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1、&泰州职业技术学院毕 业 论 文（2007届）可调恒温电烙铁的设计钱华朱宜宝计算机应用与维护2007年5月15学生姓名指导教师姓名名称论文提交日期摘要本文全面、系统地介绍恒温电烙铁的设计、使用和维修，详细的描述了整个设计过程，以及在设计过程中所遇到的问题和解决方法、心得体会。可调恒温电烙铁的特点是耐高温,结构新颖,通过热电偶、集成电路控温，恒温精度高，而且可以随意调节焊接温度,高强度工程塑料手柄，具有美观大方，手感舒适等优点，适合各种场合的焊接。Pwm是脉冲宽度调制技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形,从而使电烙铁达到恒温作用,调节后温度不会改变。关键字 恒温、PWM
2、万用表电阻 目录第一章 绪论1.1研究背景11.2本论文内容与完成的相关工作2第二章 恒温电烙铁中主要元器件工作原理设计2.1 原理图的设计32.2 部分元器件的功能介绍32.2.1 热电偶测温的应用原理4第三章 工作原理及可调原理3.1工作原理53.2 HA17358的引脚功能53.3 PWM可调原理5 3.3.1 PWM控制的基本原理 5 3.3.2 PWM技术的具体应用6 3.3.3 纯硬件PWM法控制充电电流及优缺点 6第四章 电烙铁的相关知识4.1电烙铁的分类74.2 电烙铁的结构 74.3电烙铁的选择7第五章 恒温电烙铁的使用5.1 电烙铁的正确使用方法 85.2 电烙铁的使用技巧
3、 8第六章 结束语1 收获与体会 92 致谢 9参考文献10第一章 绪论1.1 研究背景电烙铁是不可缺少的常规必备工具：在现代社会，纯机械不带电的商品很少很少，家电，如电视机、DVD、手机、电话、电冰箱、微波炉、洗衣机等等都是靠电操作和工作的；交通工具，如汽车、火车、摩托车、飞机、轮船等也是离不开电；生产工具，如各种车、铣、刨、磨和各种自动车床以及农用拖拉机等也是靠电工作的，所有靠电作业的商品在生产过程中都须要使用电烙铁。电烙铁对所有电器、电子研究、开发人员、对所有机电、电器产品的生产人员、对遍布全世界城市和乡村的电器维修人员、对中学生、中专技校生、大学生、对充满电器的现代化家庭都是不可缺少的
4、必备工具。电烙铁具有广阔、巨大、恒久、稳定的市场：电烙铁产业是千年不衰的事业。国内外电烙铁的技术现况：现在在国内外市场上行销的电烙铁主要是外热式和内热式电烙铁两种。外热式电烙铁是在铁管的外侧先用数层云母片包裹绝缘，在云母片上绕制电热丝，然后再用数层云母绝缘后，做成烙铁芯，将烙铁紫铜头插入铁管，通电后电热丝发热，加热云母片，云母片被加热后，将热传给铁管，铁管再将热传给紫铜烙铁头，层层传热，浪费能量，不但预热时间长（室温起动约需5-8分钟才能捍接），而且电烙铁很容易烧坏，寿命短。市场上外热式电烙铁有小功率（15-30W）、中功率（30-80W）、大功率（80-500W）三种商品供货。内热式电烙铁是
5、在外热式电烙铁基础上改进的产品，它是在瓷管外绕制电热丝，在电热丝外再套一层绝缘用瓷管，做成内热式烙铁芯，将烙铁芯插入不锈钢管中，在不锈钢管外套上捍接用的电烙铁紫铜头。通电后，电热丝发热，加热瓷管，瓷管将热传给不锈钢管，不锈钢管再把热传给烙铁铜头，传热层次比外热式减少，起动时间有所加快，预热时间提高到2分钟左右，但是传热层次仍然很多，起动时间仍然较长，烙铁芯仍然容易烧坏。市场上内热式电烙铁只有小功率和中功率两种，不能生产大功率内热式电烙铁。由于内热式和外热式电烙铁的电热丝与焊接用的紫铜烙铁头，相隔多层介质，所以老式电烙铁的控温、恒温都采取外置控温方式，做成焊接台，都存在控温滞后，控温不准，焊接时
6、降温快，热量补充慢，外置控温器体积大、成本高，操作使用不方便等缺点。其它形式的电烙铁都因某种性能缺陷，只能作为临时替代工具，不能长期低成本运行，如电池加热电烙铁只能做成微小功率，小焊点使用；燃汽式电烙铁只能短时间使用，作为旅途中的暂时代用品；PTC导电陶瓷电烙铁，因陶瓷的导热性不好，启动电流大,这种电烙铁只适宜小功率使用，不能中、大功率工作，PTC导电陶瓷会老化,寿命短。 但是目前，市面上全面、通俗持介绍恒温电烙铁的很少，而普通电烙铁又不能达到现今生产线使用的要求，它的焊点温度低,使用时间不适宜太久,不耐高温.烙铁芯容易烧坏.而且普通电烙铁只能焊接部分线路板,不能兼容所有线路板,所体现的价值太
7、低能.基于此，编写本文。重点介绍恒温可调电烙铁的相关内容以及所要用到的PWM可调原理，既有原理图，又有实物图，图文并茂，通俗易懂。1.2本论文内容与完成的相关工作本文是对电烙铁的主要元器件、PWM应用原理和对电烙铁的制作过程作了一些介绍。并结合相关的电子电工方面的知识理论，充分发挥自已的潜能。经过不断的学习、探索和指导老师的帮助，已经完成了当初的设想，。 随着电子技术的发展，出现了多种PWM技术，其中包括：相电压控制PWM、脉宽PWM法、随机PWM、SPWM法、线电压控制PWM等，而本文介绍的是在镍氢电池智能充电器中采用的脉宽PWM法。它是把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为PWM波形，通过改变脉
8、冲列的周期可以调频，改变脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。可以通过调整PWM的周期、PWM的占空比而达到控制电流的目的。本文所要设计的即为内热式可调恒温电烙铁，可调恒温电烙铁是手工焊接的主要工具，主要是靠内部烙铁芯发热传热来达到一定的温度。在使用过程中.电烙铁头的工作环境非常恶劣,温度很高,容易氧化,助焊剂有腐蚀性,容易腐蚀,焊接物硬度高,容易使其磨损。因此，对恒温可调电烙铁的可靠性设计的要求也相对的比较高，一般主要体现在以下几个方面： 1、 由于长时间的通电使用，烙铁芯需持续发热，为了不使烙铁芯烧坏，这就要提高产品质量的可靠性。2、电烙铁是一种电气产品,和
9、其他电器产品一样是怕水,怕湿的,所以在使用或放置不用时,要注意潮湿不要放置在有水或潮湿的地方保存,可延长电烙铁的使用寿命。3、烙铁头的选用很重要，因为被焊物的硬度不同，所以烙铁头容易受损，这就大大降低了焊接质量。本文主要分为以下几步：第二章：原理图的设计和部分元器件的功能介绍,简单分析电烙铁的工作流程。第三章：HA17358的引脚图及pwm可调工作原理应用。第四章：主要介绍电烙铁的分类及相关知识。第五章：主要介绍恒温电烙铁的使用和维护事项。第六章：总结 第二章 恒温电烙铁中主要元器件工作原理设计2.1原理图设计: 图1-1 电烙铁设计原理图2.2部分元器件的功能介绍电路图设计好了,接下来就是布
10、置元器件了,恒温可调电烙铁主要是通过热电偶、集成电路控温，恒温精度高，焊接温度可调，高强度工程塑料手柄，它主要是由这些元器件构成的：两个黑红二级管、烙铁芯、一个发光二级管、热电偶、一个可调电阻、一个传感器、HA17358一只，两个电解电容、一个金属膜电阻和一个稳压管等组成。每个元器件都有各自的用处：可调电阻用来调节温度的，稳压管和金属膜电阻的所起的作用是保护电路，电解电容是用来滤波将交流转换为直流。热电偶是用来检测烙铁芯的温度，当烙铁芯的温度达到调节手柄的温度时是通过它来停止加热的。这是需要着重说明一下的是热电偶测温的应用原理：2.2.1热电偶测温的应用原理热电偶是工业上最常用的温度检测元件之
11、一。其优点是：测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。测量范围广。常用的热电偶从-50+1600均可边续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269（如金铁镍铬），最高可达+2800（如钨-铼）。构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。a热电偶测温基本原理将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。b热电偶的种类及结构形成（1）热电偶的种类
12、常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。标准化热电偶 (2)热电偶的结构形式 为了保证热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下： 组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固； 两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路； 补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠； 保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。c热电偶冷端的温度补偿由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别
13、是采用贵 金属时），而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷 端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。因此，还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t00时对测温的影响。在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100。第三章 工作原理及可调原理3.1 工作原理电烙铁的工作原理是:220V的电压通过电源线加到发热芯,发热芯将电能转化为热能通过热传递,使电烙铁
14、头达到或超过焊锡熔化的温度.3.2HA17358的引脚功能：VOUT11VINVIN(+)GNDVCCVOUT2VIN(-)2VIN(+)2- + -图 1-2 HA17358的引脚图VOUT1：电压输出VIN：电压输入GND：接地VCC：电源VOUT2：电压输出3.3 PWM可调原理PWM（Pulse Width Modulation）控制脉冲宽度调制技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）PWM控制技术在逆变电路中应用最广，应用的逆变电路绝大部分是PWM型，PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。 3.3.1 P
15、WM控制的基本原理 理论基础： 冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。冲量指窄脉冲的面积。效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。低频段非常接近，仅在高频段略有差异。 3.3.2 PWM技术的具体应用 PWM软件法控制充电电流 本方法的基本思想就是利用单片机具有的PWM端口，在不改变PWM方波周期的前提下，通过软件的方法调整单片机的PWM控制寄存器来调整PWM的占空比，从而控制电流。 优点： 简化了PWM的硬件电路，降低了硬件的成本。利用软件PWM不用外部的硬件PWM和电压比较器，只需要功率MOSFET、续流磁芯、储能电容等元器件，大大简化了外围电路。 缺点：
16、 效率不是很高。在快速充电时，因为采用了充电软启动，再加上单片机的PWM调整速度比较慢，所以实际上停止充电或小电流慢速上升充电的时间是比较大的。 为了克服2和3缺点带来的充电效率低的问题，我们可以采用充电时间比较长，而停止充电时间比较短的充电方式，例如充2s停50ms，再加上软启动时的电流慢速启动折合成的停止充电时间，设定为50ms，则实际充电效率为（2000ms100ms）/2000ms95，这样也可以保证充电效率在90%以上。 3.3.3纯硬件PWM法控制充电电流 由于单片机的工作频率一般都在4MHz左右，由单片机产生的PWM的工作频率是很低的，再加上单片机用ADC方式读取充电电流需要的时
17、间，因此用软件PWM的方式调整充电电流的频率是比较低的，为了克服以上的缺陷，可以采用外部高速PWM的方法来控制电流。现在智能充电器中采用的PWM控制芯片主要有TL494等,本PWM控制芯片的工作频率可以达到300kHz以上，外加阻容元件就可以实现对电池充电过程中的恒流限压作用，单片机只须用一个普通的I/O端口控制TL494使能即可。另外也可以采用电压比较器替代TL494，如LM393和LM358等。PWM具有以下优缺点。 优点： 电流精度高。充电电流的控制精度只与电流采样电阻的精度有关，与单片机没有关系。不受软件PWM的调整速度和ADC的精度限制。 第四章 电烙铁的相关知识4.1 电烙铁的分类
18、电烙铁的种类很多，从大的方面讲可分为外热式和内热式两种。根据电烙铁的功能分类从电烙铁的功能分，有恒温式、调温式、双温式、带吸锡功能式及无绳式等。4.2 电烙铁的结构a电烙铁头:采用高传热特性的金属(铜)或合金,做成,作用是将发热芯产生b产热量传递出来使其头部的温度达到或超过熔化焊锡的温度.c外套:一般采用铁皮制成,作用是固定电烙铁头,发热芯.及手柄伎其成为一体,同时起到对发热芯的保护作用.d手柄:一般采用高温塑料.电焦木,木头等绝缘隔热材料制成,是手握的部分.e 烙铁头固定螺丝,一是用来使烙铁头与发热芯成为一体,使热量充分传出来.同时可以用来调节电烙铁头的温度.4.3 电烙铁的选择在实际操作中
19、,电烙铁的选择至关重要,选择电烙铁功率过小会造成焊锡熔化不充,焊接元件表面温度不够,焊锡不能充分浸润,容易造成虚焊,沙样焊点,或球形焊点,同样,温度太高也会使元件烫坏,铜箔板铜皮脱落,因此,电烙铁可以从以下几方面来选用:A、从焊点大小来选用,一般的,焊点越小,所选的电烙铁功率就越小,焊点越大,所造的电烙铁功率就越大.B、从被焊接的元件大小来选用,一般的元体积越大,其引脚也越粗,焊盘也越大,焊点一定也越大,C、从元件的吸热大小来选用,有些元件的金属成份比较多,所以其导热散热的特性也比较好这时就要用功率大的电烙铁来焊接.D、从焊接面积来选用,焊接面积越大,其散热特性就好因此要用功率大些的电烙铁E、
20、从焊点密度来选用,焊密度越大,则用的电烙铁功率就必须越小第五章 电烙铁的使用5.1 电烙铁的正确使用方法 电烙铁在使用前,要用万用表R*1K挡检查一下插头之间的电阻值,阻值大约在23k欧.再用万用表 R*1K挡检查一下插头与金属外壳之间的电阻值, 万用表指针应该不动,否则应该彻底检查. 电烙铁要用220v交流电源,使用时要特别注意安全.应认真做到以下几点:(1) 电烙铁插头最好使用三线插头,要使外壳妥善接地.(2) 使用前应认真检查电源插头和电源线有无损坏,烙铁头是否松动.(3) 电烙铁在使用过程中严禁任意敲击,烙铁头上焊锡过多时,可用布擦掉.(4) 焊接过程中,电烙铁不能到处乱放,不焊接时应
21、将电烙铁放在烙铁架上.(5) 电源线不可搭在烙铁头上,以防烫坏绝缘层而发生事故.(6) 使用结束后,应及时切断电源,冷却后再将电烙铁收回工具箱.(7) 焊接完成后,要用酒精把电路板上残余的助焊剂清洗干净,以防碳化后的助焊剂影响电路正常工作.5.2电烙铁的使用技巧a.用小烙铁焊大件 当用小烙铁焊大件时,可点燃一支蜡烛或酒精灯,根据实际情况加热被焊件或烙铁头使焊点温度提高,从而使焊接温度迅速提高,且焊点光滑牢固.若周围的元件较密,可用左手持尖嘴镊子轻夹元件中部,用电烙铁充分熔化一端的锡后快速移至元件的另一端,同时左手凭感觉向上稍用力提,这样当一端的锡充分熔化尚未凝固而另一端也已熔化时,左手的镊子即
22、可将其拆下.b.装元件换新元件之前应确保焊盘清洁，先在焊盘的一端上锡（上锡不可过多），再用镊子将元件夹住，先焊接焊盘上锡的一端，然后再焊另一端。最后用镊子固定元件，并把元件两端上适量的锡加以修整。第六章 结束语1、收获与体会11月25日，我怀着美好的期盼来到泰州市祥龙科技有限公司，开始了几个月的实习生活，我感觉到了这里，我接触到了好多书本上接触不到的东西，我现在才知道只有真正走上工作岗位了，那才是一学习的开始。因为什么都是新的，我们相当于又从0 开始，而且部门负责人说需要先在车间实习，只有在间把基础打实了，每一道工序都熟悉了，才能走向更高的工作岗位，才有资本去研究更高级的产品。现在我也从生产中
23、心调到了研发中心。值得欣慰的是，我们每个人都有一个老师，我也不例外，有什么问题搞不懂的可以去问老师，老师们也都很和善，基本上是有问必答，做到了一个老师应尽的责任。接下来就是在指导老师的安排下做设计的规化，以及设计时的注意点。以至到最后顺利的完成这项设计。我感觉经过了这么长时间在锻炼，我确实学到了好多好多，不但是工作上的，还有为人处世以及做事的仔细程度和用心程度，想做好一件事情，就要用心的去做。心要往里面专。这就是我走上工作岗位后最大的体会。致谢 很感谢我的校内指导老师杨老师和校外指导老师朱宜宝，很关心和照顾我们这些实习生，在教学的同时，还不忘电话联系我们，在我毕业设计的过程中，提供了无私的帮助，给我讲工作的流程注意事项，为我提供参考的书籍，为我提供了许多有价值的参考意见和相关的技术的资料。 参考文献1李军义，杨永虎，王若兰.李烽,基于pwm可调电烙铁的设计J.电子技术应用，2007.1:69-712李修金，殷小贡，谭子求.基于电烙铁的设计J.电子技术应用，2006.1:69-717刘海龙，张其善，吴今培，原仓周. PKI 的互操作与信任模型J. 计算机工程与应用，2003.24:97-992http:/www.nj- 3http:/www.21ic.co4http:/www.jcmicon,com
