专利名称：一种智能焊台的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种焊接电子产品用的无铅焊接装置，特别是一种焊接装置的控 制箱及手柄。
背景技术：
传统无铅焊台采用恒功率加热的方式，控制箱开启后，手柄便处于持续加热的状 态，其缺点如下1、回温速度慢。传统的无铅焊台开启后，从室温上升到300°C需要20-45秒，回温 的速率远不能满足无铅焊接的需求。2、焊接不安全。传统无铅焊台焊接时的温度需要在350-450°C高温区，但过高的温 度会降低焊点的机械强度，更会对元器件及PCB造成损害。3、能耗高、寿命短。传统的焊台因性能限制，不能设置睡眠功能，导致了焊咀大部 分时间都是在高温空烧状态，既大幅度减少了焊咀的使用寿命又极大的造成了能源浪费。
实用新型内容为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种使用寿命长、节能、回温速度快、 性能好的智能焊台。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是一种智能焊台，包括控制箱和手柄，所述手柄设置有加热装置，所述手柄内设置有 温度侦测传感器和振动传感器，所述控制箱包括主控电路、功率控制电路和供电电源电路， 所述主控电路的输入端与温度侦测传感器和振动传感器电连接，所述功率控制电路的功率 输入端与供电电源电路电连接，信号输入端与主控电路电连接，输出端与加热装置电连接。作为本实用新型的进一步改进，所述手柄包括把手、焊铁头、连接把手和焊铁头的 铁管，所述振动传感器安装在把手内，所述温度侦测传感器和加热装置安装在铁管内靠近 焊铁头的一端。所述主控电路包括主控制单片机，所述主控制单片机连接有显示电路、键盘电路、 数据存储器，所述温度侦测传感器、振动传感器和功率控制电路均与所述主控制单片机电 连接。所述温度侦测传感器通过信号采集放大电路连接主控制单片机。所述加热装置为感应线圈组，所述感应线圈组外包挤有绝缘膜和隔热材料。所述功率控制电路为变频电路。所述功率控制电路包括变频控制器、高频逆变电路和低频电源供电回路，所述变 频控制器的输入端与主控制单片机相连，输出端接高频逆变电路的控制信号输入端，所述 高频逆变电路的功率输入端接低频电源供电回路，输出端接感应线圈组。所述变频控制器的输入端通过光电隔离器与主控制单片机相连。本实用新型的有益效果是本实用新型的手柄内设置有温度侦测传感器和振动传感器，控制箱包括主控电路和功率控制电路，温度侦测传感器能实施检测焊铁头的温度并 反馈给主控电路，主控电路根据焊点及元器件的大小，自动调整功率控制电路的输出功率， 确保在无铅焊接工艺窗口内得到高效的，可靠的焊接质量，振动传感器能检测到手柄是从 焊台上取下还是放在焊台上，手柄放在焊台上一定时间后，功率控制电路输出一个较小功 率使铁焊头维持一个较低温度，通过实现智能睡眠功能，降低能耗又保护焊嘴，提高工作寿 命，而在手柄是从焊台上取下时，主控电路能够综合焊铁头的当前温度，控制功率控制电路 输出功率，使焊铁头迅速回温，达到焊接所需的温度，回温速度快，可实现即取即用。特别是本实用新型的加热装置为感应线圈组，功率控制电路为变频电路，形成高 频率磁感应式结构，控制台通过变频，产生高频变频信号给感应线圈组，使感应线圈组因磁 滞现象产生涡流信号，涡流信号会改变焊铁头的温度，通过控制台改变磁场的变化频率来 改变焊铁头的温度，由于感应线圈组本身不是发热元件，使用寿命更长，电热转换效率更 高，而且温度易于精确控制，易于实现机械化、自动化、无空气污染等优点，广泛用于各种电 子产品生产电子焊接领域，适用于大、小焊点，无铅、低温、0201等SMT元件的焊接。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型的电路原理方框图；图2是手柄结构示意图；图3是图2中A处的放大图；图4是主控电路部分电路图；图5是功率控制电路部分电路图。
具体实施方式
参照图2、图3，一种智能焊台，包括控制箱和手柄，所述手柄包括把手15、焊铁头 12、连接把手15和焊铁头12的铁管14，所述振动传感器8安装在把手15内，所述钼热阻温 度侦测传感器7和加热装置安装在铁管14内靠近焊铁头12的一端，所述加热装置为感应 线圈组11，所述感应线圈组11外包挤有绝缘膜和隔热材料。参照
图1，所述控制箱包括主控电路、功率控制电路和供电电源电路，所述主控电 路的输入端与温度侦测传感器7和振动传感器8电连接，所述功率控制电路的功率输入端 与供电电源电路电连接，信号输入端与主控电路电连接，输出端与加热装置电连接，该主控 电路包括主控制单片机1，所述主控制单片机1连接有显示电路3、键盘电路4、数据存储器 5，所述温度侦测传感器7、振动传感器8和功率控制电路均与所述主控制单片机1电连接。 所述温度侦测传感器7通过信号采集放大电路6连接主控制单片机1。主控电路的电路图参见图4，本实用新型的主控电路以智能控制单片机为核心，采 用一个温度类型模拟量的控制系统。主要目的是一个通过模拟量处理模块来实现连续系统 控制的，可分为三个部分信号采集处理部分，可编程控制器部分。温度信号由钼热阻采集， 变换为电阻信号后，直接送人热电阻/电阻信号输入模块(IC2 0P07)。在此模块中产生对 应的A/D数字值，处理中直接使用的转换值，无需在硬件级电路上作其他处理。信号采集处理部分以IC2 0P07为核心，是一个模拟采集放大器由Li，C14，R12，R17, D12, D13, RIO, R13, D14, Dll, C7, R14, R9, RVl, R9, Rll, C18, C19, IC2, C6 组成，采集的
模拟放大直接输入控制单片机，单片机内部进行A/D转换，通过显示电路3显示出来。本实用新型的控制算法为时间最优的控制方法时间最优的控制方法就是将开关控制和PID算法相结合的一种控制方法。其基本 思想是在当前温度与目标温度值相差大于阈值α时，启用开关控制，即全功率加热。当目 标温度与当前值的差值在阈值α以内时，再采用PID算法进行控制参数的整定。时间最优 控制方法可用公式形式表示如下I r (K) -C (K) I = e (K)当6(1()>(1开关控制当e (K) < α 控制 PID式中r(K)表示当前温度，c(K)表示目标温度，e(K)为温度差。可编程控制器部分 由开关Si，S2，S3构成的键盘电路4，和存储IC393C46B及其外设电路构成的数据存储器5 组成。通过开关Si，S2，S3外设各种参数存储于IC3 93C46B内。通过控制台上用键盘电路 4操作设置该智能焊台的温度范围，工作时间，动作，工作范围，负载大小数据等状态数据存 储于数据存储器，通过温度传感器，振动传感器，内部时钟，温度变化率，负载变化情况同存 储器的信息比较，将判定结果传给CPU及其控制电路，使智能焊台控温，数字调温，加热，节 能休眠，自动关机，不良故障报警等。所述功率控制电路为变频电路。所述功率控制电路包括变频控制器2、高频逆变电 路10和低频电源供电回路9，所述变频控制器2的输入端与主控制单片机1相连，输出端接 高频逆变电路10的控制信号输入端，所述高频逆变电路10的功率输入端接低频电源供电 回路9，输出端接感应线圈组11。功率控制电路的电路图参见图5，所示THl，T1、Cl、BRl，C2构成网路滤波电路，THl 为热敏电阻，限制系统上电和逆变启动瞬间的浪涌电流。Q4、Q5为功放三极管，与无感电容 C2、C3构成逆变电路，在SG3525 11脚工作阶段，Q5导通，经T4，U4，电容C2经U4、C9，T2 放电，同时对C3进行充电。在SG3525 14脚工作阶段，Q4导通，Q5截止，工作原理相同，电 流方向相反。这样在一个开关周期内在高压包初级端上形成200kHz的交变方波。通过调 节开关管的占空比，可改变高压包次级输出平均电压。因为主电路为电压斩波，存在着大电 流的冲击，为此，本装置采用场效应管复合使用，有与采用复合使用所以加载在高频逆变T2 的交变方波位400kHz，本电路选FAIRCHILD公司的产品SSS7N60B比较适合，VDSS = 600V, RDS(ON) = 1.2Ω, ID = 7A，同时，它用绝缘T0220封装，为防止两个开关管导通时间不对 称引起高压包偏磁和直流磁饱和，在电路中串入隔直电容C9来自动平衡变压器一次电压 侧的直流分量。对R1、R2取相同电阻值作为平衡电阻可使C2与C3充电电压相等，Rl, R2， C2，C3，U3，U4，C9，T2构成放电和吸收电路。功率控制电路以SG3525为核心，采用恒频脉宽调制控制方式，输出功率外部 (Rvl)可调，且外部调节信号变化范围为0 5V，这样使得反馈信号比较精确，能精确地控 制占空比调节输出电压，提高了稳压精度SG3525形成的控制脉冲信号频率f由下式决定 f = 1/CT*(0. 7*RT+3*RD)；式中CT是5脚上的连接电容(C15)，RT是6脚上的连接电阻 (R17)，RD是5脚和7脚之间的连接电阻(R18)。通过改变6号脚(RV2)的电流大小，实际 上就等效于改变RT的大小，由公式可知，这样就也就调节了 SG3525输出的控制信号频率。式中CT、RT分别是与管脚5、管脚6相连的振荡器的电容和电阻，Rd为放电端电阻值，与 管脚7相连。CT、RT、Rd分别为图中的C15、R17、R18，取值分别为680pF、510 Ω、10 Ω，由于 管脚5与管脚7之间放电电阻R18的存在，使得两路输出信号之间存在一定的死区时间，从 而避免同一桥臂的场效应管出现直通的现象。死区时间由R18与C15共同决定，即TD = 3*R18*C15。管脚8接一个电容来实现软启动，该电容由内部5V基准参考电压的50 μ A恒 流源充电，使占空比由小到大(50% )变化，减少了开机时对场效应管的冲击。SG3525的输出经过推挽电路后，两路相位相反的脉冲波加至脉冲变压器原边的两 端构成差分输入，形成交变驱动，两路隔离的输出分别经驱动IGBT。为了保证脉冲输出电压的平稳，需要增大高频电源输出电压保持能力，并要耐受 冲击电流而不至于保护动作，为了减小冲击带来的异常(尖峰，下降等)，宜在负载端设置 储能电容，本实用新型在IGBT前端设有储存电容C2，C3同R1，R2构成一个重放电回路。同 时，储能电容必须选用ESR小，高频性能好的电解电容。所述变频控制器2的输入端通过光电隔离器IC (图4中的光耦PC817C)2与主控 制单片机1相连，由于高频变频电源电路主电路和控制驱动电路的参考电位不同，为避免 各部分相互干扰，采用光电隔离，提高系统抗干扰能力。系统所选择的PWM信号频率远低于 光耦PC817C的工作频率上限，因此SG3525输出的PWM信号经PC817C隔离后可以直接送入 SG3525芯片2脚，驱动或控制高频变频信号产生或停止，增强了系统安全性。本实用新型的手柄内设置有温度侦测传感器和振动传感器，控制箱包括主控电路 和功率控制电路，温度侦测传感器能实施检测焊铁头的温度并反馈给主控电路，主控电路 根据焊点及元器件的大小，自动调整功率控制电路的输出功率，确保在无铅焊接工艺窗口 内得到高效的，可靠的焊接质量，振动传感器能检测到手柄是从焊台上取下还是放在焊台 上，手柄放在焊台上一定时间后，功率控制电路输出一个较小功率使铁焊头维持一个较低 温度，通过实现智能睡眠功能，降低能耗又保护焊嘴，提高工作寿命，而在手柄是从焊台上 取下时，主控电路能够综合焊铁头的当前温度，控制功率控制电路输出功率，使焊铁头迅速 回温，达到焊接所需的温度，回温速度快，可实现即取即用。特别是本实用新型的加热装置为感应线圈组，功率控制电路为变频电路，形成高 频率磁感应式结构，控制台通过变频，产生高频变频信号给感应线圈组，使感应线圈组因磁 滞现象产生涡流信号，涡流信号会改变焊铁头的温度，通过控制台改变磁场的变化频率来 改变焊铁头的温度，由于感应线圈组本身不是发热元件，使用寿命更长，电热转换效率更 高，而且温度易于精确控制，易于实现机械化、自动化、无空气污染等优点，广泛用于各种电 子产品生产电子焊接领域，适用于大、小焊点，无铅、低温、0201等SMT元件的焊接。
权利要求1.一种智能焊台，包括控制箱和手柄，所述手柄设置有加热装置，其特征在于所述手柄 内设置有温度侦测传感器(7)和振动传感器(8)，所述控制箱包括主控电路、功率控制电路 和供电电源电路，所述主控电路的输入端与温度侦测传感器(7)和振动传感器(8)电连接， 所述功率控制电路的功率输入端与供电电源电路电连接，信号输入端与主控电路电连接， 输出端与加热装置电连接。
2.根据权利要求1所述的智能焊台，其特征在于所述手柄包括把手(15)、焊铁头(12)、 连接把手(15)和焊铁头(12)的铁管(14)，所述振动传感器⑶安装在把手(15)内，所述 温度侦测传感器⑵和加热装置安装在铁管(14)内靠近焊铁头(12)的一端。
3.根据权利要求1所述的智能焊台，其特征在于所述主控电路包括主控制单片机(1)， 所述主控制单片机(1)连接有显示电路(3)、键盘电路G)、数据存储器(5)，所述温度侦测 传感器(7)、振动传感器(8)和功率控制电路均与所述主控制单片机(1)电连接。
4.根据权利要求3所述的智能焊台，其特征在于所述温度侦测传感器(7)通过信号采 集放大电路(6)连接主控制单片机(1)。
5.根据权利要求1所述的智能焊台，其特征在于所述加热装置为感应线圈组(11)，所 述感应线圈组(11)外包挤有绝缘膜和隔热材料。
6.根据权利要求1、3或5所述的智能焊台，其特征在于所述功率控制电路为变频电路。
7.根据权利要求6所述的智能焊台，其特征在于所述功率控制电路包括变频控制器 O)、高频逆变电路(10)和低频电源供电回路(9)，所述变频控制器O)的输入端与主控制 单片机(1)相连，输出端接高频逆变电路(10)的控制信号输入端，所述高频逆变电路(10) 的功率输入端接低频电源供电回路(9)，输出端接感应线圈组(11)。
8.根据权利要求3或7所述的智能焊台，其特征在于所述变频控制器O)的输入端通 过光电隔离器(IC2)与主控制单片机(1)相连。
专利摘要本实用新型公开了一种智能焊台，包括控制箱和手柄，所述手柄设置有加热装置，所述手柄内设置有温度侦测传感器和振动传感器，所述控制箱包括主控电路、功率控制电路和供电电源电路，所述主控电路的输入端与温度侦测传感器和振动传感器电连接，所述功率控制电路的功率输入端与供电电源电路电连接，信号输入端与主控电路电连接，输出端与加热装置电连接。该装置广泛用于各种电子产品生产电子焊接领域，适用于大、小焊点，无铅、低温、0201等SMT元件的焊接。
文档编号B23K3/02GK201841333SQ201020266549
公开日2011年5月25日 申请日期2010年7月21日 优先权日2010年7月21日
发明者丁茂宏, 熊国元 申请人:丁茂宏, 熊国元