专利名称：可连续快速大范围温度补偿的烙铁温度控制系统和方法
技术领域：
本发明涉及电烙铁温度控制技术，具体涉及一种可连续快速大范围温度补偿的烙铁温度控制系统和方法。
背景技术：
传统的焊接材料中含有铅的成分，会破坏生态环境，不能满足环保要求；为此，新的无铅焊接材料应运而生。由于无铅焊接材料熔点高，要求焊接工具热稳定性好。同时为减少假焊、虚焊，保证焊接质量，烙铁头的温度检测补偿一直是这一领域的难题，烙铁头的热容量一般较小，其温度容易受焊点的影响，通常通过热传感器传感因为焊点而影响的烙铁头温度变化，由CPU计算对该温度的补偿，通过脉宽调制对开关电源进行控制，本申请人于2005年6月24日提交的申请号为200510035582.8的中国发明专利申请，记载并公开了一种“电烙铁温度快速补偿方法及可快速进行温度补偿的电烙铁”，在本申请中作为参照的现有技术，该申请采用卡尔曼数字滤波原理进行动态温度调节，即对差分放大的温度调控信号进行烙铁头热传导传输函数特征识别，只有在符合烙铁头热传导函数时才计算输出附加温度补偿量。虽然可以快速检测和响应烙铁头热负载的变化而不受外部干扰噪音影响，但动态范围还是受到局限，在补温过程中的焊点不能进行及时补温，降低了温度补偿速度。另一方面，现有的烙铁温度控制缺少交互手段，不能及时根据焊接工艺要求和烙铁头的变化而改变温控参数。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种能够克服上述现有技术缺点电烙铁温度控制系统和方法，能够连续快速大范围地进行温度补偿，使得烙铁头的实际温度接近给定温度并在发生偏差时快速校正，并且可以提供一种人工外部设置温控模式和温控参数的手段。
本发明上述技术问题这样解决，构造一种可连续快速大范围温度补偿的烙铁温度控制系统，包括对电发热元件提供可控功率驱动的开关电源、根据烙铁头感温元件信号及温度设置对所述开关电源进行控制的控制单元，所述控制单元包括CPU单元、与CPU单元输入端口连接键盘输入单元、与CPU输出端口连接的显示输出单元，其特征在于，所述控制单元还包括双臂电桥单元、高共模抑制比差分放大器、A/D温度变化检测单元、附加温度单元和给定温度单元、衰减网络以及带基准电压单元的比较放大器，其中比较放大器的输出端连接开关电源控制输入端，衰减网络的输出端连接比较放大器的输入端，高共模抑制比差分放大器的一个输出端和附加温度单元的输出端分别连接所述衰减网络输入端，附加温度单元的输入端连接在CPU单元的一个输出端口，双臂电桥单元的输入端分别连接感温元件和给定温度单元，而输出端分别连接所述高共模抑制比差分放大器的两个输入端，A/D温度变化检测单元连接在所述高共模抑制比差分放大器的另一个输出端与所述CPU单元的一个输入端口之间。
在按照本发明提供的可连续快速大范围温度补偿的烙铁温度控制系统中，所述键盘输出单元为可分离的接插件式移动键盘，所述移动键盘包括外壳、装在外壳上的接插件、在外壳表面设有按键，所述按键的电触点直接或通过附属电阻与所述接插件连接，所述CPU单元输入端口通过设置在机壳上与所述接插件规格一致的接插组件与按键连接。
在按照本发明提供的可连续快速大范围温度补偿的烙铁温度控制系统中，所述键盘输出单元为红外遥控器式移动键盘，所述移动键盘包括外壳、装在外壳上的红外发射元件、在外壳表面设有按键，所述按键的电触点与所述红外发射元件之间设有编码和驱动电路，所述CPU单元输入端口还通过红外解码电路连接有红外接收元件，所述红外接收元件装在机壳上或机壳窗内。
按照本发明提供的一种可连续快速大范围温度补偿的烙铁温度控制方法，包括以下步骤检测温度变化判断有无焊点，如有焊点则进行温度补偿，其特征在于，在发现焊点进行温度补偿期间，检测有无新的焊点，如发生新的焊点立即计算并给出新的温度补偿。
在按照本发明提供的上述方法中，在检测温度变化期间一定时间内没有发现焊点，则进入待机状态，在待机状态的一定时间内，继续检测温度变化判断有无焊点，如发生新的焊点则唤醒烙铁头继续工作。
在按照本发明提供的上述方法中，包括以下步骤a)检测温感信号；b)判断是否出现焊点，如没有出现焊点，则第一计时器开始计时，转向执行步骤e)；如果出现焊点，转向执行步骤c)；c)确定附加温度并开始第三计时器的计时；d)如第三计时器的计时时间未到，则检测判断有无焊点，如有焊点则转向执行步骤c)，否则重新执行本步骤；如果第三计时器的计时时间已到则转向执行步骤a)；e)如第一计时器的计时时间已到，则进入待机状态，第二计时器开始计时，转向执行步骤f)；如第一计时器的计时时间未到，重复执行本步骤；f)如第二计时器的计时时间已到，则进入关机状态；如果第二计时器预定计时时间未到，判断有无焊点，如没有出现焊点重复执行本步骤，如有焊点，执行唤醒步骤并转向执行步骤b)。
在按照本发明提供的上述方法中，所述第一计时器、第二计时器和第三计时器的计时时间中的至少一个是通过与CPU单元连接的键盘输入单元设置的。
在按照本发明提供的上述方法中，所述判断焊点包括以下步骤根据卡尔曼数字滤波原理，对温度调控信号进行烙铁头热传导传输函数特征识别，如果符合烙铁头热传导函数则判断出现一个焊点。
在按照本发明提供的上述方法中，还包括以下步骤通过键盘输入外部实际检测到的烙铁头表面温度到CPU单元；与烙铁头内温感元件检测出的烙铁头温度进行比较；所述CPU单元根据比较结果调整附加温度。
在按照本发明提供的上述方法中，还包括通过键盘输入给定温度到CPU单元的步骤。
实施本发明提供的可连续快速大范围温度补偿的烙铁温度控制系统和方法，由于采用双臂电桥单元和高共模抑制比差分放大器，可以大大提高温感补偿的动态响应范围，同时，在温度控制策略上，在发现焊点并进行温度补偿期间，检测有无新的焊点，如检测出新的焊点立即计算并给出新的温度补偿，从而使得对温度偏差的调整和补偿范围更大，响应更及时。此外，本发明还通过输入键盘设置温控模式和参数，并提供可分离式的移动键盘，为固定和稳定焊接工艺安全提供有效工具的同时，可以根据实际情况，将检测出烙铁头实际温度与检测温度的差距通过键盘输入到CPU单元中，从而大大提高可自动校正的温度范围，提高对焊点引起温度变化的响应速度。本发明还提供了待机状态下检测到焊点及时唤醒烙铁头工作的控制方法。
图1是本发明可连续快速大范围温度补偿的烙铁温度控制系统的逻辑框图；图2是本发明可连续快速大范围温度补偿的烙铁温度控制系统的部分电路原理框图；图3是本发明可连续快速大范围温度补偿的烙铁温度控制方法的流程示意图；具体实施方式
如图1所示，在本发明可连续快速大范围温度补偿的烙铁温度控制系统的逻辑框图中，包括四个部分，一是直流供电部分，二是烙铁头发热体部分以及对其提供功率输出的开关电源部分，三是烙铁温度传感及功率驱动部分，四是对第三部分进行设置的可分离键盘部分。
其中，直流供电部分包括AC输入、EMI滤波、桥式整流、功率因数校正单元1、DC/DC变换器14、+22V电源输出、-6V电源输出、对+22V的输出进行稳压的稳压单元4，以及由稳压单元4提供的+18V输出和+5V输出等。
其中，第二部分包括烙铁头中的电热元件15以及对其进行可控功率驱动的开关电源2以及与开关电源2连接的限压保护单元3和限流保护单元5。在结构上，烙铁头可以通过连线和五芯插座连接到电路。
其中，第三部分用于根据烙铁头温感信号和设定温度给开关电源提供控制，包括烙铁头温度传感元件15、一个输入臂端连接温度传感信号而另一输入臂连接D/A给定温度单元7的双臂电桥6、与双臂电桥6两个输出端连接的高共模抑制比差分放大器8，该差分放大器8有两个输出，一个到衰减网络10，另一个到A/D温度变化检测单元9，该检测单元8提供检测输出信号到CPU单元17，而D/A给定温度单元用于将由CPU单元17给出的给定温度数字信号转换为给定温度的模拟信号，上述衰减网络10还接收来自附加温度单元11的信号，该附加温度单元11用于将CPU单元17为补温给出的附加温度数值转换为模拟电信号，经过衰减网络10的衰减信号被送到比较放大器13，与基准电压单元给出的基准电压进行比较而决定并输出开关电源控制信号到开关电源2的控制输入端。本发明系统的一个重要特点就是采用高共模抑制比差分放大器，从而大大提高了可检测的温度变化动态范围。
其中，上述第四部分包括与CPU单元17输入端口通信的键盘输入单元18以及与CPU单元17输出单元耦合的显示输出单元12，本发明系统的另一特点在于键盘输入单元18与CPU单元17采用可分离结构。对应的电气部分见图2，这两个三芯插头连接有三个按键S301-303，串接3个电阻R301-303，通过插座最后连接到CPU单元IC104的输入端口上。这样，可以通过该分离键盘插入插座，通过按键，实现按键电路与CPU单元的连接，进而实现设置或修改温控模式，通过该分离键盘输入温度设置即通过按键输入决定发热体的给定温度等，而当键盘从插座上拔去后，由于当前的温控模式及相关参数被保存在CPU单元或存储单元中，因此可正常运行保持温控模式及参数不变，即使下次上电，也可保持不变。从而保证焊接工艺准确一致。当然除了采取接插件方式的可分离键盘外，还可以通过红外无线的方式实现。其原理和普通电视机或空调器的遥控完全相同。此时的键盘包括外壳、装在外壳上的红外发射元件、在外壳表面设有按键，所述按键的电触点与所述红外发射元件之间设有编码和驱动电路，而在接收端包括红外接收元件以及连接在红外接收元件与所述微处理器之间的解码电路。
图1中的限压保护单元3在图3中包括二极管D111、D113，电阻R146、R161、R164和R165，以及电容C138；图1中的限流保护单元5在图2中包括集成电路IC102A，电阻R136、R138、R147、R151，电容器C141、二极管DZ103和D114。图1中的D/A给定温度单元7在图2中包括三极管、电阻R149、R162、R163、R164、R170以及电容C139、C153、C154和集成电路IC101A，具体给定信号由CPU单元IC 104的输出端口提供；图1中的高共模抑制比差分放大器8在图2中包括集成电路IC101B、IC101C和IC101D，电阻R199、R172、R166、R156、R155、R153、R148、R154、R157、R142、R174、R175、以及电容C146和C151等；图1中的A/D温度变化检测单元9在图2中包括二极管D116、电阻R140、R141，电容C142等；图1中的衰减网络单元10在图2中包括电阻R181、R184和R185；图1中的附加温度单元11在图2中包括三极管Q110、Q111和Q112，电阻R188、R189、R190、R194、R195、R196，电容C160等；图1中的显示输出单元12在图2中包括二极管D201和D202、集成电路IC201、IC202、显示器件D202，其中IC202是三端稳压器件。图1中的比较放大器13在图2中包括三极管Q107、集成电路IC102B、电阻R182、R183、R177、R178、R179、RR160、R198R、电容C149等；图1中的发热体15在图2中体现为外部通过五芯插座连接的发热电阻R000和温感电阻RT000，内部分别连接开关电源的输出端以及双臂电桥单元6。图2中体现为电阻R174、R175和可变电阻VR101。图1中的CPU单元17在图2中包括集成电路IC104等，图1中的键盘输入单元18在图2中包括电阻R301、R302、R303、按键开关S301、S302、S303以及接插件CN202和CN301。
图3示出了本发明可连续快速大范围温度补偿的烙铁温度控制方法的流程，如图3所示，在开机后在框301中进行烙铁头温度检测，在框302中判断有无焊点，如判断出有焊点，在框306中开始第一计时器计时，在框307中判断第一计时器的计时时间是否已到，如已到计时时间，则在框308中进入待机状态，在待机状态下，在框309中进行第二计时器计时，在框310中判断第二计时器计时时间是否已到，如果第二计时时间已到，则在框313中关机；如果第二计时时间没到，则在框311中判断有无焊点，如无焊点则进到框310；如有焊点则在框312中唤醒加热元件开始工作，即根据设定温度与实际温度确定加热电功率，并进到框301；如果在框302中判断出没有焊点，则在框303中，由CPU单元决定附加温度，并启动第三计时器开始计时，接着在框304中，判断第三计时器计时时间是否已到，如果判断出该附加温度的第三时间已到，则进到框301，如计时时间没有到，则在框305中判断有无焊点，如无焊点则返回到在框304，如有焊点则进到框303。
上述第一、第二和第三计时器的计时时间均可通过按键输入，如，根据实际情况设定电焊台的附加温度的加温时间即第三计时器计时时间；除此，输入按键不仅具有可变的结构方式，而且可以非常方便的更改设定温度；可以根据实际情况设定电焊台的灵敏度参数；根据实际情况设定电焊台的附加温度档位梯度参数；根据实际情况决定是否需要附加温度；根据实际情况决定是否需要待机以及关机功能；将烙铁头的实际温度用键盘输入，从而达到整个温度范围进行自动校正的功能。
按照本发明的控制方法，可以进行动态识别焊点，不管是在正常状态下，还是在CPU给定了附加温度的补温状态下，或者是在附加温度刚结束的状态，均能准确的识别焊点和焊点大小，进行计时有效的补温。此外，按照本发明的方法，能够在进入待机状态后，继续对焊点进行动态识别。使得进入待机后，不管烙铁头温度是否达到了最终的待机温度，均能被准确迅速的被唤醒。本发明还可以设有有多个附加温度值，可以根据焊点的大小和烙铁头的特点，进行焊点大小的判断，以此来选择最佳的附加温度值。
权利要求
1.一种可连续快速大范围温度补偿的烙铁温度控制系统，包括对电发热元件提供可控功率驱动的开关电源、根据烙铁头感温元件信号及温度设置对所述开关电源进行控制的控制单元，所述控制单元包括CPU单元、与CPU单元输入端口连接键盘输入单元、与CPU输出端口连接的显示输出单元，其特征在于，所述控制单元还包括双臂电桥单元、高共模抑制比差分放大器、A/D温度变化检测单元、附加温度单元和给定温度单元、衰减网络以及带基准电压单元的比较放大器，其中比较放大器的输出端连接开关电源控制输入端，衰减网络的输出端连接比较放大器的输入端，高共模抑制比差分放大器的一个输出端和附加温度单元的输出端分别连接所述衰减网络输入端，附加温度单元的输入端连接在CPU单元的一个输出端口，双臂电桥单元的输入端分别连接感温元件和给定温度单元，而输出端分别连接所述高共模抑制比差分放大器的两个输入端，A/D温度变化检测单元连接在所述高共模抑制比差分放大器的另一个输出端与所述CPU单元的一个输入端口之间。
2.根据权利要求1所述可连续快速大范围温度补偿的烙铁温度控制系统，其特征在于，所述键盘输出单元为可分离的接插件式移动键盘，所述移动键盘包括外壳、装在外壳上的接插件、在外壳表面设有按键，所述按键的电触点直接或通过附属电阻与所述接插件连接，所述CPU单元输入端口通过设置在机壳上与所述接插件规格一致的接插组件与按键连接。
3.根据权利要求1所述可连续快速大范围温度补偿的烙铁温度控制系统，其特征在于，所述键盘输出单元为红外遥控器式移动键盘，所述移动键盘包括外壳、装在外壳上的红外发射元件、在外壳表面设有按键，所述按键的电触点与所述红外发射元件之间设有编码和驱动电路，所述CPU单元输入端口还通过红外解码电路连接有红外接收元件，所述红外接收元件装在机壳上或机壳窗内。
4.一种可连续快速大范围温度补偿的烙铁温度控制方法，包括以下步骤检测温度变化判断有无焊点，如有焊点则进行温度补偿，其特征在于，在发现焊点进行温度补偿期间，检测有无新的焊点，如发生新的焊点立即计算并给出新的温度补偿。
5.根据权利要求4所述方法，其特征在于，在检测温度变化期间一定时间内没有发现焊点，则进入待机状态，在待机状态的一定时间内，继续检测温度变化判断有无焊点，如发生新的焊点则唤醒烙铁头继续工作。
6.根据权利要求4或5所述方法，其特征在于，包括以下步骤a)检测温感信号；b)判断是否出现焊点，如没有出现焊点，则第一计时器开始计时，转向执行步骤e)；如果出现焊点，转向执行步骤c)；c)确定附加温度并开始第三计时器的计时；d)如第三计时器的计时时间未到，则检测判断有无焊点，如有焊点则转向执行步骤c)，否则重新执行本步骤；如果第三计时器的计时时间已到则转向执行步骤a)；e)如第一计时器的计时时间已到，则进入待机状态，第二计时器开始计时，转向执行步骤f)；如第一计时器的计时时间未到，重复执行本步骤；f)如第二计时器的计时时间已到，则进入关机状态；如果第二计时器预定计时时间未到，判断有无焊点，如没有出现焊点重复执行本步骤，如有焊点，执行唤醒步骤并转向执行步骤b)。
7.根据权利要求5所述方法，其特征在于，所述第一计时器、第二计时器和第三计时器的计时时间中的至少一个是通过与CPU单元连接的键盘输入单元设置的。
8.根据权利要求5所述方法，其特征在于，所述判断焊点包括以下步骤根据卡尔曼数字滤波原理，对温度调控信号进行烙铁头热传导传输函数特征识别，如果符合烙铁头热传导函数则判断出现一个焊点。
9.根据权利要求5所述方法，其特征在于，还包括以下步骤通过键盘输入外部实际检测到的烙铁头表面温度到CPU单元；与烙铁头内温感元件检测出的烙铁头温度进行比较；所述CPU单元根据比较结果调整附加温度。
10.根据权利要求5所述方法，其特征在于，还包括通过键盘输入给定温度到CPU单元的步骤。
全文摘要
一种可连续快速大范围温度补偿的烙铁温度控制系统和方法，采用双臂电桥单元和高共模抑制比差分放大器来提高温感补偿的动态响应范围，同时，温度控制上，在发现焊点并进行温度补偿期间，检测有无新的焊点，如检测出新的焊点立即计算并给出新的温度补偿。此外，本发明还通过输入键盘设置温控模式和参数，并提供可分离式的移动键盘，为固定和稳定焊接工艺安全提供有效工具的同时，可以根据实际情况，将检测出烙铁头实际温度与检测温度的差距通过键盘输入到CPU单元中，从而大大提高可自动校正的温度范围，提高对焊点引起温度变化的响应速度。
文档编号B23K3/08GK1923420SQ20051003696
公开日2007年3月7日 申请日期2005年8月30日 优先权日2005年8月30日
发明者刘晓刚 申请人:深圳斯贝克动力电子有限公司