帶冷卻指示功能的恒溫電烙鐵設(shè)計(jì)

鄭曉澤++薛金水

摘 要：電烙鐵使用結(jié)束后，其殘留溫度比較高，容易燙傷人，甚至引發(fā)火災(zāi)等危險(xiǎn)事故發(fā)生。本文對(duì)電烙鐵原有控制電路進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)計(jì)了帶冷卻指示功能電烙鐵。實(shí)驗(yàn)證明，改進(jìn)后電烙鐵具有顯示直觀、成本低、安全可靠等特點(diǎn)，具有廣泛的推廣應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：冷卻指示；熱電偶；控制電路；電烙鐵

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.05.004

1 引言

電烙鐵是在電子產(chǎn)品制造與服務(wù)等行業(yè)中廣泛應(yīng)用的工具。隨著技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)品自動(dòng)化焊接技術(shù)也不斷發(fā)展，但是采用電烙鐵進(jìn)行元器件進(jìn)行人工焊接和拆焊等技術(shù)依然是必不可少的。現(xiàn)在電烙鐵普遍實(shí)現(xiàn)了恒溫控制和漏電保護(hù)等功能，使用壽命也大大增加。在日常使用電烙鐵結(jié)束后，其殘留溫度依然比較高，稍不注意就有可能燙傷人，甚至引發(fā)火災(zāi)等危險(xiǎn)事故。很多使用電絡(luò)鐵的人員習(xí)慣于用手接近烙鐵頭去感知電烙鐵的殘留溫度，這樣也存在燙傷的危險(xiǎn)。為了讓使用者能直觀了解電烙鐵使用后的冷卻狀態(tài)，避免了用手感知電烙鐵余溫可能產(chǎn)生的危險(xiǎn)和可能產(chǎn)生的火災(zāi)隱患，設(shè)計(jì)帶冷卻指示功能的電烙鐵。

2 原有電絡(luò)鐵工作原理分析

以下是某款恒溫電烙鐵工作原理及電路圖（見圖1）。市電AC220V經(jīng)R1降壓、D1半波整流、C1濾波、D2穩(wěn)壓后作為集成運(yùn)放3582比較器件IC的電源電壓及調(diào)溫設(shè)定電壓源。

熱電偶作為檢測(cè)烙鐵頭的溫度傳感器，根據(jù)溫度不同，產(chǎn)生不同的電動(dòng)勢(shì)。工作中將電動(dòng)勢(shì)通過電阻R3加到根據(jù)IC-A③腳，作為為熱電偶檢測(cè)電壓輸入端；而②腳為調(diào)溫設(shè)定電壓。在②、③腳兩端電壓比較后，由①腳輸出。其中反饋電阻R5的作用在輸入信號(hào)小幅度波動(dòng)時(shí)，其輸出信號(hào)鎖定不變。當(dāng)熱電偶檢到溫度偏低時(shí)，③腳電平低于②腳電平，使輸出①腳為低電平。進(jìn)而使IC-B放大器⑥腳相對(duì)于固定偏置的⑤腳偏低，使輸出⑦腳為高。由于IC-B⑤腳電壓是由AC220V經(jīng)R6、R7分壓而得，因而，頻率、相位完全與AC220V相同。⑤腳電平與⑥腳電平比較后在⑦腳輸出交流電壓。該交流電壓經(jīng)C2與D3和D4反向并聯(lián)（作用同雙向二極管）的觸發(fā)電路控制雙向可控硅，控制加到烙鐵電熱絲上的電流導(dǎo)通時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)恒溫控制的目的。

3 電絡(luò)鐵控制電路改進(jìn)設(shè)計(jì)

3.1 改進(jìn)基本思路

對(duì)上述原有恒溫電烙鐵進(jìn)行改進(jìn)，利用電路中熱電偶的熱電效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)余溫檢測(cè)。在斷開電烙鐵加熱控制主電路的同時(shí)，把熱電偶的電壓信號(hào)引到由集成運(yùn)放組成的電壓比較器上。當(dāng)電烙鐵冷卻未結(jié)束時(shí)，熱電偶輸出電壓使集成運(yùn)放輸出一個(gè)高電平，點(diǎn)亮指示LED代表電烙鐵冷卻中；而當(dāng)電烙鐵冷卻結(jié)束時(shí)，熱電偶輸出電壓很小，集成運(yùn)放輸出端輸出一個(gè)低電平，LED燈熄滅，表示電烙鐵冷卻結(jié)束。通過對(duì)熱電偶輸出電壓的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)用LED燈顯示溫度狀態(tài)，從而使電烙鐵具備冷卻指示功能。

3.2 具體實(shí)現(xiàn)過程

以下是帶冷卻指示恒溫電烙鐵工作原理及電路圖（見圖2）。用開關(guān)SW1實(shí)現(xiàn)對(duì)電烙鐵工作賀斷電的控制。當(dāng)開關(guān)SW1閉合時(shí)，電烙鐵正常工作，其原理與上述電路原理完全相同，不同之處是在焊接結(jié)束以后。

焊接結(jié)束以后，開關(guān)SW1打開時(shí)。U2：A③腳與熱電偶被斷開，使U2：A①腳輸出為高，進(jìn)而使U2：B放大器⑥腳相對(duì)于固定偏置的U2：B⑤腳偏高，使輸出U2：B⑦腳一直為低。雙向可控硅處于關(guān)閉狀態(tài)，電熱絲斷電，烙鐵不工作。在U2：A ③腳支路與熱電偶被斷開的同時(shí)，雙擲開關(guān)SW1使熱電偶經(jīng)與U3：A③腳相連，同時(shí)使集成運(yùn)放U3：A電源⑧腳與電源線相連，U3：A開始工作，電烙鐵冷卻未完成時(shí)，熱電偶輸出電壓使U3：A③引腳電壓高于②引腳電壓，使U3：A①引腳輸出高電平，經(jīng)限流電阻R10后點(diǎn)亮LED；當(dāng)烙鐵頭溫度下降到設(shè)定溫度時(shí)，熱電偶輸出電壓使U3：A③腳引腳電壓相對(duì)于②引腳電壓為低，進(jìn)而使U3：A①引腳輸出低電平，LED燈D5熄滅，從而起冷卻指示作用。

4 實(shí)際使用效果測(cè)試

要使用電烙鐵時(shí)，打開開關(guān)，電烙鐵得電，紅色電源指示燈點(diǎn)亮，電烙鐵開始加熱，并實(shí)現(xiàn)恒溫控制；在使用結(jié)束時(shí)，關(guān)閉開關(guān)，電烙鐵失電，電源指示燈熄滅；同時(shí)， 藍(lán)色冷卻指示燈點(diǎn)亮，電烙鐵開始處于冷卻狀態(tài)；當(dāng)藍(lán)色冷卻指示燈熄滅時(shí)，代表電烙鐵冷卻完成。圖3到圖5是實(shí)際使用效果圖示。

4.1 正常工作時(shí)

開始使用時(shí)，按下開關(guān)，電烙鐵開始工作。紅色電源指示燈亮。（見圖3）

4.2 剛使用結(jié)束

使用結(jié)束后，打開控制開關(guān)，電烙鐵電熱絲停止工作，紅色電源指示燈熄滅；電烙鐵處于冷卻狀態(tài)，藍(lán)色冷卻指示燈亮起。（見圖4）

（下轉(zhuǎn)第3頁(yè)）

（上接第6頁(yè)）

4.3 電絡(luò)鐵冷卻后

當(dāng)藍(lán)色冷卻指示燈熄滅，代表電烙鐵冷卻完成。（見圖5）

5 結(jié)論

（1）本文在原有恒溫電烙鐵控制電路基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，增加了開關(guān)斷電功能與冷卻指示的新功能，從電路仿真和和實(shí)物檢測(cè)都說明該該作品能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)功能，同時(shí)不會(huì)影響電絡(luò)鐵使用功率和絕緣電阻等性能指標(biāo)。電路是在成熟電路的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，具有科學(xué)性和創(chuàng)新性。（2）該設(shè)計(jì)控制電路基礎(chǔ)上，只添加了極少量元器件，實(shí)現(xiàn)其新功能。主要采用了如下元器件：運(yùn)算放大器LM358、按鍵開關(guān)、LED燈各一個(gè)，10k 電阻三個(gè)。采用的器件都是市面上成熟、通用的器件，增加成本不超過1元。（3）本設(shè)計(jì)提高了電烙鐵的使用效能.本設(shè)計(jì)具有電路設(shè)計(jì)新穎、功能實(shí)用、可靠性高、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，極具推廣應(yīng)用價(jià)值。

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基金項(xiàng)目：本項(xiàng)目受 2016年度廣東大學(xué)生科技創(chuàng)新培育專項(xiàng)資金資助（項(xiàng)目編號(hào)：pdjh2016b0658），主持人：鄭曉澤。endprint