Horká deska pájení Reflow: 5 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:23

Pájení drobných součástek SMD může být docela náročné, ale tento proces lze také automatizovat. To lze provést nanesením pájecí pasty a pečením, a to buď v (reflow) troubě, nebo na horké plotně (jako varná deska ve vaší kuchyni). Na webu jsem viděl mnoho kutilských přetavovacích pecí; podle mě mají jednu velkou nevýhodu: zabírají hodně místa. Rozhodl jsem se proto místo toho postavit plotýnku.

Varná deska je plně programovatelná, takže lze přidat jakýkoli profil přetavení. Proces přetavení je pak plně automatizovaný. Pojďme stavět!

Krok 1: Díly a nástroje

Díly

• Varná deska, já jsem dostal svůj ze starého woku
• Polovodičové relé (SSR)
• Napájecí kabel
• USB napájecí zástrčka (americká zástrčka)
• LCD
• Prototypovací deska
• Arduino nano
• Ženské záhlaví
• Termočlánek typu K + zesilovač MAX 6675
• Stiskněte tlačítko
• Kabel USB na mini USB

Nástroje

• Svorky
• Lepidlo na drevo
• Lasercutter
• Vrtat
• Páječka

Krok 2: Případ

V tomto případě máme dvě možnosti, v závislosti na vaší varné zóně. První možností je upravit stávající kryt, což je životaschopné, pokud je dostatečně velký na umístění SSR, LCD atd. V mém případě však nebylo dost místa, takže jsem musel navrhnout nový.

Pouzdro je vyrobeno z MDF laserového řezání. Díky živému závěsu lze tento design provést pouze na laserovém řezači: malé štěrbiny v MDF umožňují ohýbání. Dílky lze slepit dohromady jako puzzle, stačí použít dostatek svorek. Přidejte varnou desku a zajistěte ji na místě (moje je zajištěna šrouby ve spodní části).

Je třeba vyvrtat několik dalších otvorů: jeden pro napájecí kabel, jeden pro tlačítko a dva pro LCD. Tímto způsobem lze libovolné tlačítko, LCD, …, které položíte, přizpůsobit. LCD lze poté přišroubovat na místo společně s tlačítkem.

Termočlánek by měl být pevně přitlačen k horké desce. Vyvrtejte otvor a protáhněte termočlánek. Dále by měl být přitlačen k MDF. Použil jsem malý plechový proužek, ale můžete také použít pásku nebo pásek na zip (vyvrtejte 2 otvory vedle otvoru pro termočlánek a zavěste pásek na zip).

Je třeba si uvědomit: možná si říkáte, jestli je použití MDF v kombinaci s varnou deskou na 250 ° C dobrý nápad. Obecně tomu tak není, ale udělal jsem případ tak, aby to nehrozilo.

Části MDF se dotýkají pouze nožiček plotýnky, které jsou výrazně chladnější (max. 60 ° C) než horní část plotny. Všude jinde jsou MDF a plotýnka odděleny malou vzduchovou mezerou. Vzhledem k tomu, že vzduch je velmi dobrý izolant, MDF se vůbec nezahřívá, natož aby se zapálil. Kromě toho je teplota jen několik minut vysoká, takže nohy nikdy nemohou dosáhnout stejné teploty jako horní část (ustáleného stavu není nikdy dosaženo).

Přidal jsem soubor Fusion 360, abyste jej mohli upravit podle svých potřeb. Při ladění designu pro vlastní varnou zónu mějte na paměti výše uvedené varování.

Krok 3: Elektronika

Elektronická část tohoto projektu je celkem přímočará, stačí nám propojit jen některé moduly dohromady. Arduino získává teplotu z termočlánku, jehož signál je zesilován MAX6675. Poté zobrazí teplotu na LCD a v případě potřeby přepne Solid State Relay (SSR). Vše je znázorněno na schématu.

Nízké napětí

Protože nečerpají mnoho energie, můžeme vše jednoduše připojit k pinům Arduino a nakonfigurovat požadované piny pro napájení a uzemnění.

Kvůli určitým prostorovým omezením to nedopadlo tak úhledně, jak jsem doufal. Všechno jsem namontoval na malý kousek perfboardu, připájený k zadní části obrazovky LCD. MAX6675 byl na zadní straně přelepen oboustrannou páskou.

Arduino je napájeno přes mini USB port, takže jej připojíme pomocí kabelu USB k napájecí cihle. V tomto bodě je dobré systém otestovat, než budete pokračovat dále.

Vysokého napětí

Nyní můžeme připojit samotnou varnou zónu. Protože se jedná o síťové vedení, měli bychom být velmi opatrní: při práci na něm zkontrolujte, zda je vše odpojeno!

Nejprve bychom měli uzemnit plotýnku, abychom zabránili úrazu elektrickým proudem, pokud se něco pokazí. Odizolujte napájecí kabel a pevně přišroubujte žlutozelený uzemňovací vodič k plášti.

Dále připojíme dva terminály plotýnky k síti pomocí SSR. Připojte živý vodič (barevný kód závisí na vaší zemi) k jedné straně SSR. Připojte druhou stranu SSR k plotýnce krátkým vodičem (stejný průřez/průměr jako napájecí kabel). Druhý konec plotýnky jde k neutrálnímu vodiči. Aby to bylo jasné, přidal jsem obrázek zapojení před montáží plotýnky do pouzdra.

Zapojení napájecího adaptéru je snazší: živý vodič jde na jeden terminál a neutrál na druhý. Přestože žiji v Evropě, použil jsem k tomu americký napájecí adaptér: otvory v hrotech jsou velmi vhodné k připojení koncovek rýče.

Tím se zabalí elektronika a nyní se do ní vdechne kód.

Krok 4: Programování

Kód je to, co dělá z hloupého woku reflow hotplate. Umožňuje nám přesně řídit teplotu a přidávat vlastní profily přetavení.

Přetavit profily

Pájení přetavením bohužel není tak jednoduché jako zapnutí ohřívače, čekání a opětovné vypnutí. Teplota musí sledovat konkrétní profil, takzvaný profil přetavení. Dobré vysvětlení najdete zde, nebo na jiných místech na interwebech.

Kód umožňuje uložit více profilů pro uspokojení různých potřeb (hlavně olovnaté nebo bezolovnaté pájky). Mezi nimi se přepíná jednoduchým stisknutím tlačítka. Jsou přidány do Times_profile a Temps_profile, což jsou oba 4 sloupcové vektory. První sloupec je pro předehřívací fázi, druhý pro fázi namáčení, poté rampu a nakonec fázi přetavení.

Ovládání plotýnky

Řízení horké plotny tak, aby sledovalo tuto trajektorii, není jednoduché. Věda, která za tím stojí, se nazývá teorie řízení. Zde je možné jít velmi do hloubky a navrhnout perfektní ovladač, ale budeme jej udržovat co nejjednodušší a přitom zajistit dobrý výsledek. Vstupem do našeho systému je SSR, který jej zapíná nebo vypíná, a výstupem je teplota, kterou můžeme měřit. Zapnutím nebo vypnutím SSR na základě této teploty zavedeme zpětnou vazbu, a to nám umožňuje řídit teplotu. Vysvětlím tento proces co nejintuitivněji a vysvětlím, jak můžete charakterizovat vaši konkrétní varnou desku pro práci s kódem, který jsem vytvořil.

Všichni víme, že při zapnutí topení se okamžitě nezahřeje. Mezi zapnutím (akce) a zahřátím (reakce) je zpoždění. Když tedy chceme dosáhnout teploty 250 ° C, měli bychom plotýnku vypnout ještě nějaký čas před tím. Toto zpoždění lze měřit zapnutím plotýnky a měřením času mezi zapnutím a změnou teploty. Předpokládejme, že zpoždění je 20 sekund. Vyplňte to pro proměnnou „timeDelay“.

Další způsob, jak se na to dívat, by byl následující: pokud vypneme ohřívač při 250 ° C, dosáhne vyšší hodnoty - řekněme 270 C - a pak se začne trochu ochlazovat. Rozdíl teplot je překročení - v našem případě 20 ° C. Vyplňte to pro proměnnou „overShoot“.

Na závěr: dosažení 250 ° C vyžaduje, abychom plotýnku vypnuli při 230 ° C a dalších 20 sekund počkali, než plotýnka dosáhne této teploty překročení.

Když teplota klesne, varná deska by se měla znovu zapnout. Čekání na pokles o 20 ° C by nepřineslo pěkný výsledek, proto se používá jiný práh. Tomu se říká ovládání s hysterezí (různé hodnoty pro zapnutí a vypnutí). K udržení teploty se používají malé dávky maximálně 10 sekund.

Měření

Abych ověřil ovladač, zaznamenal jsem data do excelového souboru přes Putty (sériový terminál pro PC s některými úžasnými funkcemi). Jak vidíte, vytvořený profil přetavení je více než dost dobrý. Není to špatné pro levný elektrický wok!

Krok 5: Testujte a užívejte si

Máme hotovo! Proměnili jsme starý wok v reflow hotplate!

Zapojte varnou zónu, vyberte profil přetavení a nechte stroj pracovat. Po několika minutách se pájka začne tát a spojí všechny součásti na místo. Než se ho dotknete, nezapomeňte nechat vše vychladnout. Alternativně může být také použit jako předehřívač, což je užitečné pro desky s velkými zemními rovinami.

Doufám, že se vám projekt líbil a našli jste inspiraci k vytvoření něčeho podobného! Neváhejte se podívat na mé další instruktážní materiály: