DD210591A3 - TEMPERATURE CONTROL ELECTRONICS FOR LOET PISTONS - Google Patents
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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.The aim of the invention is a simple and reliable temperature control electronics, which is constructed with minimal component count exclusively from standard components in the smallest possible space that emits no high-frequency interference and have no negative influence on the temperature response and parameter variations of the components used. The object is achieved according to the invention by decoupling the supply voltage fed to the control electronics into the control voltage required for the thyristor and into the reference voltage required for a comparison network, wherein the reference voltage for the reference unit is generated by a light emitting diode. The control electronics compares the temperature-increasing resistance of the temperature sensor resistor installed near the soldering tip with a presettable setpoint value and switches the heating element off when the setpoint temperature of the soldering tip is reached or when it falls below it again. The temperature control electronics are used to control the temperature of electrically heated soldering iron for the display of thermally and electrically sensitive components and components of electrical engineering / electronics.
Description
Temperaturregelelektronik für LötkolbenTemperature control electronics for soldering iron
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
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.The invention relates to a control electronics for controlling the temperature of electrically heated soldering iron, which are particularly suitable for the soldering of thermally and electrically sensitive components and components in the electronics industry, in production and service of electrical and electronic equipment and similar applications to application in the home improvement sector ,
Charakteristik der bekannten LösungenCharacteristic of the known solutions
Es sind temperaturgeregelte Lötkolben bekannt, bei denen für die Regelelektronik mehr oder weniger aufwendige Brückenschaltungen, Differenzverstärker oder spezielle integrierte Schaltkreise zur Anwendung kommen·Temperature-controlled soldering irons are known in which more or less complex bridge circuits, differential amplifiers or special integrated circuits are used for the control electronics.
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»With a special circuit for the Regelekeltronik, for example, a soldering iron according to DE-OS 292 1062 equipped. Due to the relatively high power consumption of the control electronics and the constructive design of the soldering iron, its field of application is limited to the low-voltage range »
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-In simple, discrete circuit designs, the parameter variations of the thyristors used as semiconductor power switch interfere with the stability and the temperature setting accuracy of the control electronics, so that, for example, in a soldering iron according to DE-OS 235 8396 specially measured components must be used in DE-OS 2210474 a subsequent calibration is required, or an additional
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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·Gleichelement and a semiconductor switch required as in DE-AS 2109470. The temperature coefficient of the other semiconductor components used has a negative effect on the soldering parameters in these soldering iron ·
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.Another disadvantage of solder pistons with discretely constructed control electronics is the usually insufficient compensation of the high-frequency interference radiation generated by the thyristor, e.g. DE-OS 2210474 »which may result in addition to pigtail interference and destruction of highly sensitive components during soldering.
Ziel der ErfindungObject of the invention
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.The aim of the invention is to provide a control electronics for the temperature control of soldering iron. The control electronics should be simple, and functionally reliable and the smallest possible number of components that should be exclusively standard components include · Furthermore, the control electronics must be designed so that a high-frequency interference is avoided · The dimension of νenwendeteten PCBs is to be kept so small that a placement in the handle of soldering iron is possible · Thus, the soldering iron can be operated directly from the 220 VoIt-Uetz and the use of transformers can be omitted.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
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.The object of the invention is the development of an electronic circuit arrangement for the temperature control of an electrically heated soldering iron, which eliminates the negative influences of the thyristors usually used as circuit breakers with such a circuit as little as possible and with minimum space requirements, such as copy and temperature-dependent variations, the control voltage necessary for switching, change of the control voltage during the control process and the emission of high-frequency interference radiation during switching. The temperature response of the other semiconductor components must also not influence the parameters of the control electronics.
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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.The object is achieved in that the supply voltage of the control electronics is decoupled by two resistors in reference voltage and thyristor control voltage and a light emitting diode generates the reference voltage · Parallel to the reference voltage is a comparison network that contains an adjustable and a temperature-dependent resistance in addition to two pest resistors. Between the comparison network and the thyristor, a transistor is connected, whose emitter is connected to the cathode, whose collector is connected to the control electrode and whose base is connected to the comparison network and via a resistor to the anode of the thyristor.
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.The lying parallel to the light emitting diode comparison network forms the base voltage divider for the transistor by emitter diode from the light a resistor leads to the base and the other three resistors of the voltage divider are connected in series between the base and emitter. Of this series connection, one resistor is the temperature setpoint adjuster, and another resistor is the temperature sensor mounted in the immediate vicinity of the soldering tip, which forms the emitter-side termination of the comparator network.
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 ThyristorsThe control electronics are connected via two connections with the operating AC voltage. Sin connection takes place via the heating element connected to the thyristor cathode, the other connection is made via the anode of the thyristor. From the thyristor anode, a capacitor leads the decoupling resistors to the supply voltage in the desired phase position. Due to the decoupling, the scattering and temperature of the thyristor control voltage as well as their changes during switching do not noticeably affect the reference voltage and thus the set temperature. In the selected circuit arrangement also compensates the temperature coefficient of the transistor, the temperature variations of light emitting diode and thyristor, so that the spatial proximity of these components, the fluctuations of the ambient temperature and the self-heating of the components are compensated. The resistance between the base of the transistor and the thyristor leads the transistor phase- and amplitude-dependent voltages from the anode of the thyristor
zu. Diese Maßnahme unterdrückt in Verbindung mit einem parallel zu den Betriebsspannungsanschlüssen geschalteten Kondensator Hochfrequenzstörstrahlungen der Regelelektronik.to. This measure, in conjunction with a capacitor connected in parallel with the operating voltage connections, suppresses high-frequency interference radiation from the control electronics.
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.The control electronics operate on the principle of two-step control in half-wave operation, the thyristor is switched in UuIldurchlauf the AC voltage. After the connection of the control electronics with the operating voltage, the heating element heats the soldering tip, whereby the voltage at the base of the transistor rises due to the increase in resistance of the temperature sensor. When the temperature of the soldering tip reaches the adjusted set point, the voltage at the base rises above the base-emitter threshold, causing the transistor to become conductive and the thyristor control voltage to drop below its minimum due to the low collector-emitter saturation voltage of the transistor. At the next positive half-wave of the AC operating voltage, the thyristor can no longer ignite and the heater is de-energized. If the soldering tip is cooled again, the temperature of the temperature sensor decreases, the base-emitter voltage drops below its threshold and the transistor becomes blocked. Immediately after Hulldurchgsng now the thyristor for positive half-waves is conducting, the heating element is flowed through by the current and the temperature of the soldering tip brought to the desired value. By this process with low inertia constantly running process, the temperature of the soldering tip is kept constant.
Ausführungsbeispielembodiment
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-The Pigur 1 shows an embodiment of the invention, via the terminals 16 and 17, the control electronics is connected to the AC operating voltage. Depending on the dimensions of the circuit operating voltages between 24 and 220 volts are possible. The parallel connected to the terminals capacitor 18 and the resistor 15 are used to suppress high-frequency interference, so that the control electronics a radio interference suppression withstand international regulations. The capacitor 1 provides the supply voltage 2 of the control electronics, which is reduced in relation to the operating voltage, to the control electronics. Via the resistors 10 and 11, it is fed into the control circuit.
- Ό - ά. sJ H U L· / O - Ό - ά. sJ HU L · / O
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.voltage 4 for the thyristor 3 and in the reference voltage 9 for the comparison network 5 »6, 7, S is decoupled. The light emitting diode 12 forms the reference element and is used in addition to display the operational readiness during the heating and reaching the target temperature by increasing its brightness. Parallel to the reference voltage 9 is the comparison network 5 } 6, 7, 8, which consists of the pest resistors 5> 6j from the setting controller for the setpoint temperature 7 and the temperature sensor resistor 8 with a positive temperature coefficient. Due to the arrangement of adjusting 7 and temperature sensor 8 between the base and emitter of the transistor 13, a booster of the soldering iron temperature is prevented in case of failure of these resistors, as in this Pail, the transistor 13 is conductive and the heating element 19 via the thyristor 3 abschaletet. The connection of the control electronics accommodated on a printed circuit board with the temperature sensor 8 and the heating element 19 takes place via the connections 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.If the soldering iron is connected to the operating voltage, the heating element 19 heats the soldering tip, which increases the resistance of the temperature sensor 8 mounted in its immediate vicinity. Upon reaching the preselected with the adjustment 7 target temperature of the voltage drop across the temperature sensor 8 is so large that the base-emitter voltage exceeds 14 its threshold and that the transistor 13 is conductive. Due to its low saturation voltage, it can block the thyristor 3, whereby the heating element 19 is de-energized * By Y / armeentzug the soldering tip cools again, the resistance of the Temperaturfühlers 8 drops and the transistor 13 is turned off. Immediately after the IJulldurchgang the thyristor 3 is ignited now at the positive half-waves of the operating voltage, the heating element 19 is flowed through by the current and the temperature of the soldering tip rises v; re on »Through this continuous control process, the temperature of the soldering tip is kept constant.
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