帶冷卻指示功能的恒溫電烙鐵設計

鄭曉澤++薛金水

摘 要：電烙鐵使用結束后，其殘留溫度比較高，容易燙傷人，甚至引發火災等危險事故發生。本文對電烙鐵原有控制電路進行了改進，設計了帶冷卻指示功能電烙鐵。實驗證明，改進后電烙鐵具有顯示直觀、成本低、安全可靠等特點，具有廣泛的推廣應用價值。

關鍵詞：冷卻指示；熱電偶；控制電路；電烙鐵

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.05.004

1 引言

電烙鐵是在電子產品制造與服務等行業中廣泛應用的工具。隨著技術的發展，電子產品自動化焊接技術也不斷發展，但是采用電烙鐵進行元器件進行人工焊接和拆焊等技術依然是必不可少的。現在電烙鐵普遍實現了恒溫控制和漏電保護等功能，使用壽命也大大增加。在日常使用電烙鐵結束后，其殘留溫度依然比較高，稍不注意就有可能燙傷人，甚至引發火災等危險事故。很多使用電絡鐵的人員習慣于用手接近烙鐵頭去感知電烙鐵的殘留溫度，這樣也存在燙傷的危險。為了讓使用者能直觀了解電烙鐵使用后的冷卻狀態，避免了用手感知電烙鐵余溫可能產生的危險和可能產生的火災隱患，設計帶冷卻指示功能的電烙鐵。

2 原有電絡鐵工作原理分析

以下是某款恒溫電烙鐵工作原理及電路圖（見圖1）。市電AC220V經R1降壓、D1半波整流、C1濾波、D2穩壓后作為集成運放3582比較器件IC的電源電壓及調溫設定電壓源。

熱電偶作為檢測烙鐵頭的溫度傳感器，根據溫度不同，產生不同的電動勢。工作中將電動勢通過電阻R3加到根據IC-A③腳，作為為熱電偶檢測電壓輸入端；而②腳為調溫設定電壓。在②、③腳兩端電壓比較后，由①腳輸出。其中反饋電阻R5的作用在輸入信號小幅度波動時，其輸出信號鎖定不變。當熱電偶檢到溫度偏低時，③腳電平低于②腳電平，使輸出①腳為低電平。進而使IC-B放大器⑥腳相對于固定偏置的⑤腳偏低，使輸出⑦腳為高。由于IC-B⑤腳電壓是由AC220V經R6、R7分壓而得，因而，頻率、相位完全與AC220V相同。⑤腳電平與⑥腳電平比較后在⑦腳輸出交流電壓。該交流電壓經C2與D3和D4反向并聯（作用同雙向二極管）的觸發電路控制雙向可控硅，控制加到烙鐵電熱絲上的電流導通時間，從而實現恒溫控制的目的。

3 電絡鐵控制電路改進設計

3.1 改進基本思路

對上述原有恒溫電烙鐵進行改進，利用電路中熱電偶的熱電效應來實現對余溫檢測。在斷開電烙鐵加熱控制主電路的同時，把熱電偶的電壓信號引到由集成運放組成的電壓比較器上。當電烙鐵冷卻未結束時，熱電偶輸出電壓使集成運放輸出一個高電平，點亮指示LED代表電烙鐵冷卻中；而當電烙鐵冷卻結束時，熱電偶輸出電壓很小，集成運放輸出端輸出一個低電平，LED燈熄滅，表示電烙鐵冷卻結束。通過對熱電偶輸出電壓的檢測，實現用LED燈顯示溫度狀態，從而使電烙鐵具備冷卻指示功能。

3.2 具體實現過程

以下是帶冷卻指示恒溫電烙鐵工作原理及電路圖（見圖2）。用開關SW1實現對電烙鐵工作賀斷電的控制。當開關SW1閉合時，電烙鐵正常工作，其原理與上述電路原理完全相同，不同之處是在焊接結束以后。

焊接結束以后，開關SW1打開時。U2：A③腳與熱電偶被斷開，使U2：A①腳輸出為高，進而使U2：B放大器⑥腳相對于固定偏置的U2：B⑤腳偏高，使輸出U2：B⑦腳一直為低。雙向可控硅處于關閉狀態，電熱絲斷電，烙鐵不工作。在U2：A ③腳支路與熱電偶被斷開的同時，雙擲開關SW1使熱電偶經與U3：A③腳相連，同時使集成運放U3：A電源⑧腳與電源線相連，U3：A開始工作，電烙鐵冷卻未完成時，熱電偶輸出電壓使U3：A③引腳電壓高于②引腳電壓，使U3：A①引腳輸出高電平，經限流電阻R10后點亮LED；當烙鐵頭溫度下降到設定溫度時，熱電偶輸出電壓使U3：A③腳引腳電壓相對于②引腳電壓為低，進而使U3：A①引腳輸出低電平，LED燈D5熄滅，從而起冷卻指示作用。

4 實際使用效果測試

要使用電烙鐵時，打開開關，電烙鐵得電，紅色電源指示燈點亮，電烙鐵開始加熱，并實現恒溫控制；在使用結束時，關閉開關，電烙鐵失電，電源指示燈熄滅；同時， 藍色冷卻指示燈點亮，電烙鐵開始處于冷卻狀態；當藍色冷卻指示燈熄滅時，代表電烙鐵冷卻完成。圖3到圖5是實際使用效果圖示。

4.1 正常工作時

開始使用時，按下開關，電烙鐵開始工作。紅色電源指示燈亮。（見圖3）

4.2 剛使用結束

使用結束后，打開控制開關，電烙鐵電熱絲停止工作，紅色電源指示燈熄滅；電烙鐵處于冷卻狀態，藍色冷卻指示燈亮起。（見圖4）

（下轉第3頁）

（上接第6頁）

4.3 電絡鐵冷卻后

當藍色冷卻指示燈熄滅，代表電烙鐵冷卻完成。（見圖5）

5 結論

（1）本文在原有恒溫電烙鐵控制電路基礎上進行改進，增加了開關斷電功能與冷卻指示的新功能，從電路仿真和和實物檢測都說明該該作品能夠實現相應功能，同時不會影響電絡鐵使用功率和絕緣電阻等性能指標。電路是在成熟電路的基礎上進行改進和創新，具有科學性和創新性。（2）該設計控制電路基礎上，只添加了極少量元器件，實現其新功能。主要采用了如下元器件：運算放大器LM358、按鍵開關、LED燈各一個，10k 電阻三個。采用的器件都是市面上成熟、通用的器件，增加成本不超過1元。（3）本設計提高了電烙鐵的使用效能.本設計具有電路設計新穎、功能實用、可靠性高、成本低廉等優點，極具推廣應用價值。

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基金項目：本項目受 2016年度廣東大學生科技創新培育專項資金資助（項目編號：pdjh2016b0658），主持人：鄭曉澤。endprint