2020年4月16日 星期四

控制紅外線燈


本實驗室因為好奇嘗試控制紅外線燈泡, 想做一個簡易的紅外線拆焊台
經過了一些嘗試, 抄了別人家的線路才做出來, 計畫有成功, 只是測試了一下...
Errrr.... 這性能很糟糕哪...
這設備或許可以做其他用途, 但拆焊的話就別用了...

接續前篇 實作 BGA 植球焊接 看了別家的設備:

拆開後看起來好像不複雜, 於是嘗試複製其功能
先附上我的設計資料, 再紀錄測試過程, 我只複製其紅外線燈泡部份功能, 風槍和焊槍並沒有做

燈泡控制部份線路:

抄上面機器左下角帶散熱器的那張板, 然後做了點小修改
上圖標示 Optional 部份網路上查到是用於電感型負載的保護電路, 本專案應該不用
但因為也就只是電阻電容, 沒多少錢, 廠商設計也有放, 就還是裝上去
電阻會發熱, 最好用功率大些的, 大概 1~2W 的應該就行
藍色線上的元件是和 MCU 接的, 接地和 MCU 一起, 黑色線部份是 AC 12V 的高電流隔離區
那是沒整流過的電流, 沒有所謂接地參考點, 所以用光隔離元件分開
不要把黑線任何部份接到藍線區, 我不知道誤接會怎樣, 可能會爆炸!
所以操作時請仔細檢查, 插電前確認再確認!
完成後測試, 500 歐姆 VR 先轉到最大阻值, 接上燈泡, 5V 串 10K 電阻後給兩個 IREN
然後 12V 送電, 此時燈泡應該要不亮, 若發出強光就是 BTA16 燒了
接著慢慢旋轉 VR, 看到燈亮後再多轉一點點就停下來, 不要轉太多, 會燒掉 BTA16
最後拔掉 5V 供電, 若燈泡會熄滅即是調整完成

MCU 段的電路圖如下:

藍色部份接到燈泡控制電路
溫度感測用的是 3D 列印在用的玻封熱敏電阻, 可耐溫達 350 度, 而且測出來高溫時相符

但因為其阻值較大, 低溫時 ADC 數值會大幅跳動, 若要修這問題可能要像示波器那樣跳不同分壓電阻
這項計畫沒有低溫也要很準這需求, 所以就不實做了
兩個風扇都是筆電用的 5V 風扇, 購買時注意電流, 這風扇有的可以吃到 1A, 我這應用不需要這麼猛的
我買的是 0.18A 和 0.28A 的, 配一個 700mA 的 5V 變壓器模組供電:

超小, 直接從 110V 接過來變壓成 5V 輸出
若用 AC 12V 做 DC-to-DC 還要先整流, 而且大電流抽取時還有可能不穩, 隔離開比較好
紅外線燈泡用 "卡達 862D++ 燈泡", 這是原廠貨, 我買這機器時加價多買一顆備用
由於是隨機器加購比較便宜, 單獨買的話台灣拍賣買大多要一千多元, 掏寶應該會便宜更多
不過 Google 找了一下沒有找到, 只有整機賣, 可能配件要另外問才有

上圖右是原廠燈, 上圖左是別的賣家賣的相容燈, 不要買相容燈, 除非你知道你在做什麼
相容燈和原廠燈都是 15V 10A, 但對同一目標用同參數加熱
原廠若可達 100 度, 相容燈則只能五六十度, 熱功率約減半, 但光功率增強很多
推測可能是能量有較高的比例轉成可見光, 而不像原廠轉成紅外線比較多
賣這燈的賣家還說只是顏色變白功能相同, 其實並不是, 產生熱的性能差很多, 價錢也便宜很多
這應該是照明在用的, 不是加熱用
變壓器我買 12V 8.75A, 這是電料行有的最接近的規格, 其實也不用完全相同

用這威力會弱一些, 但測試出來就算用 15V 給, 其實還是很弱, 所以就不要計較太多了XD
直接接上:

就可以感受到紅外線的熱能

MCU 用的是 MINI52, 程式寫完超過 4K, 要用容量大一點的

韌體源碼:ir-lamp-ctrl.zip

編譯使用和前篇 在 ubuntu 上開發 nuvoton m051 實驗板 相同, 直接可用
程式部份比較需要注意的是溫度和光控部份程式, 溫度部份採用 NTC 電阻
阻值變化表用 ntc.py 這程式產生, 依照的公式參考 Wiki: Thermistor
用裡面的 Steinhart–Hart equation, 都是抄來的, 內容自己去看XD
執行 ntc.py 後把值貼進 ntc.c 裡, 若使用 B 值不同的 NTC 可以自己修改
計算函數 ntc_cal_temp() 收 ADC 值以及上端分壓阻值來計算, 以我的電路來說是 1K
用阻值我認為比較容易確認表有沒有填錯, 這也沒有非常高速要求, 算慢一點沒差

光控部份程式寫在 ir-ctrl.c, 注意定義 CONST_OUTPUT 部份程式
目前採用開 800ms 後關 500ms, 固定這參數輸出, 預設是選這個
我有試過隨溫度改變輸出, 測試結果會無法抵達目標溫度, 調了老半天搞不定就不管了
有興趣的用戶可以拼個 PID 算法試試XD 我搞不定的原因是這晶體會受溫度影響
用示波器夾住 BTA16 的 A1 和 G 腳, 剛啟動時的波形長這樣:


這時亮度不高, 然後經過幾十秒, 亮度會突然增強, 此時波型長這樣:


原廠機器也會這樣, 但電壓較低, 原廠機波型長這樣:

原廠機負壓部份只到 -1.2V, 而我的是 -1.5V, 但都能工作, 我有嘗試換 zener
最初是用 3.3V, 換 3V, 2.7V, 都是 -1.5V, 這電路是抄來的, 我不知道為什麼這貨會動XD
所以也就沒法改, 只知道這樣能用
若使用 800ms/500ms 這樣去點, 幾十秒後就會變亮, 全功率輸出
可是如果下降到 400ms/500ms, 在我風扇散熱下等個幾分鐘亮度都不會變
若用 PID 算法是需要知道當前輸出能力的, 如果輸出無法預測會讓事情變得很複雜
還要加個光感測或電流計去看變亮了沒, 不想搞這麼複雜, 所以直接固定 800ms/500ms

機器操作 Demo:





接著紀錄製作過程
第一次做開關交流電的電路, 找了一下資料, 用 triac, 雙向交流開關

Basic Triacs and SCR Projects and Circuits

網路上的範例很簡單, 這種晶體整合兩個二極體, 給閘極正電順向通車, 給負電則反向通車
從電壓源借個電過來分壓塞到閘極就可以正反都通, 用光觸發開關這分壓過的電就能控制
很簡單對吧? 買個調光器來看, 上面也差不多是這樣, 實測也會動
於是我把 12V 8.75A 變壓器輸出當成電壓源, 然後照網路上的線路抄上去
插電, 開機! 輕鬆燒掉!XD

想說是不是分壓阻值不對, 可是網路上說 110V 分壓成約 30-40V 進閘極
我的源頭電壓才 12V, 應該怎麼也不會燒啊, 還是說它是看電流的? 換接 VR 小心的慢慢轉
結果都是轉到會亮就燒掉, 它就一直恆亮, 關不掉, 買十顆進來全燒了
不是說好電阻分壓就能用嗎? 淦!騙我! (罵而已, 不要揍電腦, 老廝說摔壞的電腦很難修!XD)
於是就去量買來的機器工作狀態

發現它的閘極電壓在 +1V 到 -1.2V 間震盪, 而且電路不是單純分壓
沒辦法的我只好拆下它的控制板, 然後拿電錶到處捅, 追蹤它的線路

上圖是控制板, 到處捅, 不確定的就把零件拔下來, U22 那裡是 OP, 確認後再裝回去
結果畫出電路圖如下:

這個類比的東西真的看不懂, 居然有兩個光隔離開關, 雙向光觸發我在做閃燈時用過, 這接法我懂
但另一個光觸發晶體插過來又串回去的, 我看不懂為什麼這樣接, 半信半疑的複製了一份:

做好冒煙爆炸的心裡準備後插電......淦...居然會動, 太神奇了
這線路網路上沒看過, 是從這一萬多元的機器裡抄來的, 這線路值一萬多元喔, 抄到賺到喔!XD
原廠是抄的還是自己設計的我不知道, 這東西真的是智慧財產的
想起以前的 DIY ZONE, 也是去抄別人廠機線路來開團購, 當時就有人批評盜版
以前不覺的怎樣, 但自己真的去搞發現搞不定, 別人用幾個便宜零件就搞定
真正搞過才會理解別人的勞動成果, 特別是高頻的 RF 電路, 那個連零件擺放位置都有學問
不過市場上競爭又是另外的故事了, 對岸這樣抄來抄去也是常態啊
我所能做的就是尊重來源, 明確指出我抄誰的, 至於會不會有人抄去賣我就不管了
反正就算我不公佈, 要抄的廠商買一台回去就能抄了, 結果一樣, 不要太計較XD
接著買個殼:

上面挖一堆孔:

重新擺放零件提高密度:

5V 接上, 轉可變電阻可以改變亮度, 但注意溫度條件, 轉過頭還是會燒
我拿相容燈轉最亮, 結果原廠燈一換上去 BTA16 就燒了, 每個燈的條件也不同
所以建議冷機狀態轉到會亮再多轉一點就收手, 不要一開始就轉最亮

接著補上 MCU 段電路

由於燈難買, 設備需求只有一台, 就不做電路板了, 直接拉線接一接能動就好
補上 MCU 後再驗證


接著裝殼, 後面挖孔, 接插座, 開關, 和散熱孔

保險絲用 3A, 一開始想說 105W 應該 1.5A 就行, 結果燈一亮就燒! 故加倍到 3A


BTA16 的大電流接線需注意線徑, 要能過 10A 電流, 至少用 18 AWG 線



燒錄線放最上方方便更新韌體


然後買個玻璃杯...



來裝燈泡XD 金屬的也行, 但沒找到便宜的, 就買杯子來裝, 透明耐高溫, 還不用費力鑽孔!


塞個泡綿讓它不亂跑, 簡易固定


完成, 變壓器包絕緣膠帶加強絕緣


帶燈開關插電就亮燈標示



先拿助焊劑測試, 看能不能整桶融化



上圖融了一部分, 但........我加熱了三分鐘才這樣, 這要換成風槍早就連桶子都軟化啦
這也太弱逼了吧!


這是十分鐘後的樣子, 注意中心凹陷處
這現象表示這種紅外線加熱並非如同廣告宣傳的比較均勻, 它一樣是中心較強
而且十分鐘!!太久了吧!給熱風槍十分鐘保證連桶子都液化XD
難道是 12V 8.75A 太少? 並不是喔, 我裝起原機做另一個實驗:

原機控制, 但只開燈, 不開陶瓷加熱, 可以看到原廠量測到溫度 221 度, 我的量到 318 度
這樣的溫度正常應該已經可以拔下來了, 前篇拆 DC 的 GPU 時溫度顯示才 179 度就可以取下了
但現在已經量到 221 還是拔不下來, 接著:

大家看!我甚至可以用手摸四周, 別說燙了, 連溫溫的都沒有, 表示這紅外線也不如廣告說的可以穿透
它只能讓 IC 表面升溫, 但是無法穿透, 因此也就無法加熱到底下的電路板
電路板溫度不上升, 又怎麼可能拆的下來呢?
用熱風槍別說大晶片, 幹個記憶體而已都可以讓板子四周升溫到手不敢靠近的程度
這紅外線砲口徑那麼大卻是中看不中用啊, 以後叫它紅外線燈就好, 別說砲了, 連槍都談不上XD


接著用我的控制器去點, 這是用溫控輸出的程式, 只能 170 度附近
要固定 800ms/500ms 輸出才可繼續升溫, 但也只是 IC 表面升溫, 沒有用


後來改回 800ms/500ms 輸出, 底下還加了燈珠拆焊台, 還是只能到 160 度
這裡燈離晶片距離較遠, 威力會減弱, 但也不可以太近! 因為只加熱表面, 升溫快很快就燒焦表皮!
那前篇 DC 為什麼可以幹下 CPU 和 GPU 呢? 我認為關鍵在底下的陶瓷加熱器
它才是作功的主角, 紅外線燈只是裝飾! 這還真是讓我沒料想到
功率才是一切啊! 後來想想紅外線燈才 150W, 怎麼可能幹得贏 700W 的熱風槍呢?
靠紅外線真的不行嗎? 不! 烤箱裡的紅外線燈管火力超強, 當然能用
但是它吃多少電? 都是千瓦起跳的啊! 所以消耗能量才是關鍵
能量夠不一定做得到, 能量不夠一定做不到!這紅外線燈就只是噱頭, 花了萬元繳學費啊
所以如果要拔大顆的 IC, 還是只能用高價設備, 只是不用萬元
風槍 + 預熱台方案約六千多就有, 功率達到千瓦, 拔小板上大 IC 那種應該就能用了
但如果是電腦主機板那種板子大 IC 也大的, 就只能衝老廝那種數萬元的雙風口加熱台了

我已經準備好一台受害者準備幹它南橋, 看來沒得幹了XD
幹不了大機器, 只能幹助焊劑

花五分鐘液化數十 cc 的助焊劑, 然後用針筒抽出

抽 10 cc, 冷卻時會慢慢從透明變不透明
液態抽出完全不沾手, 一滴也不浪費, 可輕易移除氣泡, 完美的分裝體驗!(就為了這搞兩個月??)


題外話, 現在藥局賣的針筒變了, 筒身少了固定螺紋...
針頭變複雜, 看機構應該是使用後卡死到夾子中, 應該是防止意外刺到同時區分已用過針頭
這種真的是醫療用的, 要舊版可以鎖住針頭的要找設備業者了, 我前篇那針筒就是設備商出貨的
想說只要一隻針筒網購運費不划算, 結果竟然沒得買了, 這隻雖然可以卡緊, 但沒螺紋總擔心會噴掉

這設備計畫就告一段落了, 短期內應該不會再搞這類拆焊設備
這個計畫只是開關燈, 本來是以為三兩下就能搞定, 結果一搞兩個月就過去了, 而且做出來只能庫存無法用
現在玩的玩具都跨兩個以上的專業領域, 會發生很多無法預期的現象, 還會做到翻車XD
一個月發一篇已經不可能了, 只能力拼一季一篇了
這計畫是臨時起意, 不是主線計畫, 主線計畫已經卡半年了, 跨四專業領域, 卡到我頭皮發麻
本計畫是看起來很簡單其實蠻難的, 而主線計畫則是看起來就很難, 做起來很夭壽
目前還沒有看到破關的曙光啊, 這車開得左搖右晃的, 隨時會翻啊XD
套句別老哥的話:生命的意義就在於折騰嘛!XD
折騰一下才會進步, 看看那老哥編 Linux Kernel (影片13:08), 雖然只是設定
說沒經驗的三四天能行, 這我不信啊XD

因為多項因素, 我把散在老家和公司的零件及工具全部整合到身邊, 現在我的房間具有完整設備
再差台可調電源就圓滿了, 特別是現在疫情狀況, 要是走到在家工作這步就可以即時應對
當然, 最好不要走到這步, 這得看政府的態度, 現在對岸的台人和歐美的有差別待遇
偏偏歐美疫情最嚴重卻要我們 "不要太計較", 這也是沒辦法的, 畢竟副總統都當美國阿公了
當然不能對歐美台人太計較, 以後要是搞砸了, 還得躲到美國去依親的, 留國內的只能自立自強了
所以放假我也不想出去了, 除了例行的採購外剩下都停了, 躲家裡嚕管比較安全啊 

4 則留言:

  1. →給閘極正電順向通車, 給負電則反向通車
    給閘極負電也會順向通車,給閘級正電也能反向通車,只是反著用要自備一個電力比較不方便

    燒掉那邊不是很懂怎麼燒的,不過看他電路我懷疑那顆zener有鬼

    有大概在紙上畫一下,TLP521那邊的電路畫成對稱的會比較好思考

    有大概推了一下電的走法,看起來他板子就是工作在第一象限和第三象限
    TRIAC->BTA16
    TLP521->OPTO
    MOC3063->SSR
    A1'->between 330R and 100nF

    A1>A2:
    OPTO=0,SSR=0:
    A1->A1'->G by Cg,G=0,TRIAC OFF
    OPTO=0,SSR=1:
    A2->SSR->A1'->G by resistors,
    A1->A1'->G by Zener,
    G=A1-Zener=-3V,TRIAC ON(Quadrant 3)
    OPTO=1,SSR=0:
    A1->A1'->G by OPTO,G=0,TRIAC OFF
    OPTO=1,SSR=1:
    A1->A1'->G by OPTO,//strong
    A2->SSR->A1'->G by resistors,//weak
    so G=0,TRIAC OFF

    A1A1'->G by Cg,G=0,TRIAC OFF
    OPTO=0,SSR=1:
    A2->SSR->A1'->G by resistors,G>A1,TRIAC ON(Quadrant 1)
    OPTO=1,SSR=0:
    A1->A1'->G by OPTO,G=0,TRIAC OFF
    OPTO=1,SSR=1:
    A1->A1'->G by OPTO,//strong
    A2->SSR->A1'->G by resistors,//weak
    so G=0,TRIAC OFF

    如果照wiki講的都操作在第二第三象限,電路應該不會這麼花,但是就要像上面說的,自備一組電源,就算是趁其中一個半周放個電容做半波整流應該也行;但是這電路和應用看起來就是高熱,放電容應該壞很快

    最後我還是不能理解,他為什麼要做成兩個控制訊號?因為推算起來TLP521就是個DISABLE,MOC3063才是真正重要的部份才是

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    1. wiki 應該是 https://en.wikipedia.org/wiki/TRIAC 吧?
      自備電力的就不考慮了, 要同相位很麻煩, 還是借用電壓源的比較容易
      分析部份你寫 G=A1-Zener=-3V 這裡, 我量到的不是這樣, 我有在 A' 和 A1 接示波器
      我印象中 (沒有留紀錄) 它會在 +3v ~ -Xv 間震盪, X 大於 3 很多, 多少忘了
      即是 A2 > A1 時才會停在 3v, 反向時會差更多, 原廠機這兩個二極體外觀很像
      一開始我還以為都是 1N4148, 可是畫完電路圖覺得很奇怪, 仔細看發現另一顆沒印 4148
      才用示波器插了一下, 看它 3v 截止猜它是顆 zener, 然後放上去也剛好會動
      我也認為 zener 應該是關鍵, 但奇怪的是換了波型沒有改變, 電壓值也沒變, 非常奇怪
      還是說原廠機上那顆其實不是 zener, 我亂猜剛好會動?XD

      看了一下 wiki, 我注意到一個別的東西, 那就是圖四:等效電路
      Figure 4: Equivalent electric circuit for a TRIAC operating in quadrant 1
      網路上的調光器電路是電壓源分壓後會進一顆 DIAC 才進閘極, 應該是保護防止電壓超過
      而 DIAC 的等效電路:
      https://electronics.stackexchange.com/questions/94460/how-to-add-diac-in-orcad
      最下面那張圖, 正好就是二極體配 zener, 或許廠機原作者是想兜一個可控制的 DIAC ?
      但就算這樣, 如你所言, 根本不需要兩個控制訊號, 我量了 TLP521 的控制信號, 全程 2.5v
      對, 就是一直開著, 燈開關主要是 MOC3063 控制, 只有按停止加熱時 TLP521 才關閉
      也有可能這作者也是抄來的, 而這抄來的電路本來還有其他控制項目, 只是這廠家不需要直接改恆開
      由於 MOC3063 打開就會引入電流, 後面處理不當就會燒掉 BTA16
      所以我程式開 MOC3063 之前一定先開 TLP521, 雖然你分析兩腳四種組合, 但我不想測XD
      我覺得 TLP521 沒開就去開 MOC3063 可能不是打開, 可能會是永遠打開 (燒掉的意思XD)

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    2. 突然想通為什麼MOC3063要存在,因為TLP521亮的時候會把TRIAC拉到關閉;這代表當控制電路還沒起來之前沒人去點亮TLP521,也就沒人阻止TRIAC導通。所以要加MOC3063擋掉這種情況XD
      補張圖會比較容易看出上面這點:
      https://photos.app.goo.gl/D9Xa1aUPJToF6MKi8
      如果MOC3063不導通,就沒人把G拉到遠離A1使TRIAC導通;如果TLP521不導通,就等於放任G被MOC3063拉走使TRIAC導通

      3V電壓問題我想不通,所以暫時推給我們把示波器的訊號跟接地接在相反的位置這個可能上:如果示波器的負極是夾在A'的話,A1到A'確實可以3V壓差(即使A1>A2這點依然不符合)

      其實不管是拿DIAC的等效圖(這電路有點像半顆DIAC),或者拿「TRIAC調光電路」去google電路圖,都會得到很奇怪的結果:所有人都是把兩顆二極體那組,從G接往A2,這塊板子卻偏偏反過來接。都要忍不住懷疑廠機是不是拿了A1 A2反過來的假貨來物盡其用了XD

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    3. 就我的感覺, A1 可以 "當成" 接地, 選一個參考點比較好想, 雖然是錯的
      把 A1 接回 AC 源就想成像電池負極, 電池正極先接到燈泡再進 A2
      以這為基礎, G 要比地高才會開啟, A2 一定比 A1 高 (絕對值高, 正時高, 負時低)
      這樣想的話再回來看這亂七八糟的廠機圖
      MOC3063 就是用來引入電壓源的開關, 沒開時就沒有電壓差, 燈就不會亮
      不管 TLP521 是開是關, TLP521 只綁在 A1 和 G 之間, 沒有接 A2, 也就不會影響開關燈

      把你畫的圖 A' 到 A1 刪除就是我的燒晶體電路
      這接近 Basic Triacs and SCR Projects and Circuits 文章裡的圖:
      http://www.bristolwatch.com/ele/img/triac_test.gif
      調光器則是多了一個 DIAC 和電容到 A1, 調光器也是三個電阻
      先過一個 15K, 然後好像是 100K 可調, 一個很大的可調, 然後再個很小的 100 左右進 DIAC
      我接 15K 給進 G, 不亮, 換 10K...燒掉, 用 VR 慢慢轉, 試出臨界點在 13K 附近會燒掉
      因此我才會說, TLP521 一定要先開, 若沒開, 可能電路就會變成刪除 A' 到 A1 的狀態
      然後阻值又這麼低, 全部加起來 1K 都不到, 一定燒, 雖然我沒試過XD

      假貨的話我認為不太可能, 原因是這顆晶體很便宜! 要假也要假一些高單價的吧?XD
      就像不會有人去假冒 2N4401 這種電晶體一樣, 這造假得到的利益少得可憐XD
      當我燒到抓狂時也曾想過假貨, 但是把買來的晶體裝上調光器, 它是會動的, 肯定是我操作不當
      所以我覺得廠機這樣設計肯定是為了滿足工作條件, 假貨相容應該是沒有必要的
      TLP521 我認為不是單純的為了開關, 而是這樣湊可以滿足工作條件, 但那工作條件是啥我不知道

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