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1、工程描述

這是可以用來燒水做飯的、體積小巧的、低成本的、溫度可調的——迷你錫爐！采用tpye-c或12V-DC電源供電。







錫爐的結構由兩塊主板+一塊固定板組成，很簡單，參考下方圖片組裝即可。

下面主要說明：組裝過程中的細節和容易犯錯的地方。


銅堵頭
銅堵頭要買底面是平的，我沒注意買了底面有突出印字的，只能手動打磨。






熱電偶的焊接
熱電偶的兩個引腳，特別是正極引腳很難被焊錫浸潤（俗稱不掛錫），使用常規方法焊接很容易脫落。

可以像我這樣在線頭處打個環，然后將這個環埋入焊錫中，焊錫冷卻后的形狀就會將它固定住。

使用螺絲柱等進行固定也可以，不過目前來說打個環應該是最簡便的方法。



主辦元器件安裝示例

主板上預留了 RV09 和 RK097 這兩種電位器的焊盤，兩種電位器的安裝效果如下。

  

加熱片和熱電偶的線隨便從電路板上找個合適孔穿過來。

  

圖片主板預留3個固定頭堵頭的螺絲孔，最大化合理利用主板的每一寸空間。




裁剪隔熱棉
裁剪出合適大小的隔熱棉，厚度大約5mm，隔熱棉上面放陶瓷加熱片和K型熱電偶，熱電偶不要緊貼加熱片，稍稍隔開1毫米，否則測量溫度偏高。




安裝銅堵頭
熱電偶上涂抹適量硅脂，放上銅堵頭，銅堵頭用墊片固定，墊片用銅柱固定，銅柱高度為10mm。

  

買內徑20mm，外徑30mm的墊片，不用做任何處理，直接安裝就行。如果買了內徑20mm，外徑37mm的墊片。需要手動打磨3個螺絲孔對應的凹槽，材質選擇鐵鍍鋅之類的，千萬不要選不銹鋼，不銹鋼價格貴硬度高打磨困難。




安裝固定板
固定板的孔專門設計得比銅堵頭大，邊上需要墊2到3mm厚的隔熱棉。最終成品如下：


圖中的面板因為失誤導致圓弧變成折線，現已修正。

3、電路設計圖

  

  

  

 PCB圖

面板設計

  

做5個錫爐，單個成本在50元以內；大批量制作錫爐，單個成本能控制在30元左右。

電子元件類清單

  

請注意！【陶瓷加熱片的電阻】要根據實際情況選擇：

假設：采用12V2A的電源供電，為了保證不超過電源的峰值功率，加熱片的電阻應當選擇7歐姆，功率不到21W。

這個加熱片用在20V3A的電源上功率約57W，沒有超過65W充電器輸出上限。

如果用10歐姆的加熱片，那么只建議用在20V3A的電源上，如果用在12V2A的電源上功率不到15W，即使加了保溫棉也需要加熱很長時間才能熔化，加熱效率太低。

 五金類清單

錫爐的工作原理和熱風槍、調溫電烙鐵類似：通過比較實際溫度和設定溫度的高低來控制加熱。測溫元件為K型熱電偶，測量熱電偶兩端的電壓就可以反查到溫度。

TL431為可調精密穩壓源，用于提供2.5伏參考電壓。

第一路運放由若干外圍電路構成一個電壓比較器和同相施密特觸發器二合一的電路。

電壓比較器部分正向輸入端經外圍電路接到熱電偶正極上，反相輸入端接到電位器R21上，當測量溫度高于設定溫度時輸出高電平，反之輸出低電平。

溫度設置電路由2.5伏電壓源和R15到R21這幾個電阻構成。使用“串并聯電阻分壓計算公式”可以算出各個電阻上的電壓，這里需要選擇合適的電阻讓R21中間引腳的電壓保持在合理的范圍內。

例如期望設定溫度范圍是150度到400度，查閱《K型熱電偶數據手冊》找到對應的電壓值，也就是R21中間引腳的電壓的調節范圍是6.14到16.4毫伏。

假設我們先定好R19為220歐姆，則：

R15+(R17并聯R21)+R19=2.5/0.00614*220

=89577歐姆左右

(R17并聯R21)=89576/(2.5/0.0164)-220

=368歐姆左右。

R15=89576-220-368=88988歐姆。

理論上選擇91K和390（390并聯10K約等于375）的電阻最合適。

不過我手頭暫時沒有，所以原理圖中近似選取了100K和470（470并聯10K約等于449）這兩個常見阻值的電阻。

由于固定阻值的電阻通常不是我們所計算得到的精確值，這里預留了R16、R18、R20這三個微調電阻，不在乎精度的可以省略微調電阻。

為避免在目標溫度附近反復震蕩加熱，R13、R14構成施密特觸發器，它是一種雙穩態觸發電路，具有遲滯比較的功能，可作為整型濾波電路使用，提高穩定性與抗干擾能力。

這里采用同相施密特觸發器，20V供電時，閾值約0.94毫伏，相當于溫度波動范圍是24度。

也就是說，當輸入電壓高于設定電壓加0.94毫伏輸出高電平，低于設定電壓減0.94毫伏輸出低電平，處于設定電壓加減0.94毫伏之間時，輸出狀態保持不變。

但以上電路和期望的控制邏輯正好相反，所以第二路運放采用電壓比較器的結構實現翻轉功能。

正向輸入端接2.5V參考電壓源，反向輸入端接第一路運放的輸出，經過反相的信號即可驅動NMOS管進行加熱控制。

以上就是錫爐工作原理的簡單講解，想要深入學習運放知識可以查閱《基于運算放大器和模擬集成電路的電路設計》等模電書籍。

更多詳情及附件，可從原工程查看。

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