Reflow-Lötheizplatte - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:20

Das Löten von winzigen SMD-Bauteilen kann eine ziemliche Herausforderung sein, aber der Prozess kann auch automatisiert werden. Dies kann durch Auftragen von Lötpaste und Einbrennen erfolgen, entweder in einem (Reflow-)Ofen oder auf einer Kochplatte (wie einer Kochplatte in Ihrer Küche). Im Internet habe ich viele DIY-Reflow-Öfen gesehen; Meiner Meinung nach haben sie einen großen Nachteil: Sie brauchen viel Platz. Also beschloss ich, stattdessen eine Kochplatte zu bauen.

Die Kochstelle ist vollständig programmierbar, sodass jedes Reflow-Profil hinzugefügt werden kann. Der Reflow-Prozess ist dann vollständig automatisiert. Lass uns bauen!

Schritt 1: Teile & Werkzeuge

Teile

• Kochplatte, ich habe meine aus einem alten Wok
• Halbleiterrelais (SSR)
• Netzkabel
• USB-Netzstecker (US-Stecker)
• LCD
• Prototyping-Platine
• Arduino Nano
• Buchsenleisten
• Thermoelement Typ K + Verstärker MAX 6675
• Druckknopf
• USB-auf-Mini-USB-Kabel

Werkzeuge

• Klemmen
• Holzkleber
• Laserschneider
• Bohren
• Lötkolben

Schritt 2: Der Fall

Für den Fall haben wir zwei Möglichkeiten, abhängig von Ihrer Kochstelle. Eine erste Möglichkeit besteht darin, das vorhandene Gehäuse zu modifizieren. Dies ist praktikabel, wenn es groß genug ist, um ein SSR, LCD usw. aufzunehmen. In meinem Fall war jedoch nicht genügend Platz vorhanden, sodass ich ein neues entwerfen musste.

Das Gehäuse besteht aus lasergeschnittenem MDF. Aufgrund des lebenden Scharniers kann diese Konstruktion nur auf einem Lasercutter hergestellt werden: Kleine Schlitze im MDF ermöglichen es, sich zu biegen. Die Teile können als Puzzle zusammengeklebt werden, nur genügend Klammern verwenden. Fügen Sie die Kochplatte hinzu und befestigen Sie sie (meine ist mit Schrauben im Boden befestigt).

Einige zusätzliche Löcher müssen gebohrt werden: eines für das Netzkabel, eines für die Taste und zwei für das LCD. Auf diese Weise kann jeder Knopf, LCD, …, den Sie herumliegen haben, passend gemacht werden. Das LCD kann dann zusammen mit dem Taster verschraubt werden.

Das Thermoelement sollte fest gegen die Heizplatte gedrückt werden. Bohren Sie ein Loch und führen Sie das Thermoelement durch. Als nächstes sollte es gegen das MDF gedrückt werden. Ich habe einen kleinen Blechstreifen verwendet, aber Sie können auch Klebeband oder einen Kabelbinder verwenden (bohren Sie 2 Löcher neben dem Thermoelementloch und führen Sie den Kabelbinder durch).

Beachten Sie Folgendes: Sie fragen sich vielleicht, ob die Verwendung von MDF in Kombination mit einer 250°C-Kochplatte eine gute Idee ist. Im Allgemeinen ist dies nicht der Fall, aber ich habe so argumentiert, dass dies keine Gefahr darstellt.

Die MDF-Teile berühren nur die Füße der Kochstelle, die deutlich kühler (max. 60°C) als die Oberseite der Kochstelle sind. Überall sonst sind MDF und Kochplatte durch einen kleinen Luftspalt getrennt. Da Luft ein sehr guter Isolator ist, erwärmt sich das MDF überhaupt nicht, geschweige denn entzündet sich. Außerdem ist die Temperatur nur während einiger Minuten hoch, so dass die Beine nie die gleiche Temperatur wie die Oberseite erreichen können (Steady-State wird nie erreicht).

Ich habe die Fusion 360-Datei hinzugefügt, damit Sie sie an Ihre Bedürfnisse anpassen können. Berücksichtigen Sie einfach die obige Warnung, wenn Sie das Design für Ihre eigene Kochstelle abstimmen.

Schritt 3: Elektronik

Der elektronische Teil dieses Projekts ist recht einfach, wir müssen nur einige Module miteinander verbinden. Die Temperatur erhält der Arduino von einem Thermoelement, dessen Signal vom MAX6675 verstärkt wird. Es zeigt dann die Temperatur auf einem LCD an und schaltet bei Bedarf ein Halbleiterrelais (SSR). Auf dem Diagramm ist alles dargestellt.

Niederspannung

Da sie nicht viel Strom verbrauchen, können wir einfach alles an die Arduino-Pins anschließen und die erforderlichen Pins für Strom und Masse konfigurieren.

Aufgrund einiger Platzbeschränkungen ist es nicht so sauber geworden, wie ich gehofft hatte. Ich montierte alles auf ein kleines Stück Perfboard, das an die Rückseite des LCD-Bildschirms gelötet wurde. Der MAX6675 wurde mit doppelseitigem Klebeband auf die Rückseite geklebt.

Der Arduino wird über den Mini-USB-Port mit Strom versorgt, also verbinden wir ihn über ein USB-Kabel mit dem Power-Brick. Es ist eine gute Idee, das System an dieser Stelle zu testen, bevor Sie fortfahren.

Hochspannung

Jetzt können wir die Kochstelle selbst anschließen. Da es sich um eine Netzverkabelung handelt, sollten wir sehr vorsichtig sein: Stellen Sie sicher, dass bei Arbeiten daran alles ausgesteckt ist!

Zuallererst sollten wir die Kochstelle erden, um einen Stromschlag zu vermeiden, falls etwas schief geht. Isolieren Sie das Netzkabel ab und schrauben Sie das gelb/grüne Erdungskabel fest mit dem Gehäuse.

Als nächstes verbinden wir die beiden Anschlüsse der Kochstelle über das SSR mit dem Stromnetz. Schließen Sie das stromführende Kabel (Farbcode hängt von Ihrem Land ab) an einer Seite des SSR an. Verbinden Sie die zweite Seite des SSR über ein kurzes Kabel (gleicher Durchmesser/Durchmesser wie das Netzkabel) mit der Kochstelle. Das andere Ende der Kochstelle geht zum Neutralleiter. Ich habe ein Bild der Verkabelung hinzugefügt, bevor ich die Kochplatte in das Gehäuse montiert habe, um dies zu verdeutlichen.

Das Verdrahten des Netzteils ist einfacher: Das stromführende Kabel geht an einen Anschluss und der Neutralleiter an den anderen. Obwohl ich in Europa lebe, habe ich dafür ein US-Netzteil verwendet: Die Löcher in den Zinken sind sehr praktisch, um Kabelschuhe anzubringen.

Das schließt die Elektronik ein, jetzt können wir mit Code etwas Leben hineinblasen.

Schritt 4: Programmierung

Der Code macht aus einem dummen Wok eine Reflow-Kochplatte. Es ermöglicht uns, die Temperatur präzise zu steuern und benutzerdefinierte Reflow-Profile hinzuzufügen.

Reflow-Profile

Leider ist das Reflow-Löten nicht so einfach wie das Einschalten der Heizung, Warten und wieder Ausschalten. Die Temperatur muss einem bestimmten Profil folgen, dem sogenannten Reflow-Profil. Eine gute Erklärung finden Sie hier oder an anderen Stellen im Internet.

Der Code ermöglicht das Speichern mehrerer Profile, um unterschiedliche Anforderungen zu erfüllen (hauptsächlich bleihaltiges oder bleifreies Lot). Ein einfacher Tastendruck wechselt zwischen ihnen. Sie werden in Times_profile und Temps_profile hinzugefügt, die beide 4 Spaltenvektoren sind. Die erste Kolonne ist für die Vorwärmphase, die zweite für die Einweichphase, dann das Hochfahren und schließlich die Aufschmelzphase.

Steuerung der Kochstelle

Die Kochplatte so anzutreiben, dass sie dieser Flugbahn folgt, ist nicht einfach. Die Wissenschaft dahinter heißt Kontrolltheorie. Hier kann man sehr in die Tiefe gehen und den perfekten Controller entwerfen, aber wir werden es so einfach wie möglich halten und trotzdem ein gutes Ergebnis gewährleisten. Die Eingabe in unser System ist das SSR, das es ein- oder ausschaltet, und die Ausgabe ist die Temperatur, die wir messen können. Durch Ein- oder Ausschalten des SSR führen wir basierend auf dieser Temperatur Feedback ein, und das ermöglicht uns, die Temperatur zu steuern. Ich werde den Vorgang so intuitiv wie möglich erklären und erklären, wie Sie Ihre spezifische Kochstelle charakterisieren können, um mit dem von mir erstellten Code zu arbeiten.

Wir alle wissen, dass beim Einschalten einer Heizung diese nicht sofort heiß wird. Es gibt eine Verzögerung zwischen dem Einschalten (Aktion) und dem Erhitzen (Reaktion). Wenn wir also eine Temperatur von 250°C erreichen wollen, sollten wir die Kochstelle einige Zeit vorher ausschalten. Diese Verzögerung kann gemessen werden, indem die Kochstelle eingeschaltet und die Zeit zwischen dem Einschalten und der Temperaturänderung gemessen wird. Nehmen wir an, die Verzögerung beträgt 20 Sekunden. Tragen Sie dies für die Variable "timeDelay" ein.

Eine andere Betrachtungsweise wäre: Wenn wir die Heizung bei 250 °C abschalten, würde sie einen höheren Wert erreichen – sagen wir 270 °C – und dann etwas abkühlen. Die Temperaturdifferenz beträgt in unserem Fall das Überschwingen - 20°C. Tragen Sie dies für die Variable "overShoot" ein.

Fazit: Bei Erreichen von 250 °C müssen wir die Kochstelle bei 230 °C ausschalten und weitere 20 Sekunden warten, bis die Kochstelle diese Überschreitungstemperatur erreicht hat.

Wenn die Temperatur gesunken ist, sollte sich die Kochstelle wieder einschalten. Das Warten auf einen Abfall von 20°C würde kein schönes Ergebnis liefern, daher wird ein anderer Schwellenwert verwendet. Dies wird als Steuerung mit Hysterese bezeichnet (verschiedene Werte zum Ein- und Ausschalten). Kleine Stöße von maximal 10 Sekunden werden verwendet, um die Temperatur zu halten.

Messungen

Um den Controller zu überprüfen, habe ich die Daten über Putty (ein serielles Terminal für den PC mit einigen tollen Funktionen) in eine Excel-Datei protokolliert. Wie Sie sehen, ist das erzeugte Reflow-Profil mehr als gut genug. Nicht schlecht für billigen elektrischen Wok!

Schritt 5: Testen & genießen

Wir sind fertig! Wir haben aus einem alten Wok eine Reflow-Kochplatte gemacht!

Stecken Sie die Heizplatte ein, wählen Sie ein Reflow-Profil und lassen Sie die Maschine die Arbeit machen. Nach wenigen Minuten beginnt das Lot zu schmelzen und verlötet alle Bauteile. Achten Sie nur darauf, alles abkühlen zu lassen, bevor Sie es berühren. Alternativ kann er auch als Vorwärmer verwendet werden, was bei Boards mit großen Masseflächen praktisch ist.

Ich hoffe, Ihnen hat das Projekt gefallen und Sie haben Inspiration gefunden, etwas Ähnliches zu machen! Fühlen Sie sich frei, meine anderen instructables zu überprüfen: