基于555定時(shí)器的可控溫度電烙鐵設(shè)計(jì)

2 電路整體設(shè)計(jì)
    該可控溫度電烙鐵電路設(shè)計(jì)主要由降壓整流、自動(dòng)控制和加熱指示3部分構(gòu)成。其中自動(dòng)控制模塊的負(fù)溫度系數(shù)電阻(NTC)附在電熱絲上，能即時(shí)感應(yīng)其溫度變化，將信息反饋給振蕩器，形成自動(dòng)控制。圖1為可控溫度電烙鐵原理圖。

3 電容降壓整流電路
    將220 V交流市電壓轉(zhuǎn)換為低壓直流的常規(guī)方法是高壓整流濾波電路，由于該電路設(shè)計(jì)要充分考慮體積、成本等限制性因素，因此，這里采用電容和穩(wěn)壓管構(gòu)成的電容降壓整流電路，如圖2所示。其工作原理是利用電容在一定的交流信號(hào)頻率下產(chǎn)生的容抗限制最大工作電流。例如，50 Hz工頻條件下，1μF的電容所產(chǎn)生的容抗約3 180 Ω。在電容器兩端施加220 V的交流電壓時(shí)，流過電容最大電流約70 mA。該降壓整流電路可為555定時(shí)器提供穩(wěn)定的5 V電壓。

    圖3是試驗(yàn)測(cè)試波形，其中uo1為穩(wěn)壓管VD1的輸出波形，uo2為二極管VD2整流后輸出波形，由輸出波形可見，該電容降壓整流電路能為可控硅提供穩(wěn)定的直流電壓。

4 自動(dòng)控制電路
    自動(dòng)控制電路為該可控溫度電烙鐵的核心部分，通過一系列簡(jiǎn)單反饋網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)鎖定溫度和用戶設(shè)計(jì)溫度鎖定功能。它是由串聯(lián)分壓式三極管控制電路、555多諧振蕩器以及雙向可控硅控制電路組成。
4．1 串聯(lián)分壓式三極管控制電路
    圖4為串聯(lián)分壓式三極管控制電路，該電路由熱敏電阻器NTC、晶體管BJT等元件構(gòu)成。圖中，R1是保護(hù)電阻，防止熱敏電阻R2降低較多時(shí)BJT基極電壓過大而使其損壞。同時(shí)熱敏電阻和可調(diào)電阻R4形成分壓電路，調(diào)節(jié)可調(diào)電阻控制晶體三極管VQ1的基極電壓，控制VQ1的導(dǎo)通和截止。

4. 2 555多諧振蕩器
    555定時(shí)集成電路構(gòu)成的多諧振蕩器是一種常用的充放電回路分開的振蕩器。通過調(diào)整此振蕩器可產(chǎn)生一定頻率和占空比的電平信號(hào)，觸發(fā)雙向可控硅抑制其導(dǎo)通或截止，形成自動(dòng)開關(guān)。
4．3 雙向可控硅控制電路
    多諧振蕩器所產(chǎn)生的矩形波控制雙向可控硅的導(dǎo)通，從而控制電烙鐵加熱與斷電的時(shí)間間隔。555多諧振蕩器輸出高電平時(shí)，觸發(fā)雙向可控硅使之導(dǎo)通；輸出低電平時(shí)觸發(fā)雙向可控硅使之截止。

5 指示電路
    為了顯示電烙鐵工作狀態(tài)，設(shè)計(jì)中增加了工作狀態(tài)指示電路。紅色發(fā)光二極管LED和保護(hù)電阻串聯(lián)后再與電熱絲并聯(lián)在220 V電壓兩端，當(dāng)電烙鐵工作時(shí)LED指示燈為紅色，以指示用戶。
    綠色發(fā)光二極管和三極管集電極串聯(lián)。三極管導(dǎo)通，多諧振蕩器通過放電回路放電，發(fā)光二極管為綠色，以指示用戶電烙鐵已處于斷電停止工作狀態(tài)。

6 電路工作原理
    圖5為可控溫度電烙鐵電路，接通220 V電源后，由于熱敏電阻阻值較大，通過分壓使VQ1處于截止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)電源向電容C3充電，使得555集成電路構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生高電平信號(hào)，觸發(fā)雙向可控硅導(dǎo)通，電烙鐵通電工作。隨著通電加熱時(shí)間增加，電烙鐵中電熱絲溫度升高，附在電熱絲上的熱敏電阻阻值降低，V Q1基極電壓升高，當(dāng)達(dá)到一定值時(shí)，VQ1導(dǎo)通，555定時(shí)器與之構(gòu)成的放電回路通過三極管開始放電。此時(shí)，多諧振蕩器產(chǎn)生低電平觸發(fā)雙向可控硅截止。電烙鐵停止加熱。之后，隨著電熱絲溫度降低，熱敏電阻阻值升高，VQ1再次截止，555多諧振蕩器產(chǎn)生高平信號(hào)觸發(fā)雙向可控硅使之導(dǎo)通，電烙鐵再次通電，如此周而復(fù)始，使得電烙鐵自動(dòng)處以用戶設(shè)定的溫度范圍內(nèi)。
    通過調(diào)節(jié)可變電阻器，設(shè)定電烙鐵溫度。其工作原理是通過調(diào)節(jié)可變電阻，控制晶體三極管導(dǎo)通與截止時(shí)間，即控制雙向可控硅導(dǎo)通截止時(shí)間。進(jìn)而控制電烙鐵通電工作時(shí)間。最終使得電烙鐵根據(jù)用戶需要產(chǎn)生不同溫度范圍，實(shí)現(xiàn)其多范圍和自動(dòng)功能。

7 設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
    (1)NTC選擇NTC熱敏電阻根據(jù)其溫度特性可分為功率型、補(bǔ)償型、測(cè)溫型等。根據(jù)設(shè)計(jì)需求，選用測(cè)溫型NTC熱敏電阻，此熱敏電阻器阻值對(duì)應(yīng)溫度變化精度可達(dá)0.1℃．感溫時(shí)間少于10 s，完全滿足設(shè)計(jì)要求。
    (2)可控硅的選擇在選擇可控硅時(shí)，主要考慮其參數(shù)，諸如額定平均電流，正反向峰值電壓，控制級(jí)的觸發(fā)電壓，控制級(jí)觸發(fā)電流。由于器件資料手冊(cè)給定的參數(shù)都是在規(guī)定條件下測(cè)定，而實(shí)際使用環(huán)境往往與規(guī)定條件有所不同，而且極有可能發(fā)生突發(fā)事故超過其規(guī)定承受。其保護(hù)措施只能限制過壓，而不能完全消除過壓。所以為了確保可控制在安全電壓下工作，特別是在交流220 V的情況下應(yīng)按額定電壓為實(shí)際工作電壓的最大值的2～3倍來選用可控硅，針對(duì)該設(shè)計(jì)外加的電壓為交流220 V，其有效值轉(zhuǎn)換最大值約為310 V，取2～3倍裕量，至少要選用600 V以上，最好是900 V。

8 結(jié)語
    基于555定時(shí)器的可控溫度電烙鐵比傳統(tǒng)的電烙鐵更實(shí)用，并具備反應(yīng)靈敏、體積小巧、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于生產(chǎn)、高性價(jià)比等特點(diǎn)，可以在多種焊接工藝中使用，因此前景廣闊。