JPH08330050A - パルスヒート電源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ヒータチップの振動を小さくし、制御の応答
速度を速くする。 【構成】 トランジスタ３ａ〜３ｄは、整流回路１及び
コンデンサ２にて得られた直流電圧をオン／オフして交
流電圧に変換する。この交流がトランス４を介してヒー
タチップ５に供給される。チップ５の温度は熱電対６に
よって電圧に変換され、スイッチ８からは設定温度に応
じた電圧Ｖｓが出力される。ＰＷＭ制御回路９は、電圧
Ｖｓ及び増幅器７の出力電圧Ｖｆに基づき、トランジス
タ３ａ〜３ｄがオン／オフする時間をチップ５の温度が
設定温度になるように制御する。こうして、チップ５に
流す電流の周波数を高くすることができるため、チップ
５の振動を抑えることができ、制御の応答速度を速くで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パルスヒート式のリフ
ロソルダリング装置のヒータチップに電流を供給するパ
ルスヒート電源に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、被接合部を局部的に加熱する
ことによって薄膜基板等へのリード線の熱圧着や、プリ
ント基板へのＩＣリードのリフロソルダリングなどを行
うリフロソルダリング装置があり、このリフロソルダリ
ング装置で用いられる局部加熱法の１方式としてパルス
ヒート法がある。パルスヒート法は、ヒータチップと呼
ばれる接合ヘッドによって被接合部を加圧しながら、こ
のヒータチップに大電流を流して、そこで発生するジュ
ール熱により被接合部（リフロソルダリングの場合には
半田）を溶融させて接合を得るものである。

【０００３】図３はこのようなリフロソルダリング装置
のヒータチップに電流を供給する従来のパルスヒート電
源のブロック図である。２３はトライアック、２４はト
ライアック２３の出力を低電圧、大電流に変換してヒー
タチップ２５に供給するためのトランス、２６はヒータ
チップ２５の先端に取り付けられた熱電対、２７は熱電
対２６で得られた熱起電力を増幅する差動増幅器、２８
はヒータチップ２５の温度を設定するための温度設定ス
イッチ、２９は増幅器２７の出力電圧とスイッチ２８の
出力電圧の差分をとる加算回路、３０はトライアック２
３をオン／オフさせることによってヒータチップ２５に
流れる電流を制御する位相制御回路、３１はプリント基
板、３２は基板３１のパターン、３３は半田、３４はＩ
Ｃのリードである。

【０００４】次に、このようなパルスヒート電源の動作
を説明する。最初に、位相制御回路３０が動作を開始し
てトライアック２３に制御信号を出力すると、トライア
ック２３がオンとなり、図示しない商用交流電源からの
交流電圧（ＡＣ１００Ｖ）がトランス２４に印加され、
ヒータチップ２５に電流が流れ始める。これにより、ヒ
ータチップ２５の温度は上昇し、このチップ２５の温度
は熱電対２６によって電圧に変換される。次いで、加算
回路２９は、この熱電対２６の熱起電力を増幅した増幅
器２７の出力電圧と、設定温度に対応するスイッチ２８
からの電圧の差を出力する。そして、位相制御回路３０
は、加算回路２９の出力に基づきヒータチップ２５の温
度が設定温度になるようにトライアック２３を制御す
る。

【０００５】図４はトランス２４に供給される電流（実
線）の波形図であり、斜線部は供給される電力を示す。
位相制御回路３０は、ヒータチップ２５の温度が上昇し
て設定温度に近づくにつれて、図４に示すように電流を
減らしていくことによりヒータチップ２５の温度を設定
温度に保つ。こうして、半田３３が溶融してパターン３
２とリード３４が接合される。

【０００６】このように従来のパルスヒート電源は、商
用交流電源からの交流電圧をトライアック２３でオン／
オフする位相制御を行っているため、交流電圧の周波数
（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）を有する例えば１０００Ａと
いう大電流がヒータチップ２５に流れることになり、ヒ
ータチップ２５への給電部（トランス２４以降のワイヤ
ー等）やチップ２５がフレミングの法則によって振動す
る。また、制御の応答速度が商用周波数の半サイクル単
位（５０Ｈｚで１０ｍｓ、６０Ｈｚで８．３３ｍｓ）と
遅いため、図５のように制御の立ち上がりにおいて、ヒ
ータチップ２５の温度に設定温度Ｔｓに対するオーバシ
ュートが発生する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上のように従来のパ
ルスヒート電源は、商用周波数の位相制御でヒータチッ
プの温度を制御しているため、ヒータチップへの給電部
やチップ自身が振動し、被接合部が小さいときに位置ず
れの原因になってしまうという問題点があった。また、
ヒータチップの温度特性にオーバシュートが発生すると
いう問題点があった。本発明は、上記課題を解決するた
めになされたもので、ヒータチップなどの振動が小さ
く、制御の応答速度が速いパルスヒート電源を提供する
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のパルスヒート電
源は、入力交流電圧を直流電圧に整流する整流平滑回路
と、この整流平滑回路で得られた直流電圧をスイッチン
グしてトランスの１次側に供給する電流をオン／オフす
るスイッチング素子と、ヒータチップに取り付けられた
熱電対の出力電圧を増幅する増幅器と、ヒータチップの
設定温度に応じた電圧を出力する温度設定スイッチと、
増幅器及び温度設定スイッチの出力に基づき、スイッチ
ング素子のオン／オフする時間をヒータチップの温度が
設定温度になるように制御するＰＷＭ制御回路とを有す
るものである。

【０００９】

【作用】本発明によれば、熱電対の出力電圧が増幅器に
よって増幅されると共に、温度設定スイッチからヒータ
チップの設定温度に応じた電圧が出力され、ＰＷＭ制御
回路によってヒータチップの温度が設定温度になるよう
にスイッチング素子が制御される。

【００１０】

【実施例】図１は本発明の１実施例を示すパルスヒート
電源のブロック図、図２はこのパルスヒート電源の動作
を説明するためのタイミングチャート図である。図１に
おいて、１は入力交流電圧を整流する整流回路、２はコ
ンデンサ、３ａ〜３ｄは整流回路１及びコンデンサ２に
よって得られた直流電圧をスイッチングするスイッチン
グ素子となるトランジスタ、４はトランス、５はヒータ
チップ、６は熱電対、７は熱電対６の出力電圧を増幅し
て熱電対フィードバック電圧Ｖｆを出力する増幅器、８
はヒータチップ５の設定温度に応じた電圧Ｖｓを出力す
る温度設定スイッチである。

【００１１】また、９はＰＷＭ制御回路であり、熱電対
フィードバック電圧Ｖｆ及び温度設定スイッチ８からの
電圧Ｖｓに基づき、トランジスタ３ａ〜３ｄのオン／オ
フする時間をヒータチップ５の温度が設定温度になるよ
うに制御する。１１はフィードバック電圧Ｖｆと温度設
定スイッチ８からの電圧Ｖｓの差を電圧Ｖ１として出力
する誤差増幅器、１２は三角波電圧Ｖ２を発生する発振
器、１３は電圧Ｖ１と三角波電圧Ｖ２を比較する比較
器、１４は否定回路、１５はＴ形フリップフロップ、１
６、１７はＮＯＲ回路である。そして、整流回路１、コ
ンデンサ２が整流平滑回路を構成している。

【００１２】次に、このようなパルスヒート電源の動作
を説明する。図示しない商用交流電源からの交流電圧
（ＡＣ２００Ｖ）は、図１のような３相全波整流回路１
によって整流され、コンデンサ２によって平滑化され
る。このような整流平滑回路によって生成された直流電
圧は、後述するトランジスタ３ａ〜３ｄのオン／オフに
よって例えば１ｋＨｚの交流電圧に変換され、この交流
を低電圧、大電流に変換するトランス４を介してヒータ
チップ５に印加される。こうして、図３の例と同様にヒ
ータチップ５に電流が流れ始める。

【００１３】このヒータチップ５の温度は熱電対６によ
って電圧に変換される。そして、熱電対６の出力電圧は
差動増幅器７によって増幅され、熱電対フィードバック
電圧ＶｆとしてＰＷＭ制御回路９に入力される。また、
ヒータチップ５の温度を設定するための温度設定スイッ
チ８を操作することにより、設定温度に応じた電圧Ｖｓ
がスイッチ８から回路９に入力される。

【００１４】次いで、ＰＷＭ制御回路９内の誤差増幅器
１１は、熱電対フィードバック電圧Ｖｆと温度設定スイ
ッチ８からの電圧Ｖｓの差を電圧Ｖ１として出力する。
発振器１２は図２（ａ）のような２ｋＨｚの三角波電圧
Ｖ２を発生しており、比較器１３はこの三角波電圧Ｖ２
と誤差増幅器１１の出力電圧Ｖ１を比較する。この結
果、比較器１３の出力電圧Ｖ３は、電圧Ｖ１（図２
（ａ）ではＶ１ａ又はＶ１ｂ）が三角波電圧Ｖ２以上の
期間で図２（ｂ）のように「Ｈ」レベルとなり、Ｖ２以
下の期間で「Ｌ」レベルとなる。

【００１５】続いて、Ｔ形フリップフロップ１５は、否
定回路１４の出力電圧Ｖ４（図２（ｃ））が「Ｌ」から
「Ｈ」に立ち上がる度に、出力端子Ｑ、バーＱの値を反
転させる。これにより、フリップフロップ１５の出力電
圧Ｖ５ａ、Ｖ５ｂは図２（ｄ）、（ｅ）に示すように交
互に「Ｈ」レベルとなり、ＮＯＲ回路１６、１７の出力
電圧Ｖ６、Ｖ７も図２（ｆ）、（ｇ）のように交互に
「Ｈ」レベルとなる。

【００１６】したがって、電圧Ｖ７をベース入力電圧と
するトランジスタ３ａ、３ｂの組と、電圧Ｖ６をベース
入力電圧とするトランジスタ３ｃ、３ｄの組も、交互に
オンすることになり、この結果トランス４の１次側に流
れる電流Ｉは図２（ｈ）に示すように１ｋＨｚの交流と
なる。なお、図２（ｈ）において、Ｔは制御周期であ
り、交流周波数をｆ（三角波電圧Ｖ２の周波数の１／
２）とすると、Ｔ＝１／２ｆである。

【００１７】このようなパルスヒート電源において、最
初の立ち上がり時は、温度設定スイッチ８で設定された
温度よりもヒータチップ５の温度が低く、電圧Ｖｓより
もフィードバック電圧Ｖｆの方がかなり小さいため、誤
差増幅器１１の出力電圧Ｖ１が低い値となる（図２
（ａ）のＶ１ａ）。これにより、周期Ｔにおいてトラン
ジスタ３ａ〜３ｄがオンする期間Ｔｏｎが長くなって、
オフする期間Ｔｏｆｆが短くなり、大きな電流がヒータ
チップ５に流れる。

【００１８】次に、このような電流の供給によりヒータ
チップ５の温度が上昇すると、熱電対フィードバック電
圧Ｖｆが上昇して電圧Ｖｓに近づくので、誤差増幅器１
１の出力電圧Ｖ１は図２（ａ）のＶ１ｂのように上昇す
る。よって、比較器１３の出力電圧Ｖ３は、立ち上がり
時に比べると「Ｌ」レベルの期間が短くなって「Ｈ」レ
ベルの期間が長くなり、トランジスタ３ａ〜３ｄとして
は、図２（ｈ）に示すようにオンする期間Ｔｏｎが短く
なってオフする期間Ｔｏｆｆが長くなる。

【００１９】こうして、ヒータチップ５の温度上昇に伴
いチップ５に供給する電流を減らすことにより、温度設
定スイッチ８で設定された温度を保つように動作する。
以上のようなトランジスタ３ａ〜３ｄのオン／オフ制御
によって、図３の例と同様に動作するパルスヒート電源
を実現することができる。

【００２０】そして、商用交流電圧を整流平滑して得た
直流電圧を例えば１ｋＨｚの交流に変換する、いわゆる
インバータを用いることにより、ヒータチップ５に流す
電流の周波数を高くすることができるため、ヒータチッ
プ５への給電部やチップ５自身が振動する周期が短くな
り振動を抑えることができる。また、制御の応答速度
（周期）も、変換後の交流周波数が１ｋＨｚのときに
０．５ｍｓ、２ｋＨｚのときに０．２５ｍｓと大幅に速
くすることができる。なお、本実施例では、２００Ｖの
３相交流電圧を商用電源から得ているために、整流回路
１に３相全波整流回路を用いたが、１００Ｖの単相交流
電圧を用いる場合は、単相全波整流回路等を用いればよ
いことは言うまでもない。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、ＰＷＭ制御回路がスイ
ッチング素子をオン／オフ制御することにより、ヒータ
チップの温度を設定温度に保つ従来と同様のパルスヒー
ト電源を実現することができ、ヒータチップに流す電流
の周波数を高くすることができるため、ヒータチップへ
の給電部やヒータチップ自身の振動を抑えることができ
る。また、制御の応答速度を従来よりも大幅に速くする
ことができるため、ヒータチップの温度特性にオーバシ
ュートが発生することがなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の１実施例を示すパルスヒート電源の
ブロック図である。

【図２】 図１のパルスヒート電源の動作を説明するた
めのタイミングチャート図である。

【図３】 従来のパルスヒート電源のブロック図であ
る。

【図４】 図３のトランスに供給される電流の波形図で
ある。

【図５】 ヒータチップの温度変化の１例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１…整流回路、２…コンデンサ、３ａ〜３ｄ…トランジ
スタ、４…トランス、５…ヒータチップ、６…熱電対、
７…増幅器、８…温度設定スイッチ、９…ＰＷＭ制御回
路、１１…誤差増幅器、１２…発振器、１３…比較器、
１４…否定回路、１５…フリップフロップ、１６、１７
…ＮＯＲ回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トランスの２次側に接続されたパルスヒ
   ート式リフロソルダリング装置のヒータチップに電流を
   供給するパルスヒート電源において、 入力交流電圧を直流電圧に整流する整流平滑回路と、 この整流平滑回路で得られた直流電圧をスイッチングし
   て前記トランスの１次側に供給する電流をオン／オフす
   るスイッチング素子と、 ヒータチップに取り付けられた熱電対の出力電圧を増幅
   する増幅器と、 ヒータチップの設定温度に応じた電圧を出力する温度設
   定スイッチと、 前記増幅器及び温度設定スイッチの出力に基づき、スイ
   ッチング素子のオン／オフする時間をヒータチップの温
   度が設定温度になるように制御するＰＷＭ制御回路とを
   有することを特徴とするパルスヒート電源。