Bakon BK950D, невелика паяльна станція з паяльником T12

Зверху наклейка з номером, який, за ідеєю, треба ввести у форму на сайті, і має показати, оригінальний це продукт чи ні.


Я спробував кілька разів, але щоразу отримував те саме. На скриншоті — переклад з китайської.
Загалом не знаю, оригінал це чи ні, мені було цікавіше, як її зібрано і як вона працює.


Усередині все звалено в таку купку. Щоправда, під час доставки нічого не постраждало, хоча, як на мене, упаковку можна було зробити й надійнішою.

Викручуємо чотири саморізи під відсутніми ніжками й розкриваємо корпус.


До дна корпусу прикручено плату блока живлення, а плата керування й термоконтролю розташована на верхній кришці.


Вимикач живлення підключений за допомогою роз'єму — це плюс. А от те, що він розриває лише один провід, — мінус. Загалом заведено, щоб вимикач живлення імпульсного БЖ розривав обидва проводи.
А заземлення зроблено нормально: жодних роз'ємів, лише паяння. Правильніше було б виконати з'єднання безпосередньо на роз'ємі, але загалом допустимий і такий варіант.


Найперше приємно здивувала наявність нормального вхідного фільтра, запобіжника й термістора для обмеження струму заряджання конденсатора. Ємність вхідного конденсатора теж дуже потішила — 100мкФ, я очікував побачити щось на кшталт 47-68мкФ.
До цього пункту взагалі жодних запитань, усе чудово.


А тепер детальніше про основні компоненти, встановлені на платі.
1. Як високовольтний ключ на первинному боці застосовано IRF840. Було дуже дивно побачити в цьому колі транзистор із максимальною напругою 500 В, адже зазвичай застосовують транзистори на 600–650 В. Звісно, деякі читачі запитають: а чому це погано, якщо напруга на вході лише трохи перевищує 300 В.
Так, це так, близько 315–320 В, але річ у тім, що це зворотноходовий блок живлення, і на первинній обмотці в ньому виникає викид напруги, який становить щонайменше Uвих × Ктр (коефіцієнт трансформації). Судячи з маркування на трансформаторі 60:8:8, припускаю, що це співвідношення витків (цілком підходить для такої топології), тож на транзисторі буде близько 320 + 20 × (60/8) = 470 В — майже впритул до граничного значення.
Розрахунок, звісно, дуже приблизний, але дає змогу орієнтовно оцінити ситуацію.
Я побіжно пошукав в інтернеті відгуки користувачів і не знайшов повідомлень про вихід цього транзистора з ладу, але транзистор на 500 В у первинному колі — це недобре.
2. До вихідного діода претензій немає: STPS20H100CT, 20 А, 100 В. Таку збірку застосовують у блоках живлення на 24 В, тож запитань немає.
3. Як ШІМ-контролер використано OB2202CP. Пізніше я, найімовірніше, ще повернуся до нього, а поки скажу, що скептично ставлюся до того, що контролер і силовий транзистор розташовані далеко один від одного.
4. Міжобмотковий конденсатор для придушення перешкод — звичайний, а не типу Y1 чи Y2.
З одного боку, за наявності заземлення це не має значення, а з іншого — виробник зекономив на копійчаному конденсаторі, тому рекомендую його замінити, тим паче що він лише на 1 кВ.
Також поруч видно стабілізатор 78M05, який живить плату контролера.


Вихідні конденсатори мають запас за ємністю, але за напругою працюють майже на межі.
За вихідної напруги 19–20 В рекомендується застосовувати конденсатори на 35 В, хоча, думаю, тут вони також працюватимуть нормально.
Річ у тім, що навантаження блока живлення не дуже велике й має короткочасний характер. Середня споживана потужність паяльника — близько 15–20 Вт, струм — приблизно 1 А.
У такому режимі нормально працюватимуть і конденсатори на 25 В. Ви, звісно, запитаєте, до чого тут ємність/напруга і вихідна потужність.
З ємністю все зрозуміло: тут сумарно 2000 мкФ, чого більш ніж достатньо за максимального струму 2–2,5 А. А з напругою є невелика хитрість. Під час роботи на високих частотах конденсатори нагріваються. Що вища напруга, то більші габарити. Що більші габарити, то більша площа корпусу. А що більша площа корпусу, то краще відводиться тепло і то менше нагрівається електроліт усередині.
Ну і, крім того, під час роботи імпульсного блока живлення виникають короткочасні викиди напруги, які також не йдуть на користь.
До речі, про викиди: приємна дрібниця — усередині на виході є дросель для придушення перешкод.


Друкована плата. На диво, трасування виконано правильно. Особливо це помітно у вузлі вихідного випрямляча та фільтра. Та й загалом плата нормально спаяна, чиста, за що отримує свої 4+ бали. Пів бала зняв за те, що розміщувати силовий транзистор і ШІМ-контролер на різних боках плати не дуже добре; так можна робити лише за умови правильного трасування з урахуванням цього нюансу.


За друкованою платою відновлено принципову схему блока живлення. Не виключаю, що в ній можуть бути помилки, але я намагався вказати всі номінали (ємність деяких конденсаторів наведено орієнтовно) і позиційні позначення.


Друкована плата контролера. Саме цей вузол стабілізує температуру та керує режимами роботи.
Поки розбирав і збирав, зірвав нарізану саморізами різьбу. Було таке відчуття, що їх не вкручували, а просто вдавлювали в пластмасу. Невеликий мінус виробникові. На роботу це не впливає, але під час розбирання та збирання може трохи зіпсувати враження.
До речі, на фото видно з’єднання з платою БЖ за допомогою чотирьох проводів, позначених як — In, 20V, GND, 5V. Насправді підключення виглядає так: 20V, GND, GND, 5V.


Плата контролера. Загалом — 4 бали: помітні сліди флюсу, деякі місця припаяні не дуже акуратно, хоча здебільшого все гаразд.


Зі зворотного боку розташовані місця для паяння з’єднання з блоком живлення та підключення паяльника, а також підлаштувальний резистор і контакти для перепрошивання мікроконтролера.


1. Використано один із найпопулярніших мікроконтролерів — Atmega8.
2. Сигнал від термопари підсилює здвоєний ОП LM358, але використано лише один канал.
3. За комутацію живлення нагрівача паяльника відповідає AOD425. Це N-канальний польовий транзистор із максимальним струмом 50 Ампер і опором у відкритому стані 17мОм, що для такого завдання більш ніж достатньо. На ньому розсіюється не більше 0.1 Ватта :)
4. Наприкінці розбирання я виміряв вихідну напругу блока живлення — вона становила трохи більше ніж 19 Вольт, хоча заявлено 20. Насправді жало розраховане на роботу за напруги живлення 24 Вольта.


Коли я вже накреслив схему блока живлення, один із читачів надіслав посилання на схему цієї станції. Схема БЖ уже була, а схему плати керування наведу за надісланим посиланням.
Схема БЖ у моєму варіанті трохи відрізняється. Зокрема, є різниця в номіналах дільника напруги ШІМ-контролера.

Коротко, калібрування відбувається так:
1. Вимірюємо реальну температуру.
2. Записуємо або запам’ятовуємо це значення (у мене термопара просто постійно була притиснута до жала).
3. Одночасно натискаємо обидві кнопки на станції й чекаємо, поки почне блимати перший розряд індикатора (кілька секунд).
4. За допомогою кнопок вводимо виміряне значення (ліва змінює значення, права перемикає розряд, у якому відбувається зміна).
5. Ще раз натискаємо праву кнопку — контролер запам’ятає налаштування.
6. Якщо результат не влаштовує, повторюємо операцію.

Отже, спробуймо. Для початку я повернув підлаштувальний резистор приблизно в те саме положення (на щастя, у мене залишилися фото з результатами вимірювань).
1. Виміряне значення.
2. Одночасно натискаємо дві кнопки у відповідному режимі. На фото перший розряд вимкнений, а насправді він просто блимає.
3. Вводимо виміряні 307 градусів і відпускаємо кнопки.
4. Температура «втекла» вгору, але різниця між реальною та встановленою стала меншою.


1–4. Повторив операцію ще кілька разів. Далі результат не поліпшувався, але, як на мене, цілком нормально.


А тепер пройдемося ще раз по всьому діапазону.
Ліворуч — до програмного калібрування, праворуч — після.


Видно, що результат став кращим, ніж після регулювання обертанням підлаштувального резистора.
Але все одно помітна сильна нелінійність. Я ще спробую, але є підозра, що підлаштувальний резистор якраз і відповідає за лінійність калібрування.

Спочатку з’ясуймо, яку потужність насправді має станція.
Я виміряв опір паяльника разом із кабелем, адже працюватиме він саме в такому режимі, і блок живлення я перероблятиму саме під нього.
У мене вийшло 8.73 Ома. Знаючи, що на виході БЖ напруга близько 19.36 Вольта, отримуємо струм 2.22 Ампера. Загальна потужність при цьому (у холодному «стартовому» режимі) становить 42,9 Ватта.


На нагрівач при цьому припадає — (8.43/8.73)х42,9=41,4 Ватта. На мою думку, для «важких» робіт такої потужності все ж замало.
«Заодно» перевірив опір кола заземлення жала — 0.24 Ома, цілком нормально.


Варіантів перероблення є багато, перелічу їх:
1. Просто змінити номінали дільника зворотного зв’язку та дільника захисту мікросхеми.
Є небезпека виходу з ладу високовольтного транзистора, оскільки напруга на ньому зросте, а запасу в нього й так немає.
2. Те саме, але із заміною транзистора. Нормально, але блок живлення працюватиме не в надто оптимальному режимі, оскільки вихідна напруга зросте більш ніж на 20%.
3. Домотати кілька витків до вторинної обмотки трансформатора й змінити номінали дільника зворотного зв’язку. На мій погляд, це найоптимальніший варіант: можна навіть не міняти високовольтний транзистор, оскільки режим його роботи за напругою залишиться майже таким самим. Але мінус — складність перероблення.

Були навіть зовсім дикі варіанти.
1. Просто замінити блок живлення. Не вийшло: габарити «народного» блока живлення явно більші за рідний.
2. Переробити високовольтну частину, прибравши ШІМ-контролер і всю його обв’язку разом із високовольтним транзистором та замінивши все це на TOP248 або його аналоги. Складно й дорого.
3. Прибрати й трансформатор, а блок живлення зробити на базі IR2151-2153. Оскільки паяльнику стабілізована напруга не дуже й потрібна, рішення хороше, особливо з погляду нагрівання. Але мотати трансформатор, усе робити майже з нуля — ні, довго й складно.

Загалом я подумав і вирішив піти шляхом збільшення кількості витків вторинної обмотки трансформатора та зміни дільника зворотного зв’язку.
Але спочатку треба визначити, на що здатен рідний блок живлення.

На фото нижче — порівняння з блоком живлення на 24 В, 100–120 Вт. Наш трансформатор явно менший.


Оскільки частота роботи ШІМ така сама, як у мікросхем TOP2xx, які я використовую, я спробував змоделювати приблизно схожий трансформатор і подивитися, яку потужність може мати трансформатор такого розміру, що працює на тій самій частоті.
У мене вийшло, що максимальна потужність цього трансформатора — близько 62–63 Вт за тривалої роботи в закритому корпусі.


У принципі, у моєму варіанті перероблення високовольтний транзистор можна було не міняти, оскільки я вирішив домотати обмотку.
Але для підвищення надійності я все-таки вирішив замінити й транзистор.
Також за такого перероблення обов’язково треба міняти вихідні конденсатори.

Рідні мають ємність 1000 мкФ і розраховані на напругу 25 В. Для вихідної напруги 19 В це вже впритул, а про 23–24 В годі й казати.
Конденсатори краще брати низькоімпедансні, оскільки частота перетворення — 133 кГц.
У мене вдома знайшовся LowESR Capxon LZ 1000 мкФ 35 В, але він був довгий, а також 470 мкФ × 35 В серії KF. Краще підійшли б конденсатори серії KF, вони здаються мені надійнішими, але конденсатор 1000 × 35 цієї серії буде завеликим у діаметрі, тому я вирішив зробити невеликий «гібрид»: до фільтра стоїть 1000 × 35, а після фільтра — 470 × 35.
Чому я зробив саме так, покажу пізніше.


Для доопрацювання я вибрав транзистор SPP20N60C3, цей транзистор використано в блоці живлення на 25 В, 4–5 А, про який я вже колись робив огляд. Транзистор обійшовся трохи менш ніж у два долари в офлайні.

Для порівняння — основні дані з даташита: видно, що заміна набагато краща за рідний варіант. Єдине, у чому новий транзистор поступається, — ємність затвора, яка вдвічі більша.
Збільшена ємність затвора впливає на нагрівання під час перемикання: що більша ємність, то повільніше транзистор вмикається й вимикається. Але я вирішив, що 133 кГц — не така вже й висока частота, щоб особливо на це зважати, та й потім перевірю, як він поводиться в реальних умовах.


Насамперед випаюю вихідні конденсатори й високовольтний транзистор. Перфекціоністи можуть заодно вирівняти радіатори. У моєму випадку радіатор вихідного діода був нахилений у бік трансформатора, і я трохи відігнув його в протилежний бік. Звісно, не просто відігнув, а прогрів виводи діода, а тоді відігнув :)


Рішення домотати витки я ухвалив не просто так. У трансформатора просто купа місця для додаткової обмотки, і гріх цим не скористатися.


Щоб правильно домотати обмотку, треба розуміти, як намотана наявна. Розмотувати трансформатор мені не хотілося, навіть випаювати його було ліньки, тому я просто уважно подивився, куди спрямовані дроти від виводів.
Зазвичай у трансформаторах витки укладають саме так, навхрест, але все одно треба бути пильним, адже можна випадково ввімкнути обмотку в протифазі й довго дивуватися, чому нічого не працює.


Далі прорізаємо доріжку, що йде до вихідного діода, як показано на фото, а також свердлимо пару отворів. Діаметр отвору — близько 1.8-2мм.
Контактний майданчик, що утворився праворуч, зачищаємо від лаку й лудимо.


Беремо пару шматочків мідного дроту (звісно, ізольованого), діаметром близько 0.5-0.7мм і завдовжки у дві довжини плати.
Краще використовувати саме два дроти, а не один більшого перерізу, адже в такому разі будуть менші стрибки напруги й менше навантаження на снабер, тобто вища надійність.


Зачищаємо й лудимо шматочки дроту з одного кінця, вставляємо в отвір ліворуч від виводу трансформатора (вище на фото) і припаюємо до виводу трансформатора.
Потім намотуємо два витки двома дротами. Під час намотування намагаємося укладати витки не купою, але й не надто близько до країв, адже з краю виступають витки інших обмоток, а це може бути небезпечно.
Загалом треба отримати рівномірно укладені витки, принаймні як на фото.


Експериментально визначаємо потрібну довжину дроту для впаювання в плату, відрізаємо зайве, зачищаємо, лудимо, надягаємо шматочок кембрика або термоусадки й вставляємо в правий отвір.


Припаюємо, як показано на фото: ліворуч — контакт, який паяємо першим, потім намотуємо, а тоді припаюємо правий.


Якщо є настрій, можна повернути на місце рідну ізоляційну стрічку.
Мені було ліньки випаювати вхідний конденсатор, тож я робив усе з ним, але зручніше спочатку випаяти його, а вже потім намотувати обмотку й стрічку.


Не лякайтеся, це не вихідна напруга :)
На фото — напруга на конденсаторі живлення ШІМ-контролера. Зараз поясню, навіщо я її виміряв.
Оскільки вихідна напруга в нас стабілізована, можна домотувати або відмотувати витки — напруга на виході не зміниться (хіба що ми зовсім не виведемо блок живлення з режиму).
Щоб зрозуміти, чи все ми зробили правильно і чи не підключили обмотку навпаки, можна орієнтуватися на напругу живлення мікросхеми.
Якщо все зробили правильно, напруга має знизитися на 3-4 Вольта, а якщо підключили навпаки — підвищитися на таке саме значення.
Увага: напруга вимірюється на «гарячому» боці блока живлення, який безпосередньо з’єднаний із мережевою напругою. Будьте дуже обережні!
Крім того, перші випробування рекомендую проводити, вмикаючи блок живлення через лампочку, наприклад на 15 Ватт. Лампа має спалахнути й або зовсім згаснути, або ледь-ледь розжаритися.

Я припустився помилки й не виміряв напругу до переробки. Але оскільки я знав, що напруга живлення ШІМ-контролера перевищує 11 Вольт, а в мене вийшло 12, підвищити її я не міг: у такому разі до підвищення вона була б за межами норми.
Але краще виміряти її до переробки.


Далі треба трохи змінити номінал дільника зворотного зв’язку, щоб підвищити напругу.
Тут також є кілька варіантів.
1. Припаяти паралельно нижньому резистору на 4.42кОм інший, на 20кОм. Це значення я розрахував для вихідної напруги 23 Вольта (23 Вольта я отримав, виходячи з максимальної потужності 62 Ватта).
2. Замінити нижній резистор дільника на інший, номіналом 3,6кОм
3. Замінити верхній резистор дільника на інший, номіналом 36кОм
4. Складніші варіанти, але їх я наводити не буду.

Номінали з пунктів 2–3 не дадуть точно 23 Вольта, але напруга буде найближчою до цього значення. Наведено такі номінали, бо вони належать до поширеного ряду E24, а не до рідкіснішого ряду точних номіналів.

А ось у варіанті переробки на 24 Вольта не всюди можна обійтися номіналами з ряду E24, тому значення виходять такі (відповідно до списку вище):
1. 16 кОм.
2. 3,45 кОм
3. 38 кОм (можна поставити 39, але буде більше ніж 24 Вольта)


Припаяли поверх одного резистора інший — перевіряємо, що вийшло.
А вийшло в нас розрахункові 23 Вольта, трохи більше, але нічого страшного.
Напруга на конденсаторі живлення ШІМ-контролера також стала вищою. До речі, через це в мене виникла підозра, що кількість витків вторинних обмоток спочатку все-таки була різною, адже тоді напруга живлення ШІМ-контролера повернулася б до тих самих 19 Вольт. Але стверджувати не буду, бо не перевірив до переробки.


Після цього я планував помістити плату в корпус і поганяти її годинку-другу. А ще — показати на цьому фото, чому я вибрав саме такі вихідні конденсатори.
Річ у тім, що конденсатор праворуч має бути коротшим за той, що ліворуч, інакше він упиратиметься в стійку корпусу. Звісно, можна відігнути його набік, але це мало б неестетичний вигляд. Оскільки правий конденсатор підключений після дроселя, у цьому разі зменшення його ємності до 470мкФ майже ніяк не позначиться на роботі. Тобто 1000мкФ до дроселя і 470 після — цілком прийнятно, а от навпаки я б не ставив: до дроселя конденсатору працювати важче, а зі зменшеною ємністю ситуація ще погіршиться.


Та, на жаль, тест не вдався. Паяльник досить бадьоро ввімкнувся, але, досягнувши температури 350, перезавантажився. У блоці живлення на короткий час спрацював захист від перевантаження — потужність ми ж підвищили. Зачекав, поки паяльник охолоне, і повторив тест. Цього разу станція перезавантажилася два чи три рази.
Стало зрозуміло, що БЖ працює на межі обмеження струму: начебто все нормально, але трохи не вистачає.
Вирішив трохи збільшити струм спрацьовування захисту, тим паче що транзистор я поставив потужніший. Але оскільки струм спрацьовування був майже рівний реальному, вирішив не збільшувати його надто сильно.

Послідовно з високовольтним транзистором стоїть резистор номіналом 0.27 Ома. У мене було два варіанти: замінити його на резистор меншого номіналу або поставити інший паралельно до наявного.
Під руку потрапив резистор номіналом 2.4 Ома (хоча спочатку хотів 2.7). Якщо під'єднати його паралельно, опір зменшиться (а струм збільшиться) приблизно на 12%, що мене більш ніж влаштовувало.
У такому варіанті можна використати резистори номіналом 2-3 Ома. Якщо замінювати, то на номінал 0.22-0.24 Ома.

На резистор надів термоусадку й припаяв його з боку доріжок.


Тепер усе запускається нормально, нічого не перезавантажується.
Закриваємо кришку й переходимо до тестів.


Деякий час станція просто була ввімкнена на 400 градусів, потім я знизив температуру до 350 і паяв якусь плату. Але оскільки зі звичайними платами станція й до переробки працювала чудово, то наприкінці я знову перейшов до «важчого» тесту.
Коли спробував випаяти такий самий конденсатор, як і минулого разу, помітив явне покращення: потужність усе-таки зросла майже в 1.5 раза. Але під час спроби випаяти дрібні конденсатори труднощі все ж виникали, переважно через нагрівання їхнього корпусу.
Ситуацію можна покращити, якщо підняти температуру до 380-400 градусів і використати доречніше жало, а не гострий конус.


А температурний режим залишився незмінним.
Як так, напевно запитають деякі читачі: було 40 Вт, стало 60, а нагрівання БЖ залишилося таким самим?
А ось так. Річ у тім, що вища напруга (і, відповідно, потужність) впливає на швидкість розігрівання та «прийомистість» паяльника, а за нормальної роботи середня потужність навіть зменшиться.
Уявімо ситуацію: потужність паяльника 50 Вт, гріємо вели-и-кий полігон хвилин 5, а паяльником на 100 Вт цей полігон можна прогріти не за 2.5 хвилини, а за 1.5. Ось і економія.
А паяльником на 25 Вт, можливо, взагалі не вдасться його прогріти, і гріти ми будемо нескінченно.

Зрозуміло, що якщо забезпечити постійне відведення тепла від паяльників на 50 і 100 Вт, то паяльник на 100 Вт розсіє рівно в 2 рази більше. Але у випадку зі звичайною роботою цей розрахунок не діє.

Заодно перевірив температуру всередині без кришки.
Трансформатор — близько 60, потужність можна ще підвищувати, запас є.
Радіатор високовольтного транзистора — близько 40-45
Радіатор діода — приблизно ті самі 60, що й у трансформатора.
Усі температури мають більш ніж достатній запас, а от стабілізатор на 5 В розігрівся майже до сотні, що недобре.


Для стабілізатора 5 В я зробив ось такий імпровізований «радіатор» із залудженого шматка дроту перерізом 2.5мм. Комусь він здасться кумедним, але такого мінірадіатора достатньо, щоб знизити температуру на 15-20 градусів, а більше мені й не треба, зате він завжди під рукою :) Гурмани можуть використати пелюстку від потужних діодів.
Ну а раз уже почав копирсатися, то про всяк випадок замінив і міжобмотковий конденсатор для придушення перешкод.
Мене часто запитують, який вигляд вони мають у магазині та як їх узагалі шукати.
Номінал зазвичай не критичний, достатньо 100-2200пФ, оптимально 1000.
Напруга визначається класом конденсатора, тобто підійдуть усі.
А виглядають вони так, або так.
Я ж узяв конденсатор із плати блока живлення якогось монітора.

Ледь не забув. Якщо хочете ще більшої безпеки, не вкручуйте саморіз біля стабілізатора 5 В. Річ у тім, що виробник правильно спроєктував плату: передбачив захисні повітряні зазори та правильне трасування.
Але забув про одну річ: якщо вкрутити цей саморіз, сумарна відстань від компонентів «гарячої» сторони до фланця стабілізатора буде зовсім малою. І якщо пробій таки станеться, то саме в цьому місці.
Ситуація, звісно, радше гіпотетична, але теоретично можлива.


Праворуч те, що вийшло в результаті, а ліворуч — те, що залишилося. Викидати компоненти, що залишилися, не варто, вони цілком можуть стати в пригоді :)


А це принципова схема з урахуванням внесених змін.
Червоним позначено замінені компоненти, синім — додані.


Прибираємо за собою сліди за допомогою ватки з ацетоном. Думав покрити плату лаком, але потім передумав.


Припаюємо назад кабель живлення та заземлення, збираємо все докупи.
До речі, збирати не дуже зручно: кнопка ввімкнення постійно норовить вискочити.