请教一下关于高频烙铁的问题

小鬼头

MRF245 发表于 2024-3-27 09:17
用过假快克高频焊台，感觉加热速度并不快，我当时觉得应该比936之类快很多，其实不然。没搞清这种高频焊台 ...

MX500的工作频率是13Mhz多，不是Metcal/奥科的低档型号。

低档型号的工作频率只有数百kHz，比如sp200。

scu319hy

小鬼头 发表于 2024-3-27 12:46
MX500的工作频率是13Mhz多，不是Metcal/奥科的低档型号。

低档型号的工作频率只有数百kHz，比如sp200 ...

我搞的这个现在只有50KHz，那真是比低档还低档了  
不过能10秒以内化锡，感觉也挺快了

MRF245

这种带有温度检测的烙铁都有温度过冲和大焊点温度波动问题，把算法做好一点，加热功率搞大一点可能会有帮助。

现在我用的奥科13.56MHZ高频烙铁（MX500）的温度检测原理比较特别，他通过检测主机提供给烙铁头的射频信号驻波来判断烙铁是否加热到指定温度。射频功率给烙铁金属芯提供加热能量产生涡流加热，主机一边检测射频功率驻波，当烙铁温度达到设定温度时（设定温度由烙铁头金属材料特征决定，MX500这个系列有3款主流温度值可以选，我刚剁手了2根烙铁头），加热部分金属特性突然改变（具体是导磁特性还是啥忘了，请高手解析），主机会检测到驻波变化，从而控制降低或切断高频功率。

还有他的休眠烙铁架，其实就是一个环形磁铁，把烙铁头放在环形磁铁中间，烙铁温度就自动下来了（大约200度）

scu319hy

MRF245 发表于 2024-3-27 13:48
这种带有温度检测的烙铁都有温度过冲和大焊点温度波动问题，把算法做好一点，加热功率搞大一点可能会有帮助 ...

温度检测如果不滞后就不会有过冲问题，通过检测烙铁头在不同温度也的频率特性是个比较好的办法，能实时反应烙铁发热部分的温度。
我在测试的时候也观察到了这个现象，随着温度升高，频率在升高，电流在下降。
不同材料的变化可能会有不同，不太确定怎么通过这些指标来估算当前的温度...
也不清楚这个变化是否稳定，如果比较稳定，可以做个自校准逻辑，自动建立温度和频率/电流的关系。
以后就可以根据这个关系来控制加热。把过冲限制在一个合理的范围。
不过我现在的低成本方案，加上显示部分后，MCU已经不太够用了

难道这是那些高端产品选用很高的工作频率的原因？
但如果是要达到金属的居里温度，那烙铁头只有用特制的材料了

又想了一下，如果真达到居里温度，那是不是就不用控制加热了？
因为这时，烙铁头的磁感应强度会下降很多。这不就意味着涡流也会变小很多？
烙铁头自己就把温度给控制住了....

小鬼头

scu319hy 发表于 2024-3-27 14:15
温度检测如果不滞后就不会有过冲问题，通过检测烙铁头在不同温度也的频率特性是个比较好的办法，能实时 ...

我印象中，楼主是软件高手。因此，可以考虑用软件的手段来挖掘潜力：

1、整个烙铁的温度控制是一个闭环负反馈系统。

在自动控制领域，可以使用PID的方法来让他优化。站在电路角度，就是要设法让这个系统的闭环频响最宽、同时要控制好这个闭环系统的相位裕量，让他有合适的方波响应过冲。

自动控制方面我不熟悉，我只从电路角度来说说可以采取的措施。

2、烙铁的物理特性决定了他的极点位置分布（即是加热的延时滞后特性、自动控制pid的积分i）。因此，可以做文章的地方是：一是制造合适的零点（pid的微分d），来给电路的部分极点予以抵偿。二是控制好开环增益量（pid的比例调节Kp）。

3、要产生零点，可以用软件的高通滤波器（HPF）来得到。这个高通滤波器的特性频率决定了零点的位置。

4、烙铁的加热功率大小，决定了这个系统的开环增益量。

5、通过反复调节HPF的频率、加热功率，理论上可获得最优的烙铁温度自动控制效果。

scu319hy

小鬼头 发表于 2024-3-27 16:00
我印象中，楼主是软件高手。因此，可以考虑用软件的手段来挖掘潜力：

1、整个烙铁的温度控制是一个闭 ...

感谢建议，我还得再琢磨琢磨。烙铁虽然简单，但其中的问题还着实不少。

小鬼头

scu319hy 发表于 2024-3-27 14:15
温度检测如果不滞后就不会有过冲问题，通过检测烙铁头在不同温度也的频率特性是个比较好的办法，能实时 ...

我以前看过资料，Metal焊台的出色回温性能，是通过他特有的烙铁头的居里效应来获得的——其烙铁头的温度不是依靠闭环负反馈系统来控制。

scu319hy

小鬼头 发表于 2024-3-27 17:04
我以前看过资料，Metal焊台的出色回温性能，是通过他特有的烙铁头的居里效应来获得的——其烙铁头的温度 ...

如果是这样的话，那烙铁头自身在某种程度上就是个闭环系统了

按理说这种烙铁仿制起来应该更容易，为啥没有看到山寨产品呢？

刚才查了一下，镍的居里温度是358度，应该是比较适合焊接的温度。
不知道弄个镍包铜的烙铁头是不是就能达到效果了？

scu319hy

修改了点线路设计和布局，薅了个黑金的板子

弄了个简陋的控制面板，写控制界面花了2个小时，测试各种问题花了12个小时


新绕了个输出电感，最大输出功率可以达到120W，比之前提升了10%。
但烙铁温度上来以后，最多只有90W的输出功率。
新买的烙铁发热芯比以前买的发热芯电阻大一倍，电感量变大了一点。
老发热芯最大输出功率可以达到120W，新发热芯最大输出功率只有105W。

反复调整了很久，在保证升温速度的情况下，过冲/掉温度几乎没法避免。
因为焊接不同大小的焊点时负载变化很大，受测温延迟的影响，响应很不及时。
如果把升温速度调到很低，在很低负载时倒是可以把温度控制在正负1~2度以内。

但我之前买的高频焊台显示的温度就非常稳定，升温挺快，但不过冲，也几乎不掉温度。
我用热电偶测量它的烙铁头的温度，其实也是有变化。它的显示数据是做假了么？

小鬼头

我简单测过，白光942焊台（t12烙铁头）的加热功率约75W，Metcal的ps2v高频焊台则是90W。

你这个120W/90W功率已经不错了。就是不知道你这个焊台的反应速度会如何，我也不知道该如何去测我手头焊台的反应速度

jforu

闭环, 加热有一定要用PID. 温度传感有一定的滞后性. 而且高频大电流下,小信号的热电偶测量也要处理好.

感觉高频就是居里温度点恒温最有优势.
居里温度点恒温这个最简洁, 到了温度, 高频加热就不起作用了. 恒温比较准,  

scu319hy

小鬼头 发表于 2024-4-1 15:43
我简单测过，白光942焊台（t12烙铁头）的加热功率约75W，Metcal的ps2v高频焊台则是90W。

你这个120W/90W ...

手头没有功率计，现在的的功率是我自己采样计算的
和万用表对比测试过，电流基本一致，估计误差不会超过5%
前面说的功率都是以我统计出的功率

老的发热芯在冷却状态下启动功率有120W，到停止加热时功率下降到70~80W
新的发热芯在冷却状态下启动功率在100~110W之间。到停止加热时下降到70W以下
启动时过冲一般小于30度。但温度滞后很严重，加热2~3秒后才开始升温，加热停止3~5秒以后，温度才上升到目标温度

根据参数设置不同，焊接时掉温的程度也不同。空载的温度波动在±5度之间。小焊点基本上不会超过±10度
默认参数下，融化大块焊锡时温度会在-20度到+10度之间变化。但如果在此时突然失去负载，有可能过冲+30度
用激进一点的参数，可以把大焊点的温度变化减少到±10度，但失去负载时会过冲到+50度
在使用过程中，回温时的平均功率一般不超过50W

同样的参数下，不同的手柄表现也不同，需要针对调整。
也不知道我以前那个焊台是怎么做到换手柄不改参数的？

回头我拍个视频再请你指点一下

scu319hy

jforu 发表于 2024-4-1 16:05
闭环, 加热有一定要用PID. 温度传感有一定的滞后性. 而且高频大电流下,小信号的热电偶测量也要处理好.

...

嗯，有PID，不过温度滞后太多。在需要急速加热的场景下，怎么调整效果都不理想。
电热偶的测量效果还可以，放大101倍后，加热与非加热状态的测量噪声变化小于50mV。
在做均值后，对温度计算的影响几乎看不太出来。
只是自动回零似乎有点问题，在中断和显示耗时比较多时，偶尔会零点跑飞，导致计算出的问题温度一下变高100多度
一时半会儿没找到原因，只好先把这种情况过滤掉了

scu319hy

小鬼头 发表于 2024-4-1 15:43
我简单测过，白光942焊台（t12烙铁头）的加热功率约75W，Metcal的ps2v高频焊台则是90W。

你这个120W/90W ...

录了个测试视频，接了个大功率12V电源，启动功率达到了130W，感觉已经算是能用了


如果把稳定系数调高，过冲和掉温度的问题可以得到明显改善，但升温速度会受影响，启动时可能不能一步到位。
视频里这个参数设置的比较低。启动时加热持续了7~8秒，其实已经过冲了，但温度传递需要时间。

小鬼头

scu319hy 发表于 2024-4-2 01:21
录了个测试视频，接了个大功率12V电源，启动功率达到了130W，感觉已经算是能用了

看了你的视频，我想说几句：

1、我对温度控制方面也不是很了解。你可以去看看自动控制领域的有关pid温控的资料。

2、按照我的理解，你这个烙铁，他本身的物理特性（温度传递速度，包括发热器件传到烙铁头焊接处的速度、包括烙铁头温度传递到检测温度器件的速度）对回温性能起决定性的作用。

3、使用pid技术来优化，也只是做到能最大限度地挖掘潜力，但不能超过第二点所说的物理限制。

4、视频中看到你的烙铁头，跟936焊台差不多，比T12的物理传递温度的速度还是有比较大的距离（你看看t12烙铁的解剖图你就会明白）。

5、你现在做出来的效果，应该算是很不错的了。