请教一下关于高频烙铁的问题

scu319hy

小鬼头 发表于 2024-4-3 17:34
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 ...

感谢回复，这是线圈和烙铁头


按理说是烙铁头本身在发热，热传递速度应该比T12还要快才对
我怀疑是因为中间的铠装电热偶导致温度测量速度有延迟
电热偶在不锈钢管里，和管头有1~2毫米的距离，并没有直接接触烙铁头

这几天继续优化算法，比之前视频有所改进。
在不降低加热速度的情况下已经可以做到启动过冲小于20度
稳定后，空载温度波动-2~0度，烙铁尖温度变化小于1度
融化大块焊锡掉温10度左右，3到5秒后会回温到-3~+1度之间，负载消失后过冲小于5度。

另外，经过这几天重新验证硬开关的高频烙铁驱动模式，我似乎有点理解为什么要用那么高频率的原因了。等我再研究研究，再来向你请教。
不过MOS驱动的速度要想达到1MHz以上还是怪费劲的
我这两天优化了下自己搭的驱动，目前带大功率MOS管大概开启/关闭延迟<10ns，上升/下降50ns。
似乎很多成品MOS驱动的速度还没我这个快。就是带载跑到2MHz时驱动管发热会比较严重。

scu319hy

又优化了一下线路，启动输出功率达到了150W。5~6秒就可以化锡了，但测温延迟大的问题还没有解决

scu319hy

研究了一下测温延迟的问题，最后发现是电热偶本身的问题。
就算是特制的电热偶，测量结果也存在1~2秒以上的延迟。
电烙铁本身的测量有3~5秒延迟已经是响应很快的结果了。
这下真是没招了

fujiachun

楼主用两只MOS做桥驱动？频率越高效率越高，也就是发热更快。温度过冲取决于算法，一般用PID调整其中的参数可以减少或消除过冲，检测滞后是可以在算法中弥补。增加积分比例，加热快但过冲大，增加微分比例加热满过冲小。一般要求可以变比例，比如在低于设定50度使用大的积分比例，然后逐渐加大微分比例。要求再高就是自适应了，可以根据温度梯度判断传感器延迟，在PID稳定后基本温度是一条直线，不过烙铁热负载变化大，这个挺难的。

scu319hy

fujiachun 发表于 2024-4-9 05:00
楼主用两只MOS做桥驱动？频率越高效率越高，也就是发热更快。温度过冲取决于算法，一般用PID调整其中的参数 ...

我用的不是桥式驱动，而是网上最常见的双管ZVS电路，我稍微优化了下，减少了些许MOS管上的损耗。
不过这个电路的频率跑不上去，频率高了容易不起振，输出负载能力也会变差。
而我测试了从15KHz到200KHz，似乎都可以正常加热，频率越低，电路输出能力也越强。管子发热也越小。
所以，我现在选择的工作频率是55Khz。目前的版本最大输出功率可以达到150W以上，大概5秒就能化锡。
(后面我打算再弄个全桥的版本，只用加一个MOS和全桥驱动，其它电路都可以简化很多，还能少用一个电感)

之前在测试电路输出能力时，不小心踩了几个坑，把最大输出功率搞到了估计有200W以上，烧了若干管子...
后来才发现，我的电流检测上限是13A，我说为啥输出功率一直卡在156W呢(之前已经卡过一次78W)
按300度时输出功率减30%来算，启动时的功率至少在200W以上。
然后在停止加热的瞬间，产生了很高的反压，把MOS管那一堆电路都烧掉了。
因为之前在振荡电路的电源上有个大电容，不会瞬间停振，一直没这个问题。改版时手滑把这个电容去掉了

关于温度控制，目前比较困扰我的是积分响应的问题，尤其是在初始化过程中。
从0开始建立积分，在几秒的时间根本不足以让积分值稳定，如果调大微分消除过冲，就会出现温度回落的问题。
如果把积分比例调高，因为测温的延迟太高，又会出现严重的振荡。这种振荡用微分根本无法消除，只有反效果。
负载稳定时效果很好，温度变化在±0.5度以内。但负载变化大时，温度会振荡一下，过冲约10度(积分响应延迟导致的)。

我用万用表的温度档并到电热偶上同步测量温度，结果万用表显示的结果与我计算的结果完全一样。看样子这个延迟是没法消除了。

另外，现在在开关振荡电路时，由于电流很大，板子会有嗒嗒声，听着很烦躁。有什么好办法可以解决么？

fujiachun

温度刚开始时控制肯定不稳定的，需要稳定的时间，进入稳定区间就可以很好了。建议类似应用把单片机的串口留出来，发送数据给PC可以画出温度曲线调试的时候比较直观。振荡的声音来源于哪里？看看是不是电感叫？如果是电感叫就打胶封住。

scu319hy

fujiachun 发表于 2024-4-9 15:00
温度刚开始时控制肯定不稳定的，需要稳定的时间，进入稳定区间就可以很好了。建议类似应用把单片机的串口留 ...

其实所有参数都是明确的，如果能直接用上一次的稳定参数启动，应该可以直接获得比较理想的结果。
但积分的值会随着其它参数变化，固定写死不太合适。每次保存又怕把flash写废掉。
搞个公式拟合一下，又不知道要折腾多久....
单片机除了SWD就没有多的IO口了。原本打算做个输出数据采集+数据图表+分析功能的，但这个要花比较长的时间来改造我的编辑器，留着以后慢慢弄。
我现在在LCD上画了个简单的温度曲线，大体效果可以看一下，各种参数也能直接设置，也还能将就调试。
现在RAM和FLASH也都差不多满了，很难再添加其它功能了
等新板子到了，再弄个GD32E230的版本试试。
不过一个烙铁而已，玩不出太多花样，而且玩儿得太花，我自己脑子怕是会不够用。

现在的声音我可以确定不是电感造成的。感觉像在敲击板子的声音。
我猜测是大电流下正负极线路相互吸引引起的振动。
如果真是这样，除了飞个软导线以外，似乎没什么特别好的办法。

fujiachun

线路板镗锡了吗？

scu319hy

fujiachun 发表于 2024-4-9 19:45
线路板镗锡了吗？

专门给大电流的走线开了窗，上了挺厚的焊锡，还并了1mm的铜线

fujiachun

正负极吸引噪声？布线时大电流线重叠在PCB两面？太巧合啦，还真是第一次听说。先飞线把电感挪开试试啊

scu319hy

fujiachun 发表于 2024-4-9 21:53
正负极吸引噪声？布线时大电流线重叠在PCB两面？太巧合啦，还真是第一次听说。先飞线把电感挪开试试啊

无论怎么布线，正负极都会形成一个环啊，反正不是相互吸引就是相互排斥。
我以前玩点焊机，电流有几千A，每次焊接就看见16平方的铜线在那抖....

fujiachun

电线抖我见过，PCB抖还是第一次知道，受教了。

scu319hy

在捷配上做了第三版优化版本(白色PCB)
相比第二版(黑色沉金PCB)主要改进了MOS驱动电路，添加了缺失的退耦电容。
现在加热控制MOS在快速开关时已经不怎么发热了。
虽然振荡电路仿真出来的效率已经超过了95%，实测的波形也和仿真几乎完全一致，但输出MOS还是会积热，在连续加热时MOS会升温到60~70度。
发热最严重的是谐振电容，稍微有点烫手(忘了测它的温度)。
退耦电容在空载时也会发热，关闭振荡时的高反压几乎完全消除了。
换了个稍大的磁环绕制了新的输出电感，现在最大启动功率达到了170W(第二版是150W)。
按理说达到200W也应该问题不大，但前面烧管烧怕了，给它留了点余地。
把老手柄的热电偶的铠装不锈钢管矬了1~2mm，启动时明显可以感觉到温度响应比之前快了一点点。但还是有3~5秒的延迟。
目前从室温加热到化锡还是要5秒左右，功率提升到170W似乎没太大变化。
空载时的损耗从原来的3~5W减少到了1.5W左右。

根据当前的压降情况计算，这版的改进后的电源布钱依旧存在约1mOhm的内阻，接线座也有1mOhm以上的接触电阻。
还有改进的必要么？毕竟目前电流采样电阻只有5mOhm(采样精度不受电源线内阻的影响)

看了一下网上的T12烙铁2秒化锡视频，发现他们测试时温度设置的是450度，也就是说前面加热过程完全是开环的
另外，他们测试的温度响应(从显示数字来看)完全是0延迟，感觉有点假啊(哪怕T12的热电偶和发热丝是直连的)
我用裸的热电偶裹点焊锡(加大和烙铁头接触面积)测温度，响应也有3~5秒的延迟。
按理说我现在的加热功率已经比T12强多了，目前影响升温速度的只有手柄的金属支撑和外壳了
把这两部分再优化一下，再把目标温度设置到400度，也不知道能做到几秒化锡？

奥斯卡

费那劲干嘛，直接买一台二手的深白光2000A或快克203H高频主机，90瓦功率，大约100多，再买一根深白光的原装手柄也才几十块，一套就是100多搞定，通电几秒即可焊接，爽歪歪。

scu319hy

奥斯卡 发表于 2024-4-11 23:10
费那劲干嘛，直接买一台二手的深白光2000A或快克203H高频主机，90瓦功率，大约100多，再买一根深白光的原装 ...

自己费劲肯定是想要解决一些问题啊。
第一，我有白光2000，比较占桌面。想弄个小巧的高频焊台。而且我对它的设计和功能也不太满意。
第二，我打算弄几个手柄，用不同的烙铁头，免得换烙铁头。
第三，白光2000没我自己做的热的快，操作界面也没我自己弄的界面好看
第四，自己做可以弄一些自己想要的功能，比如我打算弄个TURBO功能，平常用280度的低温，免得烙铁头氧化；可以一键临时切换350度高温，焊一些大焊点，热风焊盘之类的。
第五，我还打算用这个东西自己弄个微型高频恒温加热台，用来焊接贴片。
第六，这是以前的烂尾工程，打算收个尾
第七，最重要的就是喜欢瞎折腾

如果都是买买买就解决问题了，这个论坛就没有存在的意义了。
除了满足自己爱折腾的心，现在装矿石机、甚至晶体管收音机还有什么其它的价值么？