Płyta grzewcza do lutowania rozpływowego: 5 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

Lutowanie małych elementów SMD może być dość trudne, ale proces ten można również zautomatyzować. Można to zrobić, nakładając pastę lutowniczą i piecząc ją w piekarniku (rozpływowym) lub na gorącej płycie (jak płyta kuchenna w kuchni). W sieci widziałem wiele pieców rozpływowych typu „zrób to sam”; moim zdaniem mają jeden duży minus: zajmują dużo miejsca. Postanowiłem więc zamiast tego zbudować płytę grzejną.

Płyta grzejna jest w pełni programowalna, dzięki czemu można dodać dowolny profil reflow. Proces reflow jest wtedy w pełni zautomatyzowany. Zacznijmy budować!

Krok 1: Części i narzędzia

Części

• Płyta grzewcza, którą dostałam ze starego woka
• Przekaźnik półprzewodnikowy (SSR)
• Kabel zasilający
• Wtyczka USB (wtyczka amerykańska)
• LCD
• Tablica prototypowa
• Arduino nano
• Nagłówki żeńskie
• Termopara typu K + wzmacniacz MAX 6675
• Naciśnij przycisk
• Kabel USB do mini USB

Narzędzia

• Zaciski
• Klej do drewna
• Wycinarka laserowa
• Wiertarka
• Lutownica

Krok 2: Sprawa

W przypadku obudowy mamy dwie opcje, w zależności od płyty grzewczej. Pierwszą opcją jest modyfikacja istniejącej obudowy, jest to opłacalne, jeśli jest wystarczająco duża, aby pomieścić SSR, LCD itp. W moim przypadku jednak nie było wystarczająco dużo miejsca, więc musiałem zaprojektować nową.

Etui wykonane jest z wycinanego laserowo MDF. Dzięki ruchomemu zawiasowi ten projekt można wykonać tylko na wycinarce laserowej: małe szczeliny w płycie MDF umożliwiają jej zginanie. Kawałki można skleić razem jak puzzle, wystarczy użyć odpowiedniej ilości zacisków. Dodaj płytę grzejną i zabezpiecz ją na miejscu (moja jest zabezpieczona śrubami na dole).

Należy wywiercić dodatkowe otwory: jeden na przewód zasilający, jeden na przycisk i dwa na wyświetlacz LCD. W ten sposób każdy przycisk, lcd…, który masz w pobliżu, może być dopasowany. Wyświetlacz LCD można następnie przykręcić razem z przyciskiem.

Termopara powinna być mocno dociśnięta do płyty grzejnej. Wywierć otwór i przeprowadź termoparę. Następnie należy go docisnąć do płyty MDF. Użyłem małego blaszanego paska, ale możesz też użyć taśmy lub opaski na suwak (wywierć 2 otwory obok otworu na termoparę i przełóż przez nie opaską).

Coś, o czym należy pamiętać: być może zastanawiasz się, czy użycie płyty MDF w połączeniu z płytą do gotowania 250°C to dobry pomysł. Generalnie tak nie jest, ale przedstawiłem sprawę tak, że nie stanowi to zagrożenia.

Części MDF dotykają tylko nóżek płyty grzewczej, która jest znacznie chłodniejsza (maks. 60°C) niż górna część płyty grzewczej. Wszędzie indziej płyta MDF i płyta grzejna są oddzielone małą szczeliną powietrzną. Ponieważ powietrze jest bardzo dobrym izolatorem, płyta MDF w ogóle się nie nagrzewa, nie mówiąc już o zapaleniu się. Co więcej, temperatura jest wysoka tylko przez kilka minut, więc nogi nigdy nie mogą osiągnąć tej samej temperatury co wierzch (nigdy nie osiąga się stanu ustalonego).

Dodałem plik Fusion 360, abyś mógł go dostosować do swoich potrzeb. Po prostu pamiętaj o powyższym ostrzeżeniu podczas dostrajania projektu dla własnej płyty grzejnej.

Krok 3: Elektronika

Część elektroniczna tego projektu jest dość prosta, wystarczy połączyć ze sobą kilka modułów. Arduino pobiera temperaturę z termopary, której sygnał jest wzmacniany przez MAX6675. Następnie wyświetla temperaturę na wyświetlaczu LCD i w razie potrzeby przełącza przekaźnik półprzewodnikowy (SSR). Wszystko jest przedstawione na schemacie.

Niskie napięcie

Ponieważ nie pobierają dużej mocy, możemy po prostu podłączyć wszystko do pinów Arduino i skonfigurować wymagane piny do zasilania i uziemienia.

Ze względu na pewne ograniczenia przestrzenne nie wyszło tak ładnie, jak się spodziewałem. Wszystko zamontowałem do małego kawałka płyty perforowanej, przylutowanego z tyłu ekranu LCD. MAX6675 został przyklejony z tyłu taśmą dwustronną.

Arduino jest zasilane przez port mini USB, więc podłączamy go kablem USB do kostki zasilającej. Dobrym pomysłem jest przetestowanie systemu na tym etapie, zanim przejdziemy dalej.

Wysokie napięcie

Możemy teraz podłączyć samą płytę grzejną. Ponieważ jest to okablowanie sieciowe, powinniśmy być bardzo ostrożni: upewnij się, że wszystko jest odłączone podczas pracy!

Przede wszystkim powinniśmy uziemić płytę grzejną, aby zapobiec porażeniu prądem, jeśli coś pójdzie nie tak. Zdejmij izolację z kabla zasilającego i mocno przykręć żółto-zielony przewód uziemiający do obudowy.

Następnie połączymy dwa zaciski płyty grzewczej z siecią za pośrednictwem SSR. Podłącz przewód pod napięciem (kod koloru zależy od kraju) z jednej strony SSR. Podłącz drugą stronę przekaźnika SSR do płyty grzejnej za pomocą krótkiego przewodu (ta sama średnica/średnica co kabel zasilający). Drugi koniec płyty grzejnej idzie do przewodu neutralnego. Dodałem zdjęcie okablowania przed zamontowaniem płyty grzejnej w obudowie, aby było to jasne.

Okablowanie zasilacza jest łatwiejsze: przewód pod napięciem przechodzi do jednego zacisku, a neutralny do drugiego. Chociaż mieszkam w Europie, użyłem do tego zasilacza amerykańskiego: otwory w bolcach są bardzo wygodne do mocowania końcówek widełkowych.

To zamyka elektronikę, teraz dajmy jej trochę życia kodem.

Krok 4: Programowanie

Kod zmienia głupiego woka w płytę grzejną z przepływem. Pozwala nam to precyzyjnie kontrolować temperaturę i dodawać niestandardowe profile rozpływu.

Profile ponownego przepływu

Niestety lutowanie rozpływowe nie jest tak proste, jak włączenie grzałki, czekanie i ponowne jej wyłączenie. Temperatura musi mieć określony profil, tzw. profil reflow. Dobre wyjaśnienie można znaleźć tutaj lub w innych miejscach w interwebach.

Kod pozwala na przechowywanie wielu profili w celu zaspokojenia różnych potrzeb (głównie lut ołowiowy lub bezołowiowy). Proste naciśnięcie przycisku przełącza między nimi. Są one dodawane w Times_profile i Temps_profile, które są wektorami 4 kolumnowymi. Pierwsza kolumna jest przeznaczona do fazy podgrzewania, druga do fazy namaczania, następnie narastania i wreszcie do fazy ponownego rozpływu.

Sterowanie płytą grzejną

Prowadzenie gorącej płyty w taki sposób, aby podążała tą trajektorią, nie jest proste. Nauka stojąca za tym nazywa się teorią kontroli. Można tu zagłębić się i zaprojektować idealny kontroler, ale zachowamy go tak prosto, jak to tylko możliwe, zapewniając jednocześnie dobry wynik. Wejściem do naszego systemu jest SSR, który go włącza lub wyłącza, a wyjściem jest temperatura, którą możemy zmierzyć. Włączając lub wyłączając SSR, na podstawie tej temperatury wprowadzamy sprzężenie zwrotne, a to pozwala nam kontrolować temperaturę. Wyjaśnię proces tak intuicyjnie, jak to możliwe i wyjaśnię, jak można scharakteryzować swoją konkretną płytę grzejną, aby działała z kodem, który zrobiłem.

Wszyscy wiemy, że po włączeniu grzejnika nie nagrzewa się od razu. Pomiędzy włączeniem (działanie) a rozgrzaniem (reakcja) występuje opóźnienie. Jeśli więc chcemy osiągnąć temperaturę 250°C, powinniśmy chwilę wcześniej wyłączyć płytę grzejną. Opóźnienie to można zmierzyć, włączając płytę grzejną i mierząc czas między włączeniem a zmianą temperatury. Załóżmy, że opóźnienie wynosi 20 sekund. Wypełnij to dla zmiennej "timeDelay".

Inny sposób patrzenia na to wyglądałoby tak: jeśli wyłączymy grzałkę przy 250°C, osiągnie ona wyższą wartość - powiedzmy 270 C - a potem zacznie się nieco ochładzać. Różnica temperatur to przekroczenie - w naszym przypadku 20°C. Wypełnij to dla zmiennej "overShoot".

Podsumowując: osiągnięcie 250°C wymaga wyłączenia płyty grzejnej przy 230°C i odczekania kolejnych 20 sekund, aż płyta grzejna osiągnie tę przeregulowaną temperaturę.

Gdy temperatura spadnie, płyta grzejna powinna się ponownie włączyć. Czekanie na spadek o 20°C nie przyniosłoby dobrego rezultatu, dlatego stosuje się inny próg. Nazywa się to sterowaniem z histerezą (różne wartości do włączenia i wyłączenia). Do utrzymania temperatury służą krótkie impulsy trwające maksymalnie 10 sekund.

Pomiary

Aby zweryfikować kontroler, zarejestrowałem dane do pliku Excela przez Putty (terminal szeregowy dla komputera PC z kilkoma niesamowitymi funkcjami). Jak widać, uzyskany profil rozpływu jest więcej niż wystarczająco dobry. Nieźle jak na tani elektryczny wok!

Krok 5: Testuj i ciesz się

Skończyliśmy! Zamieniliśmy stary wok w rozpływową płytę grzewczą!

Podłącz płytę grzejną, wybierz profil rozpływowy i pozwól maszynie wykonać pracę. Po kilku minutach lut zaczyna się topić i lutuje wszystkie elementy na swoje miejsce. Tylko pamiętaj, aby wszystko ostygło, zanim go dotkniesz. Alternatywnie może być również używany jako podgrzewacz wstępny, co jest przydatne w przypadku płyt z dużymi płaszczyznami podłoża.

Mam nadzieję, że podobał Ci się projekt i znalazłeś inspirację do stworzenia czegoś podobnego! Zapraszam do sprawdzenia moich innych instrukcji: