Horúca platňa spájkovania Reflow: 5 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:00

Spájkovanie drobných súčiastok SMD môže byť dosť náročné, ale proces môže byť aj automatizovaný. To sa dá dosiahnuť nanesením spájkovacej pasty a pečením buď v (reflow) rúre, alebo na horúcej platni (ako varná doska vo vašej kuchyni). V okolí webu som videl veľa DIY reflow pecí; podľa mňa majú jednu veľkú nevýhodu: zaberajú veľa miesta. Rozhodol som sa preto radšej postaviť varnú zónu.

Varná doska je plne programovateľná, takže je možné pridať akýkoľvek profil pretavenia. Proces pretavenia je potom plne automatizovaný. Poďme stavať!

Krok 1: Diely a nástroje

Časti

• Horúca platňa, svoju som dostal zo starého woku
• Polovodičové relé (SSR)
• Napájací kábel
• USB napájací konektor (americký konektor)
• LCD
• Prototypová doska
• Arduino nano
• Ženské hlavičky
• Termočlánok typu K + zosilňovač MAX 6675
• Tlačidlo
• Kábel USB na mini USB

Nástroje

• Svorky
• Lepidlo na drevo
• Laserový rezač
• Vŕtačka
• Spájkovačka

Krok 2: Prípad

V tomto prípade máme dve možnosti, v závislosti od vašej varnej platne. Prvou možnosťou je upraviť existujúci kryt, čo je životaschopné, ak je dostatočne veľký na umiestnenie SSR, LCD atď. V mojom prípade však nebolo dostatok miesta, takže som musel navrhnúť nový.

Puzdro je vyrobené z laserom rezaného MDF. Vzhľadom na živý záves je tento dizajn možné vykonať iba na laserovom rezači: malé štrbiny v MDF ho umožňujú ohýbať. Kúsky je možné zlepiť ako puzzle, stačí použiť dostatok svoriek. Pridajte horúcu platňu a zaistite ju na mieste (baňa je zaistená skrutkami v spodnej časti).

Je potrebné vyvŕtať niekoľko ďalších otvorov: jeden pre napájací kábel, jeden pre tlačidlo a dva pre displej LCD. Takýmto spôsobom môžete prispôsobiť ľubovoľné tlačidlo, LCD alebo …, ktoré položíte. LCD displej je potom možné priskrutkovať na miesto spolu s tlačidlom.

Termočlánok by mal byť pevne pritlačený k horúcej platni. Vyvŕtajte otvor a prevlečte ním termočlánok. Ďalej by mal byť pritlačený k MDF. Použil som malý plechový pásik, ale môžete použiť aj pásku alebo pútko na zips (vyvŕtajte 2 otvory vedľa otvoru v termočlánku a prevlečte ich).

Niečo, na čo by ste mali pamätať: Možno vás zaujíma, či je použitie MDF v kombinácii s varnou doskou na 250 ° C dobrý nápad. Vo všeobecnosti to tak nie je, ale urobil som prípad tak, aby to nehrozilo.

Časti MDF sa dotýkajú iba chodidiel varnej platne, ktoré sú výrazne chladnejšie (max. 60 ° C) ako horná časť platne. Všade inde sú MDF a varná doska oddelené malou vzduchovou medzerou. Pretože vzduch je veľmi dobrý izolátor, MDF sa vôbec nezahrieva, nieto ešte horieť. Okrem toho je teplota iba niekoľko minút vysoká, takže nohy nikdy nemôžu dosiahnuť rovnakú teplotu ako vrchol (rovnovážny stav sa nikdy nedosiahne).

Pridal som súbor Fusion 360, aby ste si ho mohli prispôsobiť svojim potrebám. Pri ladení dizajnu vlastnej varnej platne majte na pamäti vyššie uvedené varovanie.

Krok 3: Elektronika

Elektronická časť tohto projektu je celkom priamočiara, stačí nám spojiť niektoré moduly dohromady. Arduino získava teplotu z termočlánku, ktorého signál je zosilnený MAX6675. Potom zobrazí teplotu na LCD displeji a v prípade potreby prepne polovodičové relé (SSR). Všetko je znázornené na diagrame.

Nízke napätie

Pretože neberú veľa energie, môžeme všetko jednoducho pripojiť k pinom Arduino a nakonfigurovať požadované piny pre napájanie a uzemnenie.

Vzhľadom na určité priestorové obmedzenia to nedopadlo tak úhľadne, ako som dúfal. Všetko som namontoval na malý kúsok perfboardu, spájkovaný na zadnú stranu LCD obrazovky. MAX6675 bol prilepený k zadnej časti obojstrannou páskou.

Arduino je napájané cez mini USB port, takže ho pripojíme pomocou USB kábla k napájaciemu kocku. V tomto bode je dobré systém otestovať, než budete pokračovať.

Vysoké napätie

Teraz môžeme pripojiť samotnú varnú zónu. Pretože ide o sieťové vedenie, mali by sme byť veľmi opatrní: pri práci na ňom skontrolujte, či je všetko odpojené!

V prvom rade by sme mali varnú platňu uzemniť, aby sme zabránili úrazu elektrickým prúdom, ak sa niečo pokazí. Odizolujte napájací kábel a pevne priskrutkujte žltý/zelený uzemňovací vodič k puzdru.

Ďalej pomocou SSR spojíme dva terminály platničky s elektrickou energiou. Pripojte živý vodič (farebný kód závisí od vašej krajiny) k jednej strane SSR. Druhú stranu SSR pripojte k platničke krátkym vodičom (rovnaký priemer/priemer ako napájací kábel). Druhý koniec varnej platne smeruje k nulovému vodiču. Aby to bolo jasné, pridal som obrázok zapojenia pred montážou varnej platne do puzdra.

Pripojenie napájacieho adaptéra je jednoduchšie: živý vodič prechádza na jeden terminál a neutrál na druhý. Napriek tomu, že žijem v Európe, použil som na to americký napájací adaptér: otvory v hrotoch sú veľmi vhodné na pripojenie koncoviek rýľa.

Tým sa zabalí elektronika a teraz sa v nej dá oživiť kódom.

Krok 4: Programovanie

Kód je to, čo robí z nemého woku varnú platňu. Umožňuje nám presne ovládať teplotu a pridávať vlastné profily pretavenia.

Reflow profily

Spätné spájkovanie bohužiaľ nie je také jednoduché ako zapnutie ohrievača, čakanie a jeho opätovné vypnutie. Teplota musí sledovať konkrétny profil, takzvaný profil pretavenia. Dobré vysvetlenie nájdete tu, alebo na iných miestach interwebov.

Kód umožňuje uložiť viacero profilov na uspokojenie rôznych potrieb (hlavne olovnatú alebo bezolovnatú spájku). Medzi nimi sa prepína jednoduchým stlačením tlačidla. Sú pridané do profilov Times_profile a Temps_profile, čo sú oba 4 stĺpcové vektory. Prvý stĺpec je pre fázu predhrievania, druhý pre fázu namáčania, potom rampu a nakoniec fázu pretavenia.

Ovládanie varnej zóny

Riadenie horúcej platne tak, aby sledovala túto trajektóriu, nie je jednoduché. Veda, ktorá za tým stojí, sa nazýva teória riadenia. Tu je možné ísť veľmi do hĺbky a navrhnúť perfektný ovládač, ale ponecháme ho čo najjednoduchší a zároveň zaistíme dobrý výsledok. Vstupom do nášho systému je SSR, ktorý ho zapína alebo vypína, a výstupom je teplota, ktorú môžeme merať. Zapnutím alebo vypnutím SSR na základe tejto teploty prinášame spätnú väzbu, a to nám umožňuje ovládať teplotu. Vysvetlím tento proces čo najintuitívnejšie a vysvetlím, ako môžete charakterizovať svoju konkrétnu horúcu platňu tak, aby fungovala s kódom, ktorý som vytvoril.

Všetci vieme, že pri zapnutí ohrievača sa okamžite nezahreje. Medzi jeho zapnutím (akcia) a zahriatím (reakcia) existuje určité oneskorenie. Keď teda chceme dosiahnuť teplotu 250 ° C, mali by sme varnú dosku vypnúť nejaký čas pred tým. Toto oneskorenie je možné merať zapnutím varnej platne a meraním času medzi zapnutím a zmenou teploty. Predpokladajme, že oneskorenie je 20 sekúnd. Vyplňte to pre premennú „timeDelay“.

Ďalší pohľad na vec by bol nasledujúci: ak vypneme ohrievač pri 250 ° C, dosiahne vyššiu hodnotu - povedzme 270 ° C - a potom sa začne trochu ochladzovať. Rozdiel v teplote je prekročenie - v našom prípade 20 ° C. Vyplňte to pre premennú „overShoot“.

Na záver: dosiahnutie 250 ° C vyžaduje, aby sme varnú dosku vypli na 230 ° C a počkali ďalších 20 sekúnd, kým varná doska dosiahne túto teplotu prekročenia.

Keď teplota klesne, varná platňa by sa mala znova zapnúť. Čakanie na pokles o 20 ° C by nedalo pekný výsledok, preto sa používa iný prah. Toto sa nazýva ovládanie s hysteréziou (rôzne hodnoty na zapnutie a vypnutie). Na udržanie teploty sa používajú malé dávky maximálne 10 sekúnd.

Merania

Na overenie ovládača som údaje zapísal do súboru programu Excel pomocou Putty (sériový terminál pre počítač s niektorými úžasnými funkciami). Ako vidíte, vyrobený profil pretavenia je viac než dosť dobrý. Nie je to zlé pre lacný elektrický wok!

Krok 5: Testujte a užívajte si

Skončili sme! Urobili sme zo starého woku varnú platňu!

Zapojte varnú platňu, vyberte profil pretavenia a nechajte stroj pracovať. Po niekoľkých minútach sa spájka začne topiť a spájkovať všetky súčasti na svojom mieste. Uistite sa, že necháte všetko vychladnúť, než sa ho dotknete. Alternatívne môže byť tiež použitý ako predhrievač, čo je praktické pre dosky s veľkými zemnými rovinami.

Dúfam, že sa vám projekt páčil a našli ste inšpiráciu na výrobu niečoho podobného! Neváhajte sa pozrieť na moje ďalšie pokyny: