| | Паяльные системы с динамическим термоуправлениемДмитрий Колесов (г. Москва)
E-mail: dak@argus-x.ru
На протяжении многих десятилетий основной задачей большинства паяльных станций было управление температурой холостого хода наконечника. Однако более важным параметром является температура паяемого контакта, которая в процессе пайки меняется с различной скоростью в зависимости от собственной теплоемкости соединения и теплоемкости наконечника. При этом на легких контактах могут возникать непредсказуемо резкие перепады температур, опасные для печатных проводников и чувствительных компонентов. Современные паяльные системы с динамическим термоуправлением не только поддерживают температуру наконечника, но и управляют динамикой нагрева паяемого соединения, создавая оптимальные условия для работы флюса, формирования контакта и гарантированной безопасности компонентов и проводников. В этой статье рассказывается о паяльных системах с динамическим термоуправлением и примерах их реализации.
В настоящее время для реализации динамического термоуправления существуют два метода: естественный и искусственный. Первый метод подразумевает управление процессом нагрева за счет законов физики, а второй — за счет электронной схемы, которая искусственно воспроизводит работу тех же законов. Характерной особенностью всех „динамических» паяльников является исключительно малый вес, а значит и теплоемкость наконечника и нагревательного элемента. Большая теплоемкость препятствовала бы точному управлению динамикой нагрева паяльника. Кроме того, облегченные наконечники не накапливают тепла, а, следовательно, не создают теплового удара при касании легких контактов или компонентов. И, наконец, отсутствие тяжелого нагревателя и наконечника позволили создать намного более эргономичный инструмент (рис. 1).
Типичными и, пожалуй, единственными представителями инструментов с естественным динамическим термоуправлением являются индукционные паяльные системы, получившие широчайшее распространение в последние десятилетия. Рассмотрим их работу на примере индукционной паяльной станции "METCAL MX-5000" (рис. 2) компании OK International.
Техническая справка. Система MX-5000 построена на базе 2-канального блока питания, представляющего собой генератор переменного тока напряжением 24 В и частотой 13 МГц. Блок снабжен индикатором мгновенной мощности (рис. 4), а также интеллектуальной системой контроля цепи заземления для полной электромагнитной и антистатической защиты. MX-5000 поддерживает работу индукционного паяльника и термопинцета, предназначенных для монтажа и замены большинства поверхностных компонентов. Вместо наконечников применяются активные картриджи мощностью до 80 Вт.
Основным элементом системы MX-5000 является индуктор — катушка, намотанная непосредственно на наконечник паяльника (рис. 3). В свою очередь, наконечник выполнен из бескислородной меди, обеспечивающей максимальную теплопроводность. Хвостовая часть наконечника имеет ферромагнитное покрытие с определенной температурой размагничивания, известной в физике, как точка Кюри. При включении паяльной станции катушка создает постоянно действующее переменное магнитное поле, наводящее на поверхности наконечника вихревые токи (так называемые токи Фуко). Поскольку ферромагнитное покрытие препятствует проникновению магнитного поля вглубь наконечника, а также благодаря поверхностному эффекту, токи Фуко протекают только в поверхностном слое, то есть как раз в ферромагнитном покрытии. Из-за большого сопротивления ферромагнетика вихревые токи вызывают интенсивный нагрев наконечника. Через пару секунд после включения достигается температура точки Кюри, при которой ферромагнетик теряет магнитные свойства. Магнитное поле, а следовательно и вихревые токи перемещаются вглубь наконечника, а поскольку это уже слой чистой меди с незначительным сопротивлением, наведенные токи уже не вызывают нагрева, и температура холостого хода наконечника стабилизируется в точке Кюри.
Рис. 1. "Динамический" паяльник отличается небольшим весом и размером наконечника, и как следствие — прекрасной эргономикой
Рис. 2. Индукционная паяльная станция "METCAL MX-5000" — система с динамическим термоуправлением
Во время пайки при малейшем отклонении температуры от точки Кюри мгновенно восстанавливаются магнитные свойства ферромагнетика, и нагрев возобновляется. Причем, чем больше теплоемкость паяемого контакта, тем больше отклонение от точки Кюри, и тем большую мощность будет отдавать паяльник (рис. 5). Так происходит автоматическое управление мгновенной мощностью, вследствие чего скорость нагрева легких и тяжелых контактов уже не зависит от их теплоемкости, как в случае с классическим паяльником, а остается постоянной и определяется только выбором наконечника с определенным ферромагнетиком. Так за счет законов физики достигается полный контроль процесса нагрева, исключающий резкие перепады температур и обеспечивающий более высокое качество и более безопасную пайку.
Подобный алгоритм работы инструмента может быть также реализован с помощью электронной системы управления с обратной связью, контролирующей не только температуру, но и динамику ее изменения. Наиболее ярким примером системы с динамическим управлением являются термоинструменты серии IntelliHeat компании РАСЕ. Серия представлена динамическим паяльником TD100, термопинцетом MT100 и термоэкстрактором TP100 (рис. 6).
Полностью статью можно прочитать в бумажной версии журнала | |
