Собираем станцию : основы регуляторов мощности и бич-версия диммера

Пока есть время, по вашим запросам начну плавно подбираться к реализации паяльного комплекса.
Не претендую на 100% точность всех моих высказываний и на 100% корректность употребления всех терминов. Я попытаюсь представить в письменном виде мою точку зрения.

Для своей станции я выбрал галогенки по 254мм, почему я это сделал :
+ Дешевизна : 100-150р за единицу на 1.5квт.
+ Доступность : максидом, оби, леруа-мерлен. Лампы есть в любом крупном строительном.
+ Масштабируемость : ты в праве набирать любую гирлянду 3/6/9, в любых связках.
+ Работа в домашней электросети : минимум обвязки для работы. ГОСТ допускает 210-230В
+ Меньшая инерционность относительно керамики/тэнов и всякого специализированно-нагревательного.

Учитывая закон ома, параллельное включение всех ламп приведет к суммарной мощности 1,5квт*N.
Уверяю, одна лампа уже сама по себе жарит очень не хило даже на 50% мощности. Для 9 галогенок станции 13.5 квт это уже жир, эта мощность никогда не булет востребована полностью. Да и лампы для станции должны работать в ИК диапазоне, видимый спектр излишен. В начале гасим ее в 9 раз, соединив лампы в группы 3 по 3. Довольно стандартная схема подключения :



Посчитаем мощность. Стандартная формула мощности : P=U^2/R. Мощность одной лампы 1.5квт, напряжение в сети примем за константу. Соединяя лампы последовательно получаем увеличение сопротивления в N раз. Мощность одной группы ламп из 3х : U^2/(R+R+R) , что примерно 500ватт. Имея три группы выходим на 1.5квт суммарной мощности.

Уже неплохо,но этого маловато для работы. Нам же нужно поддерживать опредененную температуру на поверхности платы, а значит иметь какое-никакое управление мощностью нагревателей. Можно конечно выполнять обезьянью работу и включать-выключать весь нагрев целиком, но я таки стремлюсь к автоматике, да и контролировать рост температуры на глаз не очень удобно. Решено, мутим диммер на честные 1.5+квт. Принципы у всех методов довольно схожие, мы ограничиваем поступающий на нагревательный элемент ток. Самые популярные методы диммирования :

1 - ШИМ сигнал + мощный биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT).
Генерируя квадратный сигнал и отпирая-запирая транзистор имеем аналог обычного ШИМ регулирования например светодиода. Только нагрузки лежит побольше) Регулировать мощность можно изменяя duty-cycle ШИМ сигнала.

2 - Симистор + детектор перехода нуля. Симистор сам по себе является ключом, он не будет проводить ток до тех пор, пока его не откроешь. А единожды открывшись, симистор будет пропускать ток до смены полярности , ровно 1 полупериод. Удобно, да? Вся задача сводится к отлавливанию перехода через 0 и пропуску части полупериода за время dT. И чем больше время ожидания, тем меньшая часть попадет на нагреватель. Смотрите график :


Да, это Paint. А чё ты хотел?) Я для себя выбрал вариант №2, симистор. Почему? Потому что я так хочу Пятьдесят герц это не так много, всякие RC цепочки снабберов нам не понадобятся, на таких частотах вряд ли будут произвольные открытия. Таким способны рулить любые примитивные микроконтроллеры, благо есть прерывания. Да и для симисторов есть оптодрайверы (MOC* серия), гальваническая развязка при таких токах обязательна, зачем палить ардуину?

Но тут есть и свои подколочки : даже при 50гц идет неплохой такой звон ламп, идут помехи в сеть.
Реальная ситуация, стоит у меня нижник на тестовом пробеге, включен в розетку рядом с компом. Прикасаешься пальцем к металлическому корпусу твоей станции, а в наушниках тут же помехи. Не дело это. Схитрим - будем пропускать целые полупериоды, получая тот же аналог ШИМ, но в большем масштабе. Кормим лампы только положительной частью, вот уже 50% мощности. Пропускаем 2 из 3 - вот уже 33% мощности и так далее. Но есть и не очевидные вещи :
50% можно получить пропуская 50 из 100 двумя вариантами :

Довольно очевидно, что первый вариант приведет к тому, что лампа будет просто мигать и что годен только второй вариант - равномерный. Что и как пропускать так очевидно для 25,50,75% мощности. Но что делать, если процент не такой "красивый" ? Тут нам на помощь приходит Алгоритм Брезенхема -> https://ru.wikipedia.org/wiki/Алгоритм_Брезенхэма
Его бонусы :
+ Уход от использования таймеров для пропуска dT. Они сильно грузят МК. Да и написание обработчика прерывания от таймера не такое тривиальное дело. Касательно работы в реальном времени, тяжелое это дело для бич-программиста.
+ Минимум кода в обработке прерываний на МК. А это очень критичная секция. Длинные прерывания рушат работу.
+ Только целочисленные преобразования. Сложение и вычитание выполняются за 3-4 такта, деление и умножение за 50+ если нет аппратных блоков. Экономим время процессора.
+ Реализация из серии ультра-изи. Пара строк кода.
Его минусы :
- На маленьких процентах видно мерцание ламп. Лично я на это забил в угоду избавления от помех.

С принципом вроде все. Перейдем к схемотехнике. Нам понадобится :
- Оптотранзистор PC817 (или любой аналог с похожим CRT)
- Оптодрайвер MOC3052 (*51,*53) или любой аналог без детектора нуля, он у нас отдельный.
- Любой диодный мостик 400в , я выбрал DB107
- Симистор BTA16. Лучше именно BTA, у него изолированный плавник. На BTB на него выведена фаза. Потрогаешь его на горячесть не подумав и получишь разряд в руку.
- Немного россыпухи. Я выбрал SMD транзисторы 1206 на четверть ватта. Можно большей мощности, главное не меньшей - погорят.
- Клеммник на 4 контакта с расчетом на 10 ампер, либо 2 по 2.
- Радиатор. Чем больше тем лучше, на 100% мощности все довольно ощутимо греется.

Принцип работы довольно прост. Мостик выпрямляет, 2 входных резистора ограничивают ток оптопары (я взял по 53ком, меньше не советую). Оптотранзистор закрывается при приближении к нулю (читай : увидел падающий фронт с 4й ноги PC817 - у тебя переход через ноль). Обрабатываешь его на МК и выдаешь распоряжение на оптодрайвер симистора. У всего есть временные задержки, оптотранзистор закрывается не сразу, оптодрайвер включается примерно 100мкс, это все нужно учесть в коде. Плюс, обязателен PULL-UP на той же 4 ноге PC817. Его либо выполнять аппаратно через 10ком резистор, либо тянуть силами МК.

Изи компактная разводка бич-версии всего на 4х компонентах :

 

Внешний вид собранного кубика (кликабельно) :

И пример скетча для ардуины :
DET -> Pin2
Triac -> Pin3
GND -> GND

Код:

volatile int power=35;
volatile int error=50;

void setup()
{
  // Pins
  pinMode(2,INPUT_PULLUP);
  pinMode(3,OUTPUT);
  // Every zero-cross
  attachInterrupt(0,tick,RISING);
}

void tick()
{
  error=error-power;
  if(error<0)
  {
    error+=99;
    triac_on();
  }
  else
  PORTD &= B11110111;
}

void triac_on()
{
  // Turn on triac and wait 200us to stabilize
  PORTD |=B00001000;
  delayMicroseconds(200);
  PORTD &= B11110111;
}

void loop()
{

}

Дальше проясню про алгоритмы удержания температуры, методы ее определения. Дойдем и до чертежей, собирать коробку довольно просто. Понять как все работает - труднее)

 

Это... Это-ж охрененно!

P.S. Не тому меня в универе учили...

 

Будет веселее, ананемус гарантирует.

 

Шышак будет дымить на PID регулировании)

 

Ну, теория тут не на столько сложная, как кажется. Чертежи будут после теории, даже Лёха тупой с завода собрать сможет, после того как гайки весь день точил

 

Собирал себе ещё в 2009 году подобное, у меня 3 гирлянды по 5 ламп, лампы 1.5кв. Тоже мастерил плату с регулированием, за основу брал димер, но регулирование сделал через оптопары, регулирую переменным резистором, хотя изначально предполагалось регулирование выполнять контроллером, в итоге забил, так как работаю с платами приставок, термопрофиль которым особо не нужен(приноровиться к 4м платам не составило труда).
Самый значительный недостаток ламп, это чернеет белый пластик(на платах пс3 фат например, который попадает в зону прямого нагрева ламп) если его не обклеить плёнкой или фольгой.
На фото плата собранная, имеет три канала(каждый отдельно для одной гирлянды), управление одним резистором сделано, так же предусмотрено отключение 2х гирлянд, что бы работало только 5 ламп, для подогрева маленьких плат(вита, псп и т.д.). Блок питания установлен для низковольтного регулирования(через оптопары), питания кулеров и индикации, но так как я корпус полностью не собрал, то и кулера не понадобились(хотел их для обдува использовать).

 

В 2009 я еще пешком под стол ходил)
У меня стеклокерамика лежит поверх ламп (в соседней теме валялись фотки), дикого потемнения я не заметил. Но и плат от троек была одна, остальные обычные АТХ. Учту, спасибо!
А на верх что используешь?

 

@Surge, вот неплохой вариант для верха

https://ru.aliexpress.com/item/80-8.../1332587876.html?spm=2114.13010608.0.0.Ywra2q

регулировать легко и просто )

 

У меня точно такой же. Я для статистики спросил)

 

@Surge, ну как бы низ кто как делает - а вот для пайки крупных чипов типа от PS3 именно такой штучкой для верха и пользуются

альтернативы нет

правда в последнее время такие нежные чипы пошли уже на 220 градусов готовы коньки двинуть - стараюсь чисто нижним подогревом сажать

 

верх обычный фен, грею на лампах всю плату равномерно до определённой температуры, потом догреваю феном что нужно.
Изначально планировал так же, керамику, уже штатив даже придумал, но так и не реализовал.
Вообще хотел купить уже более продвинутое оборудование + заняться вплотную ноутбуками, но с кризисом работа упала в объёме, поэтому так на лампах и сижу.

 

Замеряешь температуру в скольки точках, чем замеряешь?

 

Ялярм !
Пишу софт для компа, нужен человек , способный в 2х словах обрисовать работу ПК софта. Графики, задание профиля итд. Если кто то работал на проф/полупроф, поделитесь инфой, ребят

 

@nickel, у меня фен не прогревает равномерно большие чипы (

что за насадка ?

я только мелочевку до 40 на 40 мм сажаю с нижним подогревом и с феном

крупные чипы сажаю с нижним подогревом + этим верхним нагревателем - на лабораторном штативе

просто реально редко бывает надо реболить что то крупное - а по мелочевке соглашусь нижний подогрев + фен решают вполне

 

Без насадок, просто фен, 390-410 температура по индикатору, станция Lukey852D+, работает кстати с 2009 года примерно...удивительно. Просто делаю поток воздуха средний и прогреваю всю площадь постоянно перемещая фен по площади чипа, кристалл стараюсь лишний раз не греть. Трупов не было. Единственно когда чипы RSX со шляпами раньше снимал, бывало не услежу за температурой, шары стреляли из под DDR3, сейчас грею меньше и шляпы снимаю обязательно с них. В общем за 7 лет работы трупа 3-4 было.
Температуру меряю датчиком от прибора Mastech MS8221C. Сейчас вообще бывает не применяю датчик), до того уже отточил все этапы нагрева, что бывает сны уже снятся.

 

Неплохой велосипед изобрёл )))

я заимел для сборки станции вот такую платку, только после покупки ИР ACHI собрать станцию всё никак "руки не доходят"