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1、工程描述

這是可以用來燒水做飯的、體積小巧的、低成本的、溫度可調(diào)的——迷你錫爐！采用tpye-c或12V-DC電源供電。







錫爐的結(jié)構(gòu)由兩塊主板+一塊固定板組成，很簡單，參考下方圖片組裝即可。

下面主要說明：組裝過程中的細節(jié)和容易犯錯的地方。


銅堵頭
銅堵頭要買底面是平的，我沒注意買了底面有突出印字的，只能手動打磨。






熱電偶的焊接
熱電偶的兩個引腳，特別是正極引腳很難被焊錫浸潤（俗稱不掛錫），使用常規(guī)方法焊接很容易脫落。

可以像我這樣在線頭處打個環(huán)，然后將這個環(huán)埋入焊錫中，焊錫冷卻后的形狀就會將它固定住。

使用螺絲柱等進行固定也可以，不過目前來說打個環(huán)應該是最簡便的方法。



主辦元器件安裝示例

主板上預留了 RV09 和 RK097 這兩種電位器的焊盤，兩種電位器的安裝效果如下。

  

加熱片和熱電偶的線隨便從電路板上找個合適孔穿過來。

  

圖片主板預留3個固定頭堵頭的螺絲孔，最大化合理利用主板的每一寸空間。




裁剪隔熱棉
裁剪出合適大小的隔熱棉，厚度大約5mm，隔熱棉上面放陶瓷加熱片和K型熱電偶，熱電偶不要緊貼加熱片，稍稍隔開1毫米，否則測量溫度偏高。




安裝銅堵頭
熱電偶上涂抹適量硅脂，放上銅堵頭，銅堵頭用墊片固定，墊片用銅柱固定，銅柱高度為10mm。

  

買內(nèi)徑20mm，外徑30mm的墊片，不用做任何處理，直接安裝就行。如果買了內(nèi)徑20mm，外徑37mm的墊片。需要手動打磨3個螺絲孔對應的凹槽，材質(zhì)選擇鐵鍍鋅之類的，千萬不要選不銹鋼，不銹鋼價格貴硬度高打磨困難。




安裝固定板
固定板的孔專門設計得比銅堵頭大，邊上需要墊2到3mm厚的隔熱棉。最終成品如下：


圖中的面板因為失誤導致圓弧變成折線，現(xiàn)已修正。

3、電路設計圖

  

  

  

 PCB圖

面板設計

  

做5個錫爐，單個成本在50元以內(nèi)；大批量制作錫爐，單個成本能控制在30元左右。

電子元件類清單

  

請注意！【陶瓷加熱片的電阻】要根據(jù)實際情況選擇：

假設：采用12V2A的電源供電，為了保證不超過電源的峰值功率，加熱片的電阻應當選擇7歐姆，功率不到21W。

這個加熱片用在20V3A的電源上功率約57W，沒有超過65W充電器輸出上限。

如果用10歐姆的加熱片，那么只建議用在20V3A的電源上，如果用在12V2A的電源上功率不到15W，即使加了保溫棉也需要加熱很長時間才能熔化，加熱效率太低。

 五金類清單

錫爐的工作原理和熱風槍、調(diào)溫電烙鐵類似：通過比較實際溫度和設定溫度的高低來控制加熱。測溫元件為K型熱電偶，測量熱電偶兩端的電壓就可以反查到溫度。

TL431為可調(diào)精密穩(wěn)壓源，用于提供2.5伏參考電壓。

第一路運放由若干外圍電路構(gòu)成一個電壓比較器和同相施密特觸發(fā)器二合一的電路。

電壓比較器部分正向輸入端經(jīng)外圍電路接到熱電偶正極上，反相輸入端接到電位器R21上，當測量溫度高于設定溫度時輸出高電平，反之輸出低電平。

溫度設置電路由2.5伏電壓源和R15到R21這幾個電阻構(gòu)成。使用“串并聯(lián)電阻分壓計算公式”可以算出各個電阻上的電壓，這里需要選擇合適的電阻讓R21中間引腳的電壓保持在合理的范圍內(nèi)。

例如期望設定溫度范圍是150度到400度，查閱《K型熱電偶數(shù)據(jù)手冊》找到對應的電壓值，也就是R21中間引腳的電壓的調(diào)節(jié)范圍是6.14到16.4毫伏。

假設我們先定好R19為220歐姆，則：

R15+(R17并聯(lián)R21)+R19=2.5/0.00614*220

=89577歐姆左右

(R17并聯(lián)R21)=89576/(2.5/0.0164)-220

=368歐姆左右。

R15=89576-220-368=88988歐姆。

理論上選擇91K和390（390并聯(lián)10K約等于375）的電阻最合適。

不過我手頭暫時沒有，所以原理圖中近似選取了100K和470（470并聯(lián)10K約等于449）這兩個常見阻值的電阻。

由于固定阻值的電阻通常不是我們所計算得到的精確值，這里預留了R16、R18、R20這三個微調(diào)電阻，不在乎精度的可以省略微調(diào)電阻。

為避免在目標溫度附近反復震蕩加熱，R13、R14構(gòu)成施密特觸發(fā)器，它是一種雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，具有遲滯比較的功能，可作為整型濾波電路使用，提高穩(wěn)定性與抗干擾能力。

這里采用同相施密特觸發(fā)器，20V供電時，閾值約0.94毫伏，相當于溫度波動范圍是24度。

也就是說，當輸入電壓高于設定電壓加0.94毫伏輸出高電平，低于設定電壓減0.94毫伏輸出低電平，處于設定電壓加減0.94毫伏之間時，輸出狀態(tài)保持不變。

但以上電路和期望的控制邏輯正好相反，所以第二路運放采用電壓比較器的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)功能。

正向輸入端接2.5V參考電壓源，反向輸入端接第一路運放的輸出，經(jīng)過反相的信號即可驅(qū)動NMOS管進行加熱控制。

以上就是錫爐工作原理的簡單講解，想要深入學習運放知識可以查閱《基于運算放大器和模擬集成電路的電路設計》等模電書籍。

更多詳情及附件，可從原工程查看。

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