Паяльная станция своими руками

Сборка комплекта на жалах Hakko

Простая паяльная станция, а точнее комплекты для ее сборки на специальных жалах Hakko, популярные на торговой площадке Алиэкспресс. На сайтах продавцов также есть инструкция и схема соединений. Пользователю останется только найти корпус и соединить детали.

Особенность установки — инновационные жала HAKKO T12 которые чрезвычайно быстро разогреваются и не прогорают.

Потребуется выключатель, разъем для питающего шнура тип AS-Евровилка. Эти элементы могут быть в комплекте или же их можно заказать вместе с основными частями. На лицевую сторону выносятся разъемы для паяльника, пульт управление температурой и иными параметрами.

На плате дорожка («test») для управления настройками не соединенная, для доступа к регулировке ее контакты надо спаять.

В настройках есть возможность выставлять шаг регулировки t°, делать ее программную калибровку. Такая функция доступная прямо в процессе работы паяльника — реж. Р10, Р11. Как это сделать: нажать на энкодер, удерживать его пару сек., перейдем в Р10, затем кратковременным нажимом меняем шаг (сотни, десятки, единицы). Поворачивая ручку, меняем значение, потом снова жмем и пару сек. держим селектор энкодера — настройка сохраняется и совершается переход в Р11 и так далее. А двухсекундное нажатие возвращает в рабочий режим.

Если зажать включатель энкодера и подавать питание к контроллеру, то попадем в более объемное меню:

Блок питания надо докупить отдельно, хватит на 24 В, в зависимости от значения, на которое рассчитан паяльник. Можно обойтись и внешним БП 24 В, выдающим до 4 А.

БП можно создать и самостоятельно из следующего:

• понижающий советский трансформатор;
• готовая сборка с диодным мостом KBPC5019;
• сетевые фильтры, они же электролитические конденсаторы для сглаживания пульсаций;
• три параллельно соединенных полевых транзистора IRF730;
• микросхема LM317;
• радиатор охлаждения, вентилятор, подключенный через свой диодный мост.

Напряжение в нашем случае подается на управляющую плату (24.4 В). Опишем, как работает схема. На трансформатор идет напряжение от сети (220 В, 50 Гц), понижается им до 28 В. Выпрямляется диодным мостом, фильтруется конденсаторами, значение возрастает до 35 В. Далее, подается на плату регулировки из полевых транзисторов на основе микросхемы lm317. Подстраиваем подстроечным резистором, получаем 24.4 В постоянного напряжение, которое и запитывает установку.

Что такое паяльная станция

Такое устройство называют ещё паяльной установкой. Это набор инструментов и приспособлений, включающий в себя основные элементы:

• паяльник;
• сменное жало;
• подставка;
• термический фен;
• удалитель олова;
• блок регулировки.

По сравнению с ценой на традиционный инструмент для пайки, такая установка стоит в десятки раз дороже. Перед обычным паяльником станция обладает рядом преимуществ:

• возможность подключать более одного паяльника;
• осуществление точной регулировки с плавной подачей напряжения, по сигналу электронного блока управления;
• защита от воздействия на обрабатываемые элементы статического электричества;
• защита от перегрузки;
• смена насадок на рабочую часть паяльников;
• освобождение поверхностей от излишков припоя.

Кроме того, она предохраняет оператора от поражения электрическим током, по причине подачи питания на паяльники пониженного напряжения. При профессиональной работе или мелком единичном ремонте электронной аппаратуры это устройство повышает качество спаянных соединений.

Станция для пайки с феном

Рассмотрим самый простой вариант, как сделать паяльный фен своими руками.

Внутрь стеклянной трубки помещаем нихромовую спираль накаливания. Все можно взять из нерабочего калорифера. Нить также — из любого нагревательного прибора с ТЭНом. Один конец спирали растягиваем, чтобы он выходил за край, второй остается внутри, концы выводятся и подсоединяются к питанию. Обязательно изолируем их кембриком (стеклотканью), изоляторы можно взять от старого паяльника. От него же берем кожух, вставляем туда собранный узел.

Далее, потребуется отрезок силиконовой, резиновой трубки, ее насаживаем на стеклянную часть. Конструкцию обматываем слоем тканевой изолентой (продается в хозмагазинах), чтобы можно было ее удобно держать. Остается взять обычный аквариумный компрессор. Если эта помпа без диммера, то данный элемент ставят отдельно, простым подсоединением к контактам последнего. Пользователь получит возможность регулировки нагрева.

Создан аналоговый прибор, управляемый вручную, электромеханически, но им можно паять такие же типоразмеры деталей как заводскими и цифровыми установками, например станцией модели 8858 для деталей в корпусе bga. Но более приближенным к такому изделию будет фен по схеме ниже:

Рекомендации по сборке

В домашних условиях проще и дешевле сделать станцию с феном на вентиляторе, где роль нагревателя играет спираль. Керамический нагреватель стоит дорого, а в случае резких изменений температуры может потрескаться. Компрессор сложно сконструировать самостоятельно, и его нельзя присоединить к фену, поэтому от главного блока придется проводить трубу для воздуха, что добавляет неудобств.

Нагнетателем послужит малогабаритный вентилятор (подойдет кулер от блока питания компьютера) возле ручки термического фена. К нему присоединяется трубка, в которой воздух нагревается и выходит на паяемый элемент. На торце кулера вырезается отверстие, через которое в трубку с нагревателем попадает воздух. С одной стороны кулер плотно закрывается, чтобы воздух во время работы шел лишь в трубку, а не выходил наружу. Нагнетатель монтируется в задней части фена.

Нагреватель собрать гораздо труднее. Нихромовая проволока спиралью накручивается на основание. Витки соприкасаться друг с другом не должны. Длина спирали рассчитывается из расчета того, что ее сопротивление должно равняться 70-90 Ом. Основанием может служить основание с низкой теплопроводностью и большой стойкостью к высоким температурам.

При конструировании фена много разных деталей могут быть взяты из старых домашних фенов. В каждом, даже простом и дешевом, устройстве есть слюдяные пластины, из которых для спирали собирается крестообразное основание. Также используются основания старых паяльников либо галогенных ламп для прожекторов. Основание на 5-7 см должно быть не занятым спиралью. От спирали по основанию отводятся концы. Затем эта часть плотно обматывается жаропрочной тканью.

Далее, из фарфора, керамики и подобных материалов делается трубка. Диаметр рассчитывается так, чтобы между ее внутренними стенками и спиралью оставался маленький зазор. Сверху на сопло наклеиваются термоизоляционные материалы:

• стекловолокно;
• асбест;
• прочее.

Изоляция обеспечит больший КПД фена и позволит спокойно брать его руками.

Нагревательный элемент и трубка-сопло по отдельности соединяются с нагнетателем таким образом, чтобы воздух шел в сопло, а нагреватель находился внутри сопла посередине. Место скрепления сопла и нагнетателя изолируется во избежание пропускания воздуха.

По форме получившаяся конструкция напоминает пистолет. Для удобства к корпусу можно прикрепить держатели и ручки. Специальные насадки покупаются или вытачиваются из термостойкого металла. От изготовленного фена к главному блоку должны отходить четыре провода и выходить из задней части фена. Их рекомендуется собрать вместе и изолировать повторно.

В корпусе блока размещаются два реостата, один из которых регулирует мощность потока воздуха, а другой – мощность нагревательного элемента. Лучше, если выключатель для нагревателя и нагнетателя будет общим. Завершающее действие – устройство выхода для розетки.

Принцип работы и общие характеристики

Паяльная станция, а иногда ее называют станком или установкой это устройство, которое широко применяют и в быту, и в электронике, и электротехнике. Основное предназначение этого оборудования – групповая или единичная пайка деталей.

В конструкцию этого оборудования входят следующие компоненты:

1. Блок управления, который контролирует рабочие параметры работы устройства.
2. Паяльник, предназначенный для выполнения пайки.
3. Пинцет, участвующий в сборке/разборке элементов, устанавливаемых на печатную плату.
4. Фен, который предназначен для нагрева сборочного места. Его можно использовать для выполнения как единичных, так и групповых операций.
5. Источник тепла, используемый для нагрева печатной платы для определенной в технологическом процессе температуры.
6. Прибор для удаления лишнего олова.
7. Вспомогательную оснастку – подставки и пр.
8. Браслеты, которые снимают статическое напряжение.

Самодельная паяльная станция

Самые простые станции включают в себя паяльники, контролирующего прибора и подставки под паяльник. Ключевое отличие станции с феном от традиционного паяльника заключается в том, использование этого станка позволяет не только соединять между собой детали, но, при этом оптимизировать температурный режим. В состав станции входят различные приспособления, которые не только повышают производительность, но и обеспечивают безопасность работника.

И конечно нельзя забывать то, что паяльные станции с феном оснащены приспособлением для снятия статического напряжения.

Характеристики, а так же принципы работы станции с феном не отличаются большой сложностью, и это позволяет, соорудить паяльную станцию с феном своими руками.

Особенности устройства

Станция имеет такие преимущества как:

1. Меню настроек.
2. Две кнопки «памяти», то есть два предустановленных температурных режима для паяльника и фена.
3. Таймер перехода в спящий режим, установить таймер можно в настройках.
4. Цифровая калибровка паяльника, также находится в настройках.
5. Построена на бюджетных комплектующих.
6. Печатная плата разработана мной под корпус от БП ПК, так что с корпусом тоже не возникнет проблем. 
7. Для питания станции можно применить ту же плату от блока ПК, немного переделав под нужные 20-24v(зависит от трансформатора), благо размеры корпуса позволяют это сделать. Можно немного укоротить радиаторы, так как для питания нам нужно всего лишь 24v и 2-3 ампера и сильного нагрева силовых транзисторов и диодной сборки не будет.
8. В прошивке заложен «Пи» алгоритм регулирования нагрева фена, что даёт равномерный нагрев спирали фена и отсекает ИК излучение в моменты включения фена. В общем при умелом пользовании фена ни одна деталька не «прижарится» раньше времени.

Какую выбрать?

Есть несколько базовых характеристик, влияющих на выбор станции. Среди них:

• комплектация – то есть наличие дополнительных элементов, которые входят в набор вместе с самим паяльником (термопинцет, различные держатели и прочие детали);
• мощность – считается, что большая часть паяльных работ проводится с помощью станций с мощностью 60-90 Вт;
• вид нагревательного элемента – как уже говорилось выше, керамический сегодня наиболее востребован;
• тип управления – более надежными справедливо считаются цифровые станции.

Если нужны конкретные бренды, то и среди профи, и среди радиолюбителей лидируют такие марки как Ersa, Zubr, Hakko, Lukey, Aoyue.

Изготовление своими руками

Высокая стоимость ИК паяльной станции (60-150 тыс. руб.) стимулирует домашних мастеров к изготовлению такого оборудования самостоятельно. При наличии определённого опыта сделать своими руками самодельный инфракрасный паяльник вполне реально. Материальные затраты обычно не превышают 10 тыс. руб. Нужно подготовить материалы и компоненты, необходимые для сборки ИК станции.

Детали для самодельного прибора

Для сборки инфракрасной паяльной станции своими руками понадобится следующее:

• лист жести;
• гибкая спиральная металлическая трубка светильника;
• рычажный штатив от старой настольной лампы;
• галогеновые лампы;
• оцинкованная мелкая сетка;
• алюминиевый профиль в виде узких реек;
• 2 термопары;
• плата Ардуино Mega 2560 R3;
• плата SSR 25-DA2x Adafruit MAX31855K – 2 шт.;
• адаптер постоянного тока 5 вольт, 0,5 А;
• провода.

Сборка

Монтаж паяльной станции состоит из нескольких этапов:

1. Термостол;
2. Инфракрасный нагреватель;
3. ПИД-регулятор на Ардуино.

Термостол

Делать термостол своими руками желательно в условиях оборудованной домашней мастерской. Конструкция представляет собой нижний нагреватель, состоящий из следующих компонентов:

• корпус, отражатель, лампы;
• система крепежа платы;
• гибкая трубка термопары;
• светильник.

Корпус

1. Основу термостола изготавливают в виде рамы из Г-образного жестяного профиля. Можно полосы металла согнуть уголком. Ножницами делают вырезы и по ним сгибают металл, соединяя части саморезами.
2. Проём закрывают металлической сеткой. Чтобы она не прогибалась, над сеткой протягивают металлические прутки в поперечном и продольном направлениях.

Установка металлической сетки

1. Старый галогеновый светильник разбирают, освобождая отражатель от ламп. Его обрезают по внутреннему периметру корпуса.
2. Лампы возвращают на место. Нагреватель вставляют в опорную раму снизу.

Монтаж отражателя

Система крепежа платы

Алюминиевую рейку разрезают на несколько отрезков. В них просверливают монтажные отверстия.

Два отрезка профиля закрепляют на широких бортах корпуса, в канавках которых будут передвигаться винтовые фиксаторы поперечных реек. Всё станет понятно из нижнего фото.

Крепёж платы

Гибкая трубка термопары

Спиральную металлическую трубку устанавливают в одном из углов рамы, протягивают провода термопары. Длина трубки должна обеспечивать доступ термопары ко всей рабочей зоне станции.

Светильник

На конце гибкой трубки закрепляют патрон с пятивольтовой лампочкой с отражателем. Основание металлического шланга крепят в углу рамы так же, как и в предыдущем случае.

Верхний нагреватель

Инфракрасный излучатель состоит из двух элементов, это:

1. Керамическая пластина в корпусе.
2. Держатель.

Крепление штатива к корпусу верхнего нагревателя

Керамическая пластина в корпусе

Дополнительная информация. Вмонтированный в верхнюю плоскость корпуса ИК пластины кулер от компьютера поможет предохранить радиодеталь от перегрева.

Держатель

Для держателя идеально подходит двухсекционный кронштейн настольного светильника. Основание кронштейна крепят к раме станции. Верхний поворотный шарнир соединяют с корпусом верхнего нагревателя.

ПИД-регулятор на Ардуино

Сделанная ИК станция своими руками обязательно комплектуется блоком управления. Для него нужно сделать отдельный корпус. Внутри помещают плату Ардуино и ПИД регулятор. Примерная схема компоновки деталей блока управления станцией видна на фото.

Блок управления ИК станции

Микропроцессорная платформа Arduino Mega 2560 R3 управляет режимами нагрева керамического ИК излучателя и платформы термостола. К плате Ардуино присоединены провода вентиляторов (верхний и нижний), ПИД регулятора, термопар и светильника.

Программирование паяльной станции осуществляется через интерфейс контроллера. Его экран отражает текущий процесс нагрева печатной платы с обеих сторон.

Самодельная ИПС

В роли тестера выступают термопары. Они, в конечном счёте, являются источниками информации о состоянии уровня нагрева тыльной стороны печатной платы и верхней поверхности микропроцессора.

Разделение ПС на виды по конструктивным особенностям

Паяльная станция может быть воздушной (термовоздушной), контактной, комбинированной или инфракрасной. Каждый из этих видов имеет свою область применения. Для начала рассмотрим общую информацию по каждому из видов, а после разберёмся, как самостоятельно изготовить наиболее востребованные из них – термовоздушную и инфракрасную.

Контактная ПС – наиболее простой и дешёвый вариант

Контактная паяльная станция: особенности прибора

Контактная ПС представляет собой обычный паяльник, оборудованный терморегулятором. Регулятор температуры может быть механическим или электронным. Цена такой паяльной станции значительно ниже, чем стоимость остальных видов. Подобное оборудование можно приобрести за 900−1000 руб. Немного выше стоимость контактной ПС с функцией стабилизации нагрева при касании поверхностей. При прикосновении жала к неразогретой печатной плате автоматика увеличивает мощность.

Термовоздушное оборудование для пайки

В конструкцию устройства включён компрессор. Воздух, подаваемый им, проходит через паяльник, нагреваясь от жала. Именно этот нагретый поток воздуха и разогревает печатную плату и припой.

Интересно знать! Существуют специализированные демонтажные термовоздушные паяльные станции. Их компрессор работает в обратную сторону – на всасывание, что позволяет сразу удалять частицы припоя с поверхности.

Термовоздушный прибор позволяет выпаивать труднодоступные для контактной ПС радиодетали

Стоимость демонтажной станции значительно выше. Если обычную термовоздушную ПС «Lukey 852D+ с паяльником» можно приобрести за 5300 руб., то демонтажная «AOYUE 701A++» обойдётся в 13000 руб.

Комбинированные ПС и их особенности

В этих станциях присутствует два вида – контактная и термовоздушная. При помощи термофена разогревается печатная плата, после чего довольно легко элементы выпаиваются жалом.

Мнение эксперта

Артём Крикунов

Консультант по подбору инструмента ООО «ВсеИнструменты.ру»

Спросить у специалиста

“Наиболее распространённый рабочий диапазон температур – от +120 до +420°С. Этого достаточно для работы со всеми разновидностями радиоаппаратуры, существующей на сегодняшний день”.

Примеры паяльных станций различных видов:

Принципиальная схема

Изначально, в авторском варианте, схема была выполнена полностью на SMD компонентах (в том числе и atmega8) и на двухсторонней плате. Повторить её для меня, и думаю большинства радиолюбителей, не представляется возможным. Поэтому перевел схему и разработал плату на DIP компонентах. Конструкция выполнена на двух печатных платах: высоковольтная часть  сделана на отдельной платке во избежание наводок и помех. Паяльник применён с термопарой, на 24v 50w от станции «Baku».

Фен применен от этой же фирмы, c термопарой в качестве датчика температуры. Имеет нихромовый нагреватель с сопротивлением около 70 ом и «турбинку» на 24v. На экране отображается температура: заданная и фактическая для фена и паяльника, сила воздушного потока фена(отображается в виде горизонтальной шкалы в нижней строчке экранчика).

Для увеличения, уменьшения температуры и потока воздуха турбинки: переносится курсор кратковременным нажатием на энкодер, и поворачивая влево или вправо устанавливается нужное значение. Удерживая первую или вторую кнопку памяти можно запомнить удобную для вас температуру и при следующем использовании, нажав на память, сразу пойдет нагрев до установленных в памяти значений. Запуск фена осуществляется нажатием на кнопку «Fen ON», которая находится на лицевой панели, но можно вывести её на ручку фена, использовав проводки идущие на геркон, так как в данной станции он не используется. Для перехода фена в спящий режим: также нужно нажать на кнопку «Fen ON», при этом нагрев фена прекратится, а турбинка фена будет остужать его до заданной температуры(от 5 до 200 градусов), которую можно выставить в настройках.  

Для чего нужна паяльная станция: области применения

Обычный паяльник может разогреваться до 400°С. Такая температура вполне подходит для пайки проводов или ремонта микросхем времён СССР. Но если нужно работать с новыми печатными SMD-платами, нужен совершенно другой температурный режим – 260−280°С. В противном случае место замены одной радиодетали мастер испортит несколько элементов вокруг. Здесь и приходит на помощь паяльная станция, которая позволяет настроить оптимальную температуру.

Полезная информация! Работа с паяльной станцией (ПС) требует некоторых навыков. Поэтому перед тем как выбрать паяльную станцию и использовать её для ремонта дорогостоящего и сложного оборудования, стоит потренироваться на ненужных печатных платах. В противном случае есть риск окончательно испортить технику.

Такие ПС являются многофункциональными – можно разогреть печатную плату, тогда выпаять элемент будет проще