CN201841333U - 一种智能焊台 - Google Patents
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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
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。
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。
Claims (8)
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。
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