Контролер паяльника Т12 і компактна паяльна станція на його основі

Деякий час тому в мене був огляд простенького контролера для паяльної станції, тоді ж були й думки щодо його застосування. Але, трохи погравшись із ним, я зрозумів, що для втілення моєї ідеї він не зовсім підходить.
І ось мені до рук потрапила плата контролера, яка якраз підійшла для того, що я задумав.


Почну з огляду й подякую Володимиру, який цього разу виступив спонсором і надіслав мені власне предмет огляду. А я вирішив показати, як його можна застосувати.
Контролер куплено на Таобао, але він є і на AliExpress, коштує там близько 20 доларів — посилання.

Продавець пропонує два варіанти комплектації, різниця між ними лише в роз'ємі для підключення паяльника.
Отже, до повного комплекту входять:
1. Контролер
2. Датчик вібрації, а точніше — кута нахилу
3. Терморезистор опором 10 кОм
4. Ручка енкодера
5. П'ятиконтактний «авіаційний» роз'єм.

Платка справді дуже маленька, хоча мені сподобалося в ній не лише це.


На платі є кольоровий дисплей із видимою областю приблизно 25х15мм, енкодер, а також місце для встановлення роз'єму.
Розміри плати — 78х18х8мм, без урахування батарейки.


Але головне тут не лише й не стільки розміри, скільки те, що плату можна розділити на три частини. Саме цього мені й бракувало, адже для моєї задумки плата контролера мала бути короткою.
За задумом плату можна просто розламати, але, забігаючи наперед, скажу, що краще її все-таки надрізати.
З назви є лише напис T12 colour під дисплеєм, а сам дисплей приклеєний двостороннім скотчем завтовшки близько 3-3.5мм.


Усі контакти підписані, що зручно і під час підключення, і просто для довідки. На платі також є маркування версії — 2.01, але мені це ні про що не говорить.


Керується мікроконтролером STM32F030C8T6, праворуч видно силовий транзистор керування живленням паяльника, унизу — пищалку та стабілізатор живлення.
Між батарейкою та платою енкодера встановлено чип RTC. Цікаво, що на платі є також місце для роз'єму зовнішньої батарейки.


Напруга живлення плати визначається напругою паяльника, а точніше — його нагрівача, і становить 24 вольти. Але плата цілком нормально працює й за нижчої напруги, наприклад від 10-12 вольт.
Власне споживання плати дуже невелике — близько 7-8мА.


Інтерфейс керування гранично простий і зрозумілий навіть китайською мовою, яка встановлена за замовчуванням.
Угорі — режим роботи, задана температура та температура чипа або зовнішнього датчика (якщо його підключено).
Посередині — фактична температура, але оскільки паяльник не підключений, відображається помилка. Праворуч — місяць, число й день тижня.
Унизу — напруга живлення та фактичний час.

Є чотири режими роботи:
1. Звичайний — температура відповідає встановленій.
2. Черговий — температура 150 градусів. Вмикається вручну одноразовим натисканням і автоматично за таймером; автоматичний режим можна вимкнути.
3. Форсований — активується подвійним натисканням і встановлює підвищену температуру на заданий у налаштуваннях час.
4. Режим «вимкнено» — на дисплеї відображаються рік, дата, день тижня, час, а також температура паяльника й датчика температури. Увійти в цей режим можна вручну, довго натиснувши кнопку в черговому режимі, або за таймером.

Перехід із чергового режиму у звичайний можливий як натисканням, так і автоматично за датчиком паяльника (цю функцію можна вимкнути). Із вимкненого режиму вийти можна лише натисканням на енкодер. Після подачі живлення контролер вмикається у звичайному режимі.

З певних причин на цьому фото не потрапив форсований режим, але, думаю, суть зрозуміла.


З налаштуваннями трохи складніше: спочатку довелося розібратися, як перемкнути мову з китайської на англійську. За це відповідає пункт 11 меню, до якого можна перейти довгим натисканням у звичайному режимі.
У меню тринадцять пунктів. Вихід — довге утримання кнопки (якщо не ввімкнено режим 2 у пункті Wake set)


Опис налаштувань:
1. Temp Adj. Калібрування температури виконується за 350 градусів. Тобто задаєте 350 градусів і вимірюєте фактичну температуру. Якщо є різниця, вносите поправку.
2. Wake set, 0 — пробудження вимкнено, 1 — увімкнено за датчиком паяльника та кнопкою, 2 — увімкнено лише за датчиком.
3. Standby, час переходу в черговий режим — 0-30 хвилин
4. Off time, час автоматичного вимкнення — 0-60 хвилин
5. Boost temp, на скільки градусів потрібно підвищити температуру у форсованому режимі, 0-100 градусів
6. Boost time, на який час увімкнути форсований режим, 0-255 сек
7. Buzzer, увімкнення/вимкнення звукового сигналу
8. Alarm.vol, напруга живлення, при зниженні до якої буде надіслано сповіщення, наприклад, під час живлення від батареї
9. OFF.vol, напруга живлення, за якої контролер вимкне нагрівання; по суті, захист від надмірного розряджання батареї
10, 11, 12. Contrast, як зрозуміло з назви, регулювання контрастності, хоча зовні це більше схоже на регулювання яскравості. Але суть, думаю, зрозуміла. За замовчуванням встановлено 80, можна змінювати в діапазоні 0–255, але слід бути обережним: за значення 0 екран повністю гасне.
13. DateTime, якщо вибрати 1 і натиснути на енкодер, потрапимо в меню встановлення дати й часу.
14. Init, скидання налаштувань до заводських.
15. А так виглядає інтерфейс головного екрана англійською.


Спочатку яскравість екрана налаштована не дуже високо, тож зрештою встановив максимум — стало помітно краще.


Невеликі тести проведу пізніше, а поки хочу розповісти про те, чого зрештою хотів досягти.
Якщо коротко, маю невелику паяльну станцію, а простими словами — по суті, паяльник із термостабілізацією. Але суть у тому, що все це виконано в дуже компактному корпусі, і при цьому є гальванічна розв’язка.
Так, у цьому маленькому корпусі не лише контролер, а й блок живлення потужністю близько 50–60 Вт. Купив я його у 2008 році, але вже тоді люди, які його розробили, припинили виробництво. Увесь цей час він надійно мені служив, та й зараз, загалом, нормально працює, але давно хотілося чогось сучаснішого.


Мене зупиняло те, що для задуму потрібен був компактний контролер. Попередній, можливо, навіть підійшов би, але він був довгим, а розміщувати його на корпусі вертикально — ну якось негарно.
Контролер, який я показав вище, чудово підходить для цього завдання, і тепер з’явилося друге: зробити не менш компактний блок живлення, причому потужністю близько тих самих 60 Вт.

Не буду докладно розписувати схему, бо вона проста, так само не описуватиму повністю й конструкцію, адже вона буде прив’язана до конкретного корпусу, тож мало кому це стане в пригоді. Але загальну суть задуму й проблеми, з якими я зіткнувся, опишу — можливо, це буде корисно тим, хто вирішить зробити щось подібне.

Отже, блок живлення.
Вирішив робити на знайомому мені контролері серії TOP виробництва Power Integrations; другим варіантом був простіший БЖ на базі IR2153D.

Схему можна знайти, наприклад, у даташиті на контролери; там же є інформація про вибір потужності. Загалом, велике спасибі розробникам Power Integrtions за добре підготовлені даташити, інструкції із застосування та приклади.

Блок може бути зовсім простим, а може бути відносно складним — наприклад, як показана нижче схема БЖ на 70 Вт, 19 вольт.


Але значно корисніша, особливо для початківців, їхня програма розрахунку: за введеними параметрами вона не лише видає схему, а й повний розрахунок БЖ із номіналами компонентів, прикладом трасування плати, даними для намотування трансформатора та вказівками щодо його виготовлення. Причому параметри компонентів можна змінювати «на льоту» — програма автоматично перерахує зміни й видасть рекомендації.

Для прикладу накидав варіант блока живлення на 24 вольти, 60 Вт; тут він виглядає помітно простіше, ніж у прикладі вище.


На жаль, нові версії програми не працюють зі старими мікросхемами серії GX, але насправді це не критично: у більшості випадків можна брати дані з розрахунку для серії HX.

Я ж вирішив узагалі робити «по-старому» й навіть використати мікросхему в спрощеному варіанті підключення. Власне, я навіть не креслив схему, а відразу трасував плату.

Донорами компонентів стали одразу кілька пристроїв. Для початку — блок живлення Meanwell. Працював він недовго й «помер молодим».


Зазвичай я хвалю продукцію цієї фірми, але не цього разу — тут я лаявся. Зрозуміло, що блок живлення з бюджетної серії, але все ж він був навантажений максимум на 50% і вийшов з ладу приблизно через рік, якщо не раніше.


З нього взяв діодний міст, але для ключового транзистора мені потрібен був його корпус, до того ж він незвичайний. Конструктори Meanwell зробили корпус із вбудованим радіатором, якщо можна так висловитися. Усередині пластику є алюміній, на який відводиться тепло за допомогою пластинок, що виходять назовні; до них прикручуються високовольтний транзистор і вихідна діодна збірка. Крім того, у двох точках він припаюється до плати й працює як екран для зменшення ЕМВ.


Кілька слів про блок живлення.
Якби я не знав, що це Meanwell, то подумав би, що виробник менш відомий.
Так, тут є все необхідне, але виглядає це якось негарно. До речі, блок живлення на базі автогенератора — для пристроїв цього сегмента це велика рідкість.


Вхідний і вихідні конденсатори виробництва CapXon, причому вихідні — на 16 вольт, що частково й стало причиною їхнього виходу з ладу. Друга причина — сам виробник цієї серії конденсаторів.
Вихідна діодна збірка чомусь не на діодах Шотткі, а на звичайних діодах, та ще й на 200 вольт, причому MOSPEC, які частіше трапляються в дешевих китайських БЖ.
Але й сама плата має сумний вигляд, особливо криво припаяні світлодіод і SMD-резистор. Таке враження, що про нього забули й допаяли вже потім.


Один із ключових елементів будь-якого блока живлення — трансформатор. Спочатку хотів використати трансформатор із плат блоків живлення РК-моніторів, але хоч вони й мають відповідну потужність, розраховані на 12–15 вольт. Перемотувати відверто було ліньки, а «розганяти» до 24 вольт небезпечно для контролера.

Зрештою згадав, що в мене є розібраний БЖ після одного з оглядів, якраз на 60 Вт і 24 вольти.
Для порівняння габаритів:
1. Трансформатор із якогось безіменного БЖ ATX на 250 Вт.
2, 3. Із плат БЖ РК-моніторів
4. Від БЖ LRC.

У першого трансформатора немає зазору, тому для мого БЖ він не підходить і також потребує перемотування, але думаю використати його в іншому проєкті.


Спочатку розводив плату під один із трансформаторів від РК-моніторів, і навіть десь є майже готова розводка, але, як я писав, зрештою використав трансформатор від іншого БЖ.
Саме тому немає сенсу публікувати розводку, хоча під час роботи мені спала на думку ідея запитати виробника, чи можна купити в нього певну кількість таких трансформаторів. Тим паче вони універсальні — для БЖ на 12 і 24 вольти: дві обмотки з’єднуються паралельно або послідовно.
Якщо їх можна купити, то є сенс повторити таку конструкцію.

Після травлення плати залудив доріжки, а потім трохи «обробив напилком», щоб плата нормально вмістилася в корпус.
До речі, під час складання про всяк випадок вносив корективи в розводку — раптом потім знадобиться.


Ви, звісно, запитаєте: а що робити, якщо зробити блок живлення складно, а компактну станцію хочеться? Можна використати блок MeanWell EPS-65S-24, на фото він порівняно з платою з «донора» та моєю заготовкою.
Але, на жаль, у цей корпус він не влізе, а той, що підходив, хоч і був у формфакторі адаптера, мав помітно більші розміри — навіть надто великі. Тому й вирішив зробити свій.


Загалом можна сказати, що майже все вдалося з першого разу, але щонайменше в одному місці я одразу схибив: переплутав підключення діодного моста. Помітив це ще під час його встановлення, довелося перерізати доріжки й з’єднати по-іншому.
Для розрахунку кіл зворотного зв’язку користувався калькулятором із блогу. Розрахункова напруга становила 23.47 вольта, а насправді виявилося 23.35. Можна було скоригувати її в бік збільшення — на платі є додаткове місце для резистора, але поки залишив як є.

Основною проблемою під час розводки й складання була вимога зробити плату невисокою. Єдиний високий компонент, який допускався, — трансформатор.
Зрештою більшість деталей узяв із різних плат, призначених для розпаювання.
1. Вхідні конденсатори, 10мкФ 400 вольт, залишилися після переробки драйверів світильників
2. ШІМ-контролер і деякі дрібні компоненти з плати блока живлення монітора
3. Трансформатор, запобіжник, вихідна діодна збірка HTR20L150CT із блока живлення LRC
4. Діодний міст і вихідний дросель від блока живлення, корпус якого я використав.
5. Вихідні конденсатори нові: перед дроселем — Panasonic 470мкФ 35В, після — Samwha RD 220мкФ 35В

ШІМ TOP246Y увімкнений у триконтактному режимі, але з частотою 66кГц, а не 133, як я зазвичай його використовую. Це зумовлено тим, що трансформатор у вихідному БЖ розрахований на частоту 65кГц.


Щоб перевірити роботу і блока живлення, і контролера, переробив підключення ручки паяльника з огляду на простий контролер.
У продавця є докладний опис і схема підключення, тож тут проблем не виникло.


Довелося перепаяти і підключення роз’єму, і плату, а на самій платі я розмістив ще й терморезистор. Була думка зробити універсальне підключення, але передумав.


Перша перевірка: виставив на виході БЖ 23.5 вольта — начебто все нормально. Заодно з’ясував, що за такої напруги паяльник споживає близько 60-62 Вт, що мене цілком влаштовує.


Для перевірки блока живлення знадобилося встановити радіатори: великий — на ШІМ-контролер, вирізав його з радіатора блока, звідки взяв трансформатор, по суті — з алюмінієвого кутика. Для вихідної діодної збірки знайшов десь у запасах маленький радіатор від якогось комутатора.
Можна сказати, що другий радіатор зовсім маленький, але діодна збірка виявилася з дуже пристойними параметрами: розрахункове падіння напруги за струму 2-2.5 А — близько 0.5-0.55 вольта.

Приміряв плату в корпусі й зрозумів, що наступив ще на одні граблі, цього разу — серйозніші. Проблема в тому, що корпус блока живлення має засувки, і верхнім заважали як один із конденсаторів, так і радіатор.


І, звісно, перевірка працездатності, а також нагрівання компонентів.
Для тесту я взяв ще одну плату від старого монітора й почав випаювати з неї масивні компоненти, а в перервах прогрівав полігони на ній же, тобто імітував бурхливу діяльність із відносно великим навантаженням.


Спочатку просто грів полігони, але зрозумів, що нагрівання майже немає (ліве фото), потім випаював різні деталі, зокрема пару радіаторів. Найбільше нагрілися резистор снабера та вихідний дросель — приблизно до 50 градусів.
Звісно, тест неповноцінний, оскільки блок живлення був не в корпусі, але вже можна сказати, що працює він нормально. Заодно з’ясував, що радіатор для ШІМ-контролера вийшов явно із великим запасом.


Але не обійшлося й без проблем: виявилося, що блок живлення дуже погано реагує на постійні стрибки струму. Фактично він постійно переходив із режиму холостого ходу в режим максимального навантаження, при цьому пищав у моменти переходу, що дратувало.
Крім того, з’ясувалося, що вихідна напруга коливається в діапазоні 23.4-25.8 вольта. Звісно, мене це не влаштовувало, почав розбиратися й виявилося, що типового конденсатора ємністю 0.1 мкФ у колі живлення оптрона явно замало. Поставив паралельно конденсатор 1 мкФ — і проблема повністю зникла. До речі, програма рекомендувала ємність 10 мкФ.
Під час перевірки роботи з MeanWell EPS-65S-24 такої проблеми немає.


Якщо вважати цю плату тестовою, а не фінальною, то одразу я припустився трьох помилок, які потім виправив:
1. Неправильно проклав доріжки підключення діодного моста
2. Поставив замалу ємність у колі оптрона (і ШІМ-контролера)
3. Розташував компоненти надто близько до верхнього краю плати.

Усі проблеми, крім однієї, вдалося вирішити: один із конденсаторів вхідного фільтра довелося просто випаяти, тому ємність на вході тепер не 50 мкФ, а лише 40. Радіатор і верхню частину конденсаторів про всяк випадок ізолював спеціальною стрічкою для ізоляції обмоток трансформаторів, а нижню сторону плати покрив двома шарами захисного лаку.

Плату розділив на три частини, для дисплея вирізав віконце у верхній частині корпусу, а роз’єм і енкодер розташував унизу. Після цього з’єднав плати так, щоб дроти не заважали трансформатору: між ним і кришкою в мене було близько 3 мм простору.


Підсумковий варіант схеми.


На жаль, під час розбирання блока живлення я зламав одну з чотирьох засувок. Думав, що корпус повністю склеєний, тож його, як годиться, треба склеїти, але для перевірки вирішив залишити як є. І перше, що викликає в мене сумніви, — ємність Y-конденсатора. Я поставив на 1 нФ, хотів менше, але вдома були або на 2.2 нФ, або на 100 пФ. Перше — забагато, друге — замало; на мій погляд, оптимально щось на кшталт 330-470 пФ.
Зібрав, увімкнув у розетку — і все запрацювало без проблем :)


І фінальний етап складання — надати всьому цьому більш-менш приємного вигляду. «Мордочку» оформив за допомогою самоклейки, зверху покрив звичайним скотчем для захисту — такий собі аналог ламінування. Щоб не розбити ніжний дисплей, під час складання трохи втопив його й вставив у віконце шматочок прозорого пластику з якоїсь блістерної упаковки. Боявся, що під час фотографування будуть відблиски, але вийшло чудово.
До речі, цікаво: рідна наклейка на БЖ була наклеєна через досить товстий (близько 0.5мм) пластик, клейкий з обох боків.


На жаль, побити рекорд габаритів попередньої станції мені не вдалося, але все ж вийшло вмістити все в об’єм, порівнянний із пачкою цигарок, і отримати більше функцій.
Єдине, у чому, на мій погляд, новий варіант поступається, — ударостійкість: світлодіодний дисплей і розбити складніше, і замінити простіше, але за комфорт треба платити.


Трохи тестів і порівнянь.
1, 2. Нова станція під час запуску споживає близько 70Вт, доки не досягне встановленої температури, після чого потужність падає до 9-11Вт.
3, 4. Стара відразу після ввімкнення споживає понад 120Вт, але буквально за кілька секунд потужність падає до 75, а потім до 50-55Вт. Після досягнення температури вона знижується приблизно до тих самих 10-12Вт, можливо, трохи більше.


Нова станція виходить на робочий режим незрівнянно швидше.


На захист старої можу сказати, що, хоч вона й повільно розігрівається, але враховано «вибіг» температури, тому нагрів вона «пригальмовує» приблизно за 20-25 градусів до встановленої температури, а подальший вибіг становить лише 5-6 градусів. Та й під час роботи вона намагається досить стабільно підтримувати температуру.
Повний варіант, відео довелося прискорити у 4.5 раза.


Давно помічав, що контролер старої станції помітно нагрівається навіть у режимі очікування, тож вирішив порівняти з новою.
1. Дві станції поруч приблизно через годину роботи: помітно, що стара нагрівається сильніше.
2. Основне нагрівання старої зосереджене біля вилки живлення, температура легко сягає 60 градусів.
3. А нова значно холодніша. Чомусь найвища температура була на контролері дисплея, але навіть там вона становила лише 37-38 градусів.

Звісно, хтось скаже: а якщо навантажити паяльник на повну, наприклад, опустити його в чашку з водою? Друзі, я не кип’ячу чай паяльником — для цього в мене є газова плита й чайник. Станція може відносно короткий час (думаю, до 10 хвилин легко) віддавати близько 60Вт. Якщо й цього мало, то річ не в станції, а радше в потребі використовувати щось потужніше або додатковий підігрів. Для звичайного сценарію роботи потужності блока живлення вистачає з головою.


Діапазон встановлення температури становить 150-480 градусів. Налаштування виконується простим обертанням енкодера: повільне обертання змінює значення з кроком 1 градус, швидке — з кроком 5 градусів.
Коли температура досягає встановленого значення, контролер подає короткий звуковий сигнал. Такий самий сигнал лунає, якщо під час роботи температура «відхилилася» приблизно на 5-10 градусів, а потім знову повернулася до норми.


Звісно, перевірив точність встановлення температури на жалі, щоправда, без додаткового відведення тепла.
Перевіряв за температур 150, 200, 250, 300, 350 і 400 градусів.

Ну що сказати, не дуже. Розбіжність сягає 20 градусів. Звісно, можна списати це на похибку вимірювання, але мультиметру я загалом довіряю, та й із тепловим контактом усе гаразд, адже температура завищена, а не занижена.


Але зачекайте, у контролера заявлена можливість корекції.
Встановлюємо 350 градусів, заходимо в меню корекції й бачимо ту саму температуру — і задану, і виміряну, але мультиметр показує помітно більше.
Обертанням енкодера збільшуємо значення параметра корекції, паралельно контролюючи температуру мультиметром.
Поступово наближаючи значення, я домігся, щоб температура стала близькою до встановленої й коливалася в діапазоні 350-351 градус.


Знову проходжу той самий діапазон. За 300-350 градусів усе можна назвати нормальним, але в інших режимах, хоч і стало краще, не сказав би, що набагато: нелінійність відчувається явно. Для нормальної корекції треба мати хоча б дві точки, наприклад 150 і 400 градусів, а тут доводиться шукати компроміс. Частково, думаю, винне й саме жало, адже невідомо, з яким контролером його калібрували спочатку.


Коли вже закінчував готувати огляд, подумав, що тепер годинник є не лише в мультиметрі, а й у паяльній станції :)
До речі, тут видно, як відображається температура терморезистора ручки та вбудованого датчика чипа. На жаль, примусово вивести на екран температуру саме чипа не можна. У моєму варіанті застосування це було б актуальніше, а так вона відображається, лише якщо вимкнути паяльник.



Висновки.
Контролер здебільшого сподобався. Наприклад, зручно користуватися «сплячим» режимом, до примусового ще не звик, але думаю, що він теж зручний. Також приємно, що ці режими мають додаткові налаштування, які роблять керування гнучкішим.
Але, як я вже писав, набагато більше мені сподобалася конструкція, де плату можна розділити на частини й зробити на її основі компактну паяльну станцію.

Є й недоліки. Невисока точність встановлення температури та відсутність пам’яті, куди можна занести калібрувальні дані для різних жал. Чесно кажучи, температуру я виставляю радше «на відчуття», а не за термометром, і для мене головне, щоб вона просто стабільно підтримувалася. Тут у мене запитань немає. Але все одно хотілося б краще.

З оригінального. У станції є годинник. Він там ніби й не дуже потрібен, тим паче в моєму випадку йому бракує переходу на зимовий/літній час. Але насправді виявилося, що коли станцію програмно вимкнено, користуватися годинником навіть зручно.

Тепер про пристрій, який у мене вийшов.
Ну, по-перше, він таки вийшов, і це вже тішить :)
По-друге. Звісно, можна сказати: мовляв, що це за забаганка і чому не зробити, як усі: коробочка, кабель у розетку й кабель до паяльника. Та все просто: за багато років я так звик, і в моєму випадку саме такий варіант виявився найзручнішим.
І по-третє. Я просто захотів спробувати зробити справді малогабаритну станцію, корпус якої розміром приблизно з пачку цигарок і в якій уже є власний блок живлення. Звісно, такого рівня мініатюризації, як у моєї старої, я не досяг, але все одно вважаю, що мінімальну програму виконано.

Суб’єктивно.
Мені все сподобалося: паяє легко, температуру тримає, нагрівається слабо, та й тепер у мене є ще один годинник :)

На сьогодні в мене все, і ще раз дякую Володимиру за таку корисну штуковину :)