DD210591A3

DD210591A3 - Temperaturregelelektronik fuer loetkolben

Info

Publication number: DD210591A3
Application number: DD81234827A
Authority: DD
Inventors: Dieter False; Bernd Leutsch; Manfred Rau; Peter Schindler; Wulfried Szusdziara
Original assignee: Elektromechanische Werkstaette
Priority date: 1981-11-13
Filing date: 1981-11-13
Publication date: 1984-06-13
Also published as: CS762782A1; CS253265B1; DE3235940A1; BG42668A1

Abstract

Ziel der Erfindung ist eine einfache und funktionssichere Temperaturregelelektronik, die bei minimaler Bauelementeanzahl ausschliesslich aus Standardbauelementen auf moeglichst kleinem Raum aufgebaut ist, die keine Hochfrequenzstoerstrahlung aussendet und auf die Temperaturgang und Parameterstreuungen der verwendeten Bauelemente keinen negativen Einfluss haben. Die Loesung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemaess durch eine Entkopplung der der Regelelektronik zugefuehrten Versorgungsspannung in die fuer den Thyristor noetige Steuerspannung und in die fuer ein Vergleichsnetzwerk benoetigte Referenzspannung, wobei die Referenzspannung fuer das Vergleichswerk durch eine Lichtemitterdiode erzeugt wird. Die Regelelektronik vergleicht den mit der Temperatur steigenden Widerstand des in der Naehe der Loetspitze angebrachten Temperaturfuehlerwiderstandes mit einem voreinstellbaren Sollwert und schaltet das Heizelement bei Erreichen der Solltemperatur der Loetspitze ab bzw. bei Unterschreiten wieder ein. Die Temperaturregelelektronik dient zur Temperaturregelung von elektrisch beheizten Loetkolben fuer die Loetung thermisch und elektrisch empfindlicher Bauelemente und Bauteile der Elektrotechnik/ Elektronik.

Description

Temperaturregelelektronik für Lötkolben

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelelektronik für die Temperaturregelung elektrisch beheizter Lötkolben, die besonders für die Lötung thermisch und elektrisch empfindlicher Bauelemente und Bauteile in der Elektronikindustrie, in Produktion und Service von elektrischen und elektronischen Geräten und ähnlichen Anwendungsgebieten bis hin zur Anwendung im Heimwerkerbereich geeignet sind.

Charakteristik der bekannten Lösungen

Es sind temperaturgeregelte Lötkolben bekannt, bei denen für die Regelelektronik mehr oder weniger aufwendige Brückenschaltungen, Differenzverstärker oder spezielle integrierte Schaltkreise zur Anwendung kommen·

Mit einem speziellen Schaltkreis für die Regelekeltronik ist zum Beispiel ein Lötkolben nach DE-OS 292 1062 ausgerüstet. Durch die relativ hohe Stromaufnahme der Steuerelektronik und die konstruktive Ausführung des Lötkolbens bleibt sein Einsatzgebiet aber nur auf den Kleinspannungsbereich beschränkt»

Bei einfachen, diskret aufgebauten Schaltungsausführungen wirken sich die Parameterschwankungen der als Halbleiterleistungsschalter eingesetzten Thyristoren störend auf die Stabilität und die Temperatureinstellgenauigkeit der Regelelektronik aus, so daß zum Beispiel bei einem Lötkolben nach DE-OS 235 8396 speziell ausgemessene Bauelemente verwendet werden müssen, bei DE-OS 2210474 eine nachträgliche Eichung erforderlich ist, oder es sind zusätzlich ein Ab-

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gleichelement und ein Halbleiterschalter nötig wie bei DE-AS 2109470. Der Temperaturgang der übrigen verwendeten Halbleiterbauelemente wirkt sich, bei diesen Lötkolben ebenfalls negativ auf die löttechnischen Parameter aus·

Ein weiterer Nachteil von Lotkolben mit diskret aufgebauter Regelelektronik ist die zumeist unzureichende Kompensation der vom Thyristor erzeugten Hochfrequenzstörstrahlungen, z.B. DE-OS 2210474» wodurch es neben Punkempfangsstörungen auch zu einer Zerstörung von hochempfindlichen Bauelementen beim Lötvorgang kommen kann.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist, eine Regelelektronik für die Temperaturregelung von Lötkolben zu schaffen. Die Regelelektronik soll einfach, und funktionssicher aufgebaut sein und eine möglichst geringe Anzahl von Bauelementen, die ausschließlich Standardbauelemente sein sollen, enthalten· Weiterhin ist die Regelelektronik so auszulegen, daß eine Hochfrequenzstörstrahlung vermieden wird· Die Abmessung der νerwendeteten Leiterplatten ist so klein zu halten, daß eine Unterbringung im Handgriff von Lötkolben möglich ist· Damit können die Lötkolben direkt aus dem 220 VoIt-Uetz betrieben werden und der Einsatz von Transformatoren kann entfallen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist die Entwicklung einer elektronischen Schaltungsanordnung für die Temperaturregelung eines elektrisch beheizten Lötkolbens, die mit einem möglichst geringen Aufwand und bei kleinstem Raumbedarf vor allem die negativen Einflüsse der bei derartigen Schaltungen üblicherweise als Leistungsschalter eingesetzten Thyristoren ausschaltet, wie exemplar- und temperaturabhängige Streuungen, der zum Schalten nötigen Steuerspannung, Änderung der Steuerspannung beim RegelVorgang und das Aussenden von Hochfrequenzstörstrahlung beim Schalten. Der Temperaturgang der übrigen Halbleiterbauelemente darf die Parameter der·Regelelektronik ebenfalls nicht beeinflussen.

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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Versorgungsspannung der Regelelektronik durch zwei Widerstände in Referenzspannung und Thyristorsteuerspannung entkoppelt wird und eine Lichtemitterdiode die Referenzspannung erzeugt· Parallel zur Referenzspannung liegt ein Vergleichsnetzwerk, das neben zwei Pestwiderständen einen einstellbaren und einen temperaturabhängigen Widerstand enthält. Zwischen dem Vergleichsnetzwerk und dem Thyristor ist ein Transistor geschaltet, dessen Emitter mit der Katode, dessen Kollektor mit der Steuerelektrode und dessen Basis mit dem Vergleichsnetzwerk und über einen Widerstand mit der Anode des Thyristors verbunden ist.

Das parallel zur Lichtemitterdiode liegende Vergleichsnetzwerk bildet den Basisspannungsteiler für den Transistor, indem von der Licht emitterdiode ein Widerstand zur Basis führt und zwischen Basis und Emitter die übrigen drei Widerstände des Spannungsteilers in Reihe geschaltet sind. Von dieser Reihenschaltung ist ein Widerstand der Einstellregler für die Solltemperatur, und ein weiterer Widerstand ist der in unmittelbarer Nähe der Lötspitze angebrachte Temperaturfühler, der den emitterseitigen Abschluß des Vergleichsnetzwerkes bildet.

Die Regelelektronik ist über zwei Anschlüsse mit der Betriebswechselspannung verbunden. Sin Anschluß erfolgt über das mit der Thyristorkatode verbundene Heizelement, der andere Anschluß erfolgt über die Anode des Thyristors. Von der Thyristoranode führt ein Kondensator den Entkopplungswiderständen die Versorgungsspannung in gewünschter Phasenlage zu. Durch die Entkopplung wirken sich Streuungen und Temperatürgang der Thyristorsteuerspannung sowie ihre Änderungen beim Schalten nicht merklich auf die Referenzspannung und damit auf die eingestellte Temperatur aus. In der gewählten Schaltungsanordnung kompensiert außerdem der Temperaturgang des Transistors die Temperaturgänge von Lichtemitterdiode und Thyristor, so daß bei räumlicher Nähe dieser Bauelemente die Schwankungen der Umgebungstemperatur und die Eigenerwärmung der Bauelemente ausgeglichen werden. Der Widerstand zwischen Basis des Transistors und der Thyristoranode führt dem Transistor phasen- und amplitudenabhängige Spannungen von der Anode des Thyristors

zu. Diese Maßnahme unterdrückt in Verbindung mit einem parallel zu den Betriebsspannungsanschlüssen geschalteten Kondensator Hochfrequenzstörstrahlungen der Regelelektronik.

Die Regelelektronik arbeitet nach dem Prinzip der Zweipunktregelung im Halbwellenbetrieb, wobei der Thyristor im UuIldurchlauf der Wechselspannung geschaltet wird. Nach der Verbindung der Regelelektronik mit der Betriebsspannung heizt das Heizelement die Lötspitze auf, wodurch die Spannung an der Basis des Transistors infolge der Widerstandserhöhung des Temperaturfühlers ansteigt. Erreicht die Temperatur der Lötspitze den eingestellten Sollwert, so steigt die Spannung an der Basis über die Basis-Emitter-Schwellspannung, wodurch der Transistor leitend wird und die Thyristorsteuerspannung infolge der niedrigen Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung des Transistors unter ihren Mindestwert sinkt. Bei der nächsten positiven Halbwelle der Betriebswechselspannung kann nun der Thyristor nicht mehr zünden und die Heizung wird stromlos« Wird die Lötspitze wieder abgekühlt, dann verringert sich der Y/iderstand des Temperaturfühlers, die Basis-Emitter-Spannung sinkt unter ihren Schwellwert und der Transistor wird gesperrt. Unmittelbar nach dem Hulldurchgsng wird nun der Thyristor für positive Halbwellen leitend, das Heizelement wird vom Strom durchflossen und die Temperatur der Lötspitze auf den Sollwert gebracht. Durch diesen mit geringer Trägheit ständig ablaufenden Prozeß wird die Temperatur der Lötspitze konstant gehalten.

Ausführungsbeispiel

Die Pigur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, über die Anschlüsse 16 und 17 wird die Regelelektronik mit der Betriebswechselspannung verbunden. Je nach Dimensionierung der Schaltung sind Betriebsspannungen zwischen 24 und 220 Volt möglich. Der parallel zu den Anschlüssen geschaltete Kondensator 18 und der Widerstand 15 dienen zur Unterdrückung von Hochfrequenzstörstrahlung, so daß die Regelelektronik einer Funkentstörprüfung nach internationalen Vorschriften standhält. Der Kondensator 1 stellt die gegenüber der Betriebsspannung reduzierte Versorgungsspannung 2 der Regelelektronik zur .Verfügung, die über die Widerstände 10 und 11 in die Steuer-

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spannung 4 für den Thyristor 3 und in die Referenzspannung 9 für das Vergleichsnetzwerk 5» 6, 7, S entkoppelt wird. Die Lichtemitterdiode 12 bildet dabei das Referenz element und dient zusätzlich zur Anzeige der Betriebsbereitschaft während der Aufheizphase und des Erreichens der Solltemperatur durch Erhöhung ihrer Helligkeit. Parallel zur Referenzspannung 9 liegt das Vergleichsnetzwerk 5_} 6, 7, 8, das aus den Pestwiderständen 5> 6j aus dem Einstellregler für die Solltemperatur 7 und dem Temperaturfühlerwiderstand 8 mit positivem Temperaturkoeffizienten besteht. Durch die Anordnung von Einstellregler 7 und Temperaturfühler 8 zwischen Basis und Emitter des Transistors 13 wird ein Hochlaufen der Lötkolbentemperatur bei einem Ausfall dieser Widerstände verhindert, da in diesem Pail der Transistor 13 leitend wird und über den Thyristor 3 das Heizelement 19 abschaletet. Die Verbindung der auf einer Leiterplatte untergebrachten Regelelektronik mit dem Temperaturfühler 8 und dem Heizelement 19 erfolgt über die Anschlüsse 2Q, 21, 22.

Wird der Lötkolben mit der Betriebsspannung verbunden, so heizt das Heizelement 19 die Lötspitze auf, wodurch sich der Widerstand des in iher unmittelbaren Nähe angebrachten Temperaturfühlers 8 erhöht. Bei Erreichen der mit dem Einstellregler 7 vorgewählten Solltemperatur wird der Spannungsabfall am Temperaturfühler 8 so groß, daß die Basis-Emitter-Spannung 14 ihren Schwellwert übersteigt und daß der Transistor 13 leitend wird. Aufgrund seiner niedrigen Sättigungsspannung kann er den Thyristor 3 sperren, wodurch das Heizelement 19 stromlos wird* Durch Y/ärmeentzug kühlt sich die Lötspitze wieder ab, der Widerstand des Temperatürfühlers 8 sinkt und der Transistor 13 wird gesperrt. Unmittelbar nach dem IJulldurchgang wird der Thyristor 3 nun bei den positiven Halbwellen der Betriebsspannung gezündet, das Heizelement 19 wird vom Strom durchflossen und die Temperatur der Lötspitze steigt v;ieder an» Durch diesen kontinuierlich ablaufenden Regelprozeß wird die Temperatur der Lötspitze konstant gehalten.

Claims

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Erfindungsanspruch

1. Temperaturregelelektronik für Lötkolben, die die temperaturabhängige Widerstandsänderung eines in der Nähe der Lötspitze angebrachten Temperaturfühlers mit einem voreingestellten Wert vergleicht und einen als Leistungsschalter eingesetzten Thyristor ansteuert, der das Heizelement je nach Temperatur der Lötspitze zu- bzw« abschaltet, dadurch gekennzeichnet, daß eine Entkopplung der durch den Kondensator (1) aus der Betriebswechselspannung bereitgestellten Versorgungsspannung (2) der Regelelektronik in die für einen Thyristor (3) benötigte Steuerspannung (4) und in die, für ein aus Widerständen (5, 6), einem einstellbaren Widerstand (7) und einem Temperaturfühlerwiderstand (8) bestehendes Vergleichsnetzwerk (5, 6, 7, 8) notwendige Referenzspannung (9) durch die Widerstände (10, 11) erfolgt, wobei das die Referenzspannung erzeugende Referenzelement eine Lichtemitterdiode (12) mit einer Flußspannung von 1,5 bis 1,7 YoIt ist und zwischen dem Vergleichsnetzwerk (5, 6, 7, 8) und dem Thyristor (3) ein Transistor (13) mit einer niedrigeoa. Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung angeordnet ist und der Emitter des Transistors (13) mit der Katode, der Kollektor mit der Steuerelektrode und die Basis mit der Anode des Thyristors (3) und mit dem Vergleichsnetzwerk (5, 6, 7, 8) verbunden ist, wobei sich zwischen Basis und Anode ein Widerstand (15) befindet.

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