NY-D08，点焊机控制器

我之前已经写过几篇关于使用超级电容的点焊控制器的文章，不过今天要说的是一种更“经典”的方案，采用大功率50 Hz变压器。
我会介绍控制器本身，也会简单展示它在一台真正的焊机上的应用。

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这台控制器不是给我自己买的，我已经有一台使用超级电容的点焊机，而且我很少焊电池。不过有位朋友经常用点焊机，之前我帮他组装过一台采用Yurok控制器的设备，目前工作得相当不错。

但现在又需要一台设备，于是买了一个微波炉变压器、外壳和一些零碎配件，当然还有控制器。他不太想订制电路板、购买元件再自己焊接；同时又想要一块更大的屏幕，于是选了AliExpress上的这款。

AliExpress上其实有不少不同的控制器，有非常简单的，也有价格更高的。我想找的是一款能生成两个可调脉冲、并且像前面说的那样配有大屏幕的控制器。

比较有名的，大概有两款：一款是便宜款，价格约15-16美元；另一款就是这次评测的这款。


1. 我还看到过另一款看起来不错的控制器，变压器已经装好，双向可控硅也带散热器。
2. 搜索时还碰到一款控制器，看起来是用于超级电容点焊的，但支持切换极性。理论上这应该确实很有用，我之前也抱怨过，发现电极的工作效果有差异。



控制器到货还算快，不过卖家发货可真够慢的……我都以为他不会发货了，甚至不得不延长发货期限。
包装很简单，电路板用气泡膜包着，其余配件只装在一个带扣的塑料袋里。


套装包括：
1. 带显示屏的控制器板。
2. 功率板。
3. 带接头的连接线。
4. USB-UART转换器。
5. 温度传感器。
6. 按钮帽。
7. 编码器旋钮。


说到这些小配件，实际上只有模块间的连接线是必需的，没有它就无法工作。
另外，不知道为什么还附送了一个USB-UART转换器，甚至还把芯片上的型号标记给磨掉了。


按设计，这根线是用来配合软件使用的，但我始终没能找到这个软件。实际上，软件里只能设置三个参数——输入电压、推测是输出电压的参数，以及变压器功率。而且据我理解，这些参数也可以通过模块本身的主控界面设置，只是具体怎么操作，以及更重要的，为什么要这么做……都不清楚。


功率板。
它采用了电气隔离，而且“冷端”和“热端”划分得非常直观，还特意标明不要用手触碰危险部分。


板上有一大堆接口：
1. Switch——连接脚踏开关或控制按钮。
2. AC12V——电路板供电，只能使用普通的“铁芯”变压器。
3. TEMP——连接温度传感器。
4. State——状态接口，我没研究过，电路图里也没有说明；不过从板上看，这里接了一个光耦。
5. FAN——12 V风扇。
6. VALVE——阀门，准确地说，是控制电极压紧气动机构的阀门。

板上还能看到两个PWM控制器、一个整流桥，以及负责控制风扇和阀门的晶体管。


1. 高压部分简单得多：光耦隔离、一个大功率双向可控硅、少量元件，以及用于焊接导线的焊盘。
2. 接线端子质量不错，用起来也方便。


控制器板。
正面是LCD、按钮和编码器。这里我得吐槽一下厂家：不仅用了一个没有内置按钮的编码器，还把它做得特别紧，感觉再转下去都要吱吱响了。
我不太明白为什么要把编码器和按钮分开，按压式编码器又不贵，用起来甚至会更方便。


背面则是其他所有元件，包括微控制器。


主要元件。 右侧还能看到用于连接USB-UART转换器的引脚，不过正如我之前所说，这东西完全没用。


电路板尺寸以及安装孔之间的距离。


卖家页面上没有接线图，不过在其他卖家的类似商品页面上很容易就能找到。


试机时我只接了功率板、控制器和变压器，连温度传感器都没接。不过没关系，一切运行得相当正常。


接通电源后，屏幕会闪过一片白光，随后显示Loading。如果你的设备突然显示中文，开机前按住按钮即可退出语言选择模式。


1. 启动后，屏幕会显示设备型号、设置、温度、“焊接”次数、输出状态，甚至还有操作提示。
2. 有六个设置页面：
存储单元编号
第一个脉冲的持续时间
第一个脉冲的功率
第一个和第二个脉冲之间的间隔
第二个脉冲的持续时间
第二个脉冲的功率

旋转编码器可切换设置页面并调整数值，按下按钮可开启/关闭调节模式。继续旋转编码器，就会进入设置菜单，同样按下按钮进入。
3. 设置菜单中只有阀门开启/关闭延迟以及风扇启动阈值可调。
4. 阀门设置包括通电前多久开启、之后多久关闭，以及自动模式下执行多少次开关循环。
5. 风扇控制：启动温度可在1-99度之间调节，回差为3度。
6. 有关闭、开启和自动三种模式，自动模式根据温度运行。

此外还可以恢复出厂设置，但具体操作我没搞明白：可能是按住按钮启动，也可能是同时按住两个按钮启动。而“焊接”计数器则是在工作模式下按住按钮约3-4秒即可清零。



在另一个使用相同控制器的商品介绍中，我看到一张设置菜单的照片，里面还有第三项“信息”，但我的设备上没有这一项。


如果没有连接温度传感器，显示屏上会显示99度。因此在这种情况下选择自动模式，风扇就会启动，相应接线端子旁的指示灯也会亮起。


接上温度传感器后，一切就正常了。我没有检查测量精度，但主观感觉显示温度与实际温度相符。


为了不放太多图片，我只展示所有设置项的最小值和最大值。由于每个页面都可以完全独立设置，这些也就是各项的最小值和最大值。


现在进入实际部分。我没法展示点焊机的组装过程，而且说到底也没什么特别值得展示的。这次基本上都是朋友自己动手完成的：把所有东西装进机箱里，甚至还为控制器预留了安装位置。


这里使用的是一台老式苏联电压表的外壳，变压器则取自一台旧设备。
两条线路上都装了保险丝，以防万一还加装了风扇，尽管要让这么大的变压器发热起来并不容易。
前面板上布置了：
1. 电源开关
2. 控制器的显示屏、按钮和编码器
3. USB接口，可为5 V设备供电。
4. USB输出电源的开关
5. 背光及背光开关。
6. 焊接电流触发按钮的接口。

还值得一提的是电极安装结构设计得非常巧妙，更准确地说，是固定电极的结构，不过这个稍后再说。


内部布局比较宽松，上方可以看到功率变压器，右侧是为控制器供电的辅助变压器。 功率变压器下面是一个5 V电源。


变压器的捐赠者看起来是一台Moulinex微波炉。我可以肯定地说，这台变压器做得非常出色，安静又高效。
次级绕组使用截面积为48 mm²的软线绕制，共绕了四匝。


除了点焊机的主体，朋友还给了我各种焊带，每种尺寸大约一米，还有背光LED、铜片和一些垫圈。


焊带一共有六种，三种钢带、三种镍带，而且厚度和宽度都各不相同。
这里还用到了报废电池，它们非常适合做实验，因为大部分电量也都已经彻底耗尽。


接下来我尝试了不同设置下的点焊，但后来才明白，我犯了个错误，导致设备更多是在加热焊点，而不是把它焊牢。

首先试了镀镍钢带，这种最容易焊。三种情况中有两种总体还算正常，但遇到较厚的焊带时，就没法好好焊牢。

我还注意到一个奇怪的现象，虽然不太明显，但在第二张照片中间那颗电池上还是能看出来。那里尝试焊了三次，按理说应该有六个焊点，但三个很明显，另外三个几乎看不见，而且这三个不明显的点都是固定电极留下的痕迹。不知道为什么会这样。



第二步试的是镍带，情况基本一样：薄的和中等厚度的能焊，厚的却只是做做样子。我试了好几次，最后直接把焊带烧穿了，还是没能焊牢。


后来我才弄明白原因：焊接模式设错了。
点焊时应该尽量使用大电流，同时把焊接时间缩到尽可能短，而我的设置几乎正好相反。结果我只是在加热焊带，它烧得通红，却没有焊牢。
从左到右是我尝试过的不同焊带厚度和焊接模式。


为了验证这一点，我试着把两条焊带焊在一起，结果烟倒是很多，效果却不怎么样 :)
其实这种情况下焊带确实焊在了一起，但它热得太厉害，把我用来操作的一小块覆铜板都快烧成炭了。
下面是三个阶段，焊带右侧是覆铜板边角料上的印痕。可以看出，缩短脉冲时间后，焊点温度明显降低。


接着纯粹出于好奇，我把一小段镍带焊到了钳子上。真不知道我当时怎么想的……后来费了好大劲才把焊带弄下来。
顺便说一下，这里的焊接模式已经接近最佳：第一个脉冲很短，第二个脉冲加长。要进一步优化的话，我建议降低第一个脉冲的功率。


这可不是焊接，而是电极没有压紧时意外通电造成的后果。我本来瞄准的是要焊接两片金属片，却不小心按下了开关，在压紧之前就通了电。
结果焊带被烧穿，电极也受了损伤，而且第二个电极损坏得相当明显。


肯定有不少人会感兴趣：设置时显示的数字到底是什么意思？比如5/60/5/5/60这个模式代表什么？
这里其实很简单，总共有六个数值，不过第一个是存储单元编号，可以不用管。
后面的就有意思了，下面是四种模式的波形：
5/60/5/5/60
20/60/5/5/60
5/60/5/30/60
5/60/20/20/60

1. 第一个脉冲的持续时间
2. 第一个脉冲的功率
3. 脉冲之间的间隔时间
4. 第二个脉冲的持续时间
5. 第二个脉冲的功率

时间以电网正弦波的完整周期为单位，因此每个周期为20 ms，也就是说 设置为5时，对应100 ms或0.1 s。


功率就更简单了，本质上是按最大值的百分比设定的。下面是在无负载时焊接触点上的正弦波，参数分别为30、50、75和99。


当然，我也很好奇焊接过程中能产生多大的电流，于是用带峰值测量模式的钳形表进行了测量。
功率设为60%时，钳形表过载了，预计最大焊接电流约为1000 A。



一开始，拧起来很费劲的编码器就让我很恼火；把电路板装进外壳后，旋钮又开始有点蹭壳，这下简直糟透了。最后我建议朋友把原装的紧涩编码器换成我常用的普通款，再拆掉独立按键，改用编码器自带的按键。
说干就干，我拆掉原装编码器和按键，换上普通款。旋转顺滑，按起来也舒服。装好一试，才发现我还是太心急了。
只好又拆开，顺便问候了一下装这个编码器的中国人的亲戚——原来它的方向是反的，旋转方向对不上。调整好后重新装起来。

总之，普通的按压式编码器好用得多，建议一开始就改掉。


另外，我拆掉了原装支柱，它们长约8–10 mm，换成了最短的5 mm塑料支柱。这样更好，屏幕也几乎与外壳齐平。


朋友马上给多余的孔打印了一个堵头，不过现在还在他家里。



现在来看看焊接测试。结果发现，关键的材料有两种：
1. 厚度0.1 mm的钢带
2. 厚度0.2 mm的镍带。

第一种情况下，需要确认焊机不会把钢带烧穿。我把功率调到接近最低，然后开始试焊。


结果发现功率甚至还有点低，这说明最低档还有下调余地。下面是各档位的测试结果：
1. 1/35/5/1/35
2. 1/35/5/1/45
3. 1/35/5/1/55
4. 1/35/5/1/65
5. 1/35/5/1/75
6. 1/35/5/1/90

从第二到第三档左右开始，钢带就能正常焊接了。


我用1/35/5/1/90这个档位，把第二条钢带焊到了正极触点上，又把另一条焊到了负极触点上，也就是第一个脉冲时间最短，第二个脉冲的功率接近最大。


接着换上较厚的镍带，从刚才用的最后一组设置开始焊：1/35/5/1/90。


1. 1/35/5/1/90
2. 1/35/5/2/90
3. 1/35/5/3/90
4–6. 1/35/5/3/90

这里不得不把第二个脉冲的时间从1增加到3。最后一档焊接效果很好，镍带没有烧穿，而且焊得非常牢，试着撕开时，镍带直接被扯断了。


微距照片展示的结果：


现在来看看它的其他功能。
我马上在专门预留的位置装上了LED，并用专门打印的支架固定。可惜照片里看不出它的亮度，不过它确实能照亮焊接区域，而且可以用独立开关关闭。


不过，焊接钢带的功能可能更让人感兴趣。为此配有一块铜压板，安装在固定电极上。


原理非常简单：如果要把两条钢带焊在一起，比如呈一定角度或交叉放置，就把这两条钢带放在铜板上，用另一个电极压住，然后通入焊接电流。


举个例子，我取下固定电极，用普通方式做了同样的焊接，两种焊接方式的差别一目了然。
第一种情况下，钢带上只有整齐的小点，因为电流沿最短路径直接穿过钢带。照片中是6个单点焊。
第二种情况下，电流回路更长，因此需要提高功率，结果就是钢带发热更多，甚至会过热。 照片中是两组双点焊点。

第一种模式唯一让我不太满意的地方，就是电极明显会粘在镍带上。


这些就是所有的测试对象了，现在得想办法把它们处理掉。


想必有人会问，焊接电缆是用什么做的？
我通常用大截面积的导线，不过这种线一般都比较硬。这位朋友决定使用专用的ПЩ电缆，本例中截面积为4 mm²。
用了12段，每段长206 cm，总计24.75 m。绕了4圈，计算电压为3.83 V，截面积则为12×4=48 mm²。之后把绞成线束的导线用软热缩管包了起来。

我个人觉得，这根电缆确实非常柔软，而且近50 mm²的截面积也让它能轻松输出相当大的负载电流。


基本上就这些了。总结简单说几句：这块电路板我很满意。确实有些小问题，比如编码器；还有就是不太明白为什么要配一个USB-UART适配器。不过除此之外，用起来方便、实用，看起来也相当可靠。

焊机本身我应该也都介绍到了，希望这些内容对你有帮助，能让你做出一台顺手又可靠的设备 :)