述主控制单片机连接有显示电路、键盘电路、数据存储器，所述温度侦测传感器、振动传感器和功率控制电路均与所述主控制单片机电连接。

所述温度侦测传感器通过信号采集放大电路连接主控制单片机。

所述加热装置为感应线圈组，所述感应线圈组外包挤有绝缘膜和隔热材料。

所述功率控制电路为变频电路。

所述功率控制电路包括变频控制器、高频逆变电路和低频电源供电回路，所述变频控制器的输入端与主控制单片机相连，输出端接高频逆变电路的控制信号输入端，所述高频逆变电路的功率输入端接低频电源供电回路，输出端接感应线圈组。

所述变频控制器的输入端通过光电隔离器与主控制单片机相连。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的手柄内设置有温度侦测传感器和振动传感器，控制箱包括主控电路和功率控制电路，温度侦测传感器能实施检测焊铁头的温度并反馈给主控电路，主控电路根据焊点及元器件的大小，自动调整功率控制电路的输出功率，确保在无铅焊接工艺窗口内得到高效的，可靠的焊接质量，振动传感器能检测到手柄是从焊台上取下还是放在焊台上，手柄放在焊台上一定时间后，功率控制电路输出一个较小功率使铁焊头维持一个较低温度，通过实现智能睡眠功能，降低能耗又保护焊嘴，提高工作寿命，而在手柄是从焊台上取下时，主控电路能够综合焊铁头的当前温度，控制功率控制电路输出功率，使焊铁头迅速回温，达到焊接所需的温度，回温速度快，可实现即取即用。

特别是本实用新型的加热装置为感应线圈组，功率控制电路为变频电路，形成高频率磁感应式结构，控制台通过变频，产生高频变频信号给感应线圈组，使感应线圈组因磁滞现象产生涡流信号，涡流信号会改变焊铁头的温度，通过控制台改变磁场的变化频率来改变焊铁头的温度，由于感应线圈组本身不是发热元件，使用寿命更长，电热转换效率更高，而且温度易于精确控制，易于实现机械化、自动化、无空气污染等优点，广泛用于各种电子产品生产电子焊接领域，适用于大、小焊点，无铅、低温、0201等SMT元件的焊接。

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方框图；

图2是手柄结构示意图；

图3是图2中A处的放大图；

图4是主控电路部分电路图；

图5是功率控制电路部分电路图。

具体实施方式

参照图2、图3，一种智能焊台，包括控制箱和手柄，所述手柄包括把手15、焊铁头12、连接把手15和焊铁头12的铁管14，所述振动传感器8安装在把手15内，所述铂热阻温度侦测传感器7和加热装置安装在铁管14内靠近焊铁头12的一端，所述加热装置为感应线圈组11，所述感应线圈组11外包挤有绝缘膜和隔热材料。

参照图1，所述控制箱包括主控电路、功率控制电路和供电电源电路，所述主控电路的输入端与温度侦测传感器7和振动传感器8电连接，所述功率控制电路的功率输入端与供电电源电路电连接，信号输入端与主控电路电连接，输出端与加热装置电连接，该主控电路包括主控制单片机1，所述主控制单片机1连接有显示电路3、键盘电路4、数据存储器5，所述温度侦测传感器7、振动传感器8和功率控制电路均与所述主控制单片机1电连接。所述温度侦测传感器7通过信号采集放大电路6连接主控制单片机1。

主控电路的电路图参见图4，本实用新型的主控电路以智能控制单片机为核心，采用一个温度类型模拟量的控制系统。主要目的是一个通过模拟量处理模块来实现连续系统控制的，可分为三个部分：信号采集处理部分，可编程控制器部分。温度信号由铂热阻采集，变换为电阻信号后，直接送人热电阻/电阻信号输入模块(IC2 0P07)。在此模块中产生对应的A/D数字值，处理中直接使用的转换值，无需在硬件级电路上作其他处理。

信号采集处理部分以IC2 0P07为核心，是一个模拟采集放大器由L1，C14，R12，R17，D12，D13，R10，R13，D14，D11，C7，R14，R9，RV1，R9，R11，C18，C19，IC2，C6组成，采集的模拟放大直接输入控制单片机，单片机内部进行A/D转换，通过显示电路3显示出来。

本实用新型的控制算法为时间最优的控制方法：

时间最优的控制方法就是将开关控制和PID算法相结合的一种控制方法。其基本思想是：在当前温度与目标温度值相差大于阈值α时，启用开关控制，即全功率加热。当目标温度与当前值的差值在阈值α以内时，再采用PID算法进行控制参数的整定。时间最优控制方法可用公式形式表示如下：

|r(K)-c(K)|＝e(K)

当e(K)＞α开关控制

当e(K)＜α控制PID

式中r(K)表示当前温度，c(K)表示目标温度，e(K)为温度差。可编程控制器部分由开关S1，S2，S3构成的键盘电路4，和存储IC393C46B及其外设电路构成的数据存储器5组成。通过开关S1，S2，S3外设各种参数存储于IC3 93C46B内。通过控制台上用键盘电路4操作设置该智能焊台的温度范围，工作时间，动作，工作范围，负载大小数据等状态数据存储于数据存储器，通过温度传感器，振动传感器，内部时钟，温度变化率，负载变化情况同存储器的信息比较，将判定结果传给CPU及其控制电路，使智能焊台控温，数字调温，加热，节能休眠，自动关机，不良故障报警等。

所述功率控制电路为变频电路。所述功率控制电路包括变频控制器2、高频逆变电路10和低频电源供电回路9，所述变频控制器2的输入端与主控制单片机1相连，输出端接高频逆变电路10的控制信号输入端，所述高频逆变电路10的功率输入端接低频电源供电回路9，输出端接感应线圈组11。

功率控制电路的电路图参见图5，所示TH1，T1、C1、BR1，C2构成网路滤波电路，TH1为热敏电阻，限制系统上电和逆变启动瞬间的浪涌电流。Q4、Q5为功放三极管，与无感电容C2、C3构成逆变电路，在SG3525 11脚工作阶段，Q5导通，经T4，U4，电容C2经U4、C9，T2放电，同时对C3进行充电。在SG3525 14脚工作阶段，Q4导通，Q5截止，工作原理相同，电流方向相反。这样在一个开关周期内在高压包初级端上形成200kHz的交变方波。通过调节开关管的占空比，可改变高压包次级输出平均电压。因为主电路为电压斩波，存在着大电流的冲击，为此，本装置采用场效应管复合使用，有与采用复合使用所以加载在高频逆变T2的交变方波位400kHz，本电路选FAIRCHILD公司的产品SSS7N60B比较适合，VDSS＝600V，RDS(ON)＝1.2Ω，ID＝7A，同时，它用绝缘T0220封装，为防止两个开关管导通时间不对称引起高压包偏磁和直流磁饱和，在电路中串入隔直电容C9来自动平衡变压器一次电压侧的直流分量。对R1、R2取相同电阻值作为平衡电阻可使C2与C3充电电压相等，R1，R2，C2，C3，U3，U4，C9，T2构成放电和吸收电路。

功率控制电路以SG3525为核心，采用恒频脉宽调制控制方式，输出功率外部(Rv1)可调，且外部调节信号变化范围为0～5V，这样使得反馈信号比较精确，能精确地控制占空比调节输出电压，提高了稳压精度：SG3525形成的控制脉冲信号频率f由下式决定：f＝1/CT*(0.7*RT+3*RD)；式中CT是5脚上的连接电容(C15)，RT是6脚上的连接电阻(R17)，RD是5脚和7脚之间的连接电阻(R18)。通过改变6号脚(RV2)的电流大小，实际上就等效于改变RT的大小，由公式可知，这样就也就调节了SG3525输出的控制信号频率。式中：CT、RT分别是与管脚5、管脚6相连的振荡器的电容和电阻，Rd为放电端电阻值，与管脚7相连。CT、RT、Rd分别为图中的C15、R17、R18，取值分别为680pF、510Ω、10Ω，由于管脚5与管脚7之间放电电阻R18的存在，使得两路输出信号之间存在一定的死区时间，从而避免同一桥臂的场效应管出现直通的现象。死区时间由R18与C15共同决定，即：TD＝3*R18*C15。管脚8接一个电容来实现软启动，该电容由内部5V基准参考电压的50μA恒流源充电，使占空比由小到大(50％)变化，减少了开机时对场效应管的冲击。

SG3525的输出经过推挽电路后，两路相位相反的脉冲波加至脉冲变压器原边的两端构成差分输入，形成交变驱动，两路隔离的输出分别经驱动IGBT。

为了保证脉冲输出电压的平稳，需要增大高频电源输出电压保持能力，并要耐受冲击电流而不至于保护动作，为了减小冲击带来的异常(尖峰，下降等)，宜在负载端设置储能电容，本实用新型在IGBT前端设有储存电容C2，C3同R1，R2构成一个重放电回路。同时，储能电容必须选用ESR小，高频性能好的电解电容。

所述变频控制器2的输入端通过光电隔离器IC(图4中的光耦PC817C)2与主控制单片机1相连，由于高频变频电源电路主电路和控制驱动电路的参考电位不同，为避免各部分相互干扰，采用光电隔离，提高系统抗干扰能力。系统所选择的PWM信号频率远低于光耦PC817C的工作频率上限，因此SG3525输出的PWM信号经PC817C隔离后可以直接送入SG3525芯片2脚，驱动或控制高频变频信号产生或停止，增强了系统安全性。

本实用新型的手柄内设置有温度侦测传感器和振动传感器，控制箱包括主控电路和功率控制电路，温度侦测传感器能实施检测焊铁头的温度并反馈给主控电路，主控电路根据焊点及元器件的大小，自动调整功率控制电路的输出功率，确保在无铅焊接工艺窗口内得到高效的，可靠的焊接质量，振动传感器能检测到手柄是从焊台上取下还是放在焊台上，手柄放在焊台上一定时间后，功率控制电路输出一个较小功率使铁焊头维持一个较低温度，通过实现智能睡眠功能，降低能耗又保护焊嘴，提高工作寿命，而在手柄是从焊台上取下时，主控电路能够综合焊铁头的当前温度，控制功率控制电路输出功率，使焊铁头迅速回温，达到焊接所需的温度，回温速度快，可实现即取即用。

Claims

1.一种智能焊台，包括控制箱和手柄，所述手柄设置有加热装置，其特征在于所述手柄内设置有温度侦测传感器(7)和振动传感器(8)，所述控制箱包括主控电路、功率控制电路和供电电源电路，所述主控电路的输入端与温度侦测传感器(7)和振动传感器(8)电连接，所述功率控制电路的功率输入端与供电电源电路电连接，信号输入端与主控电路电连接，输出端与加热装置电连接。

2.根据权利要求1所述的智能焊台，其特征在于所述手柄包括把手(15)、焊铁头(12)、连接把手(15)和焊铁头(12)的铁管(14)，所述振动传感器(8)安装在把手(15)内，所述温度侦测传感器(7)和加热装置安装在铁管(14)内靠近焊铁头(12)的一端。

3.根据权利要求1所述的智能焊台，其特征在于所述主控电路包括主控制单片机(1)，所述主控制单片机(1)连接有显示电路(3)、键盘电路(4)、数据存储器(5)，所述温度侦测传感器(7)、振动传感器(8)和功率控制电路均与所述主控制单片机(1)电连接。

4.根据权利要求3所述的智能焊台，其特征在于所述温度侦测传感器(7)通过信号采集放大电路(6)连接主控制单片机(1)。

5.根据权利要求1所述的智能焊台，其特征在于所述加热装置为感应线圈组(11)，所述感应线圈组(11)外包挤有绝缘膜和隔热材料。

6.根据权利要求1、3或5所述的智能焊台，其特征在于所述功率控制电路为变频电路。

7.根据权利要求6所述的智能焊台，其特征在于所述功率控制电路包括变频控制器(2)、高频逆变电路(10)和低频电源供电回路(9)，所述变频控制器(2)的输入端与主控制单片机(1)相连，输出端接高频逆变电路(10)的控制信号输入端，所述高频逆变电路(10)的功率输入端接低频电源供电回路(9)，输出端接感应线圈组(11)。

8.根据权利要求3或7所述的智能焊台，其特征在于所述变频控制器(2)的输入端通过光电隔离器(IC2)与主控制单片机(1)相连。