迷你锡炉

一款体积小巧，低成本，适合电子爱好者业余低强度使用，tpye-c或12V-DC电源供电的可调温迷你锡炉

硬件原理图
https://oshwhub.com/code504/mi-ni-xi-lu

开源工程（硬件部分后续更新以oshwhub为主，如无特殊情况gitee仅更新文档不更新工程文件）
https://gitee.com/dma/mini_solder_furnace

视频演示
https://www.bilibili.com/video/BV1kj41127hD/

警告

• 使用过程中请注意安全，小心高温烫伤！
• 两个电源接口只能使用其中一个进行供电，严禁同时使用双电源供电，同时使用双电源供电易导致电源损坏，后果自负！

材料清单

电子元件类

名称	数量	说明	单价
陶瓷加热片	1	视情况而定，建议阻值在7到10欧姆之间	8.00
K型热电偶	1	买头部是一个小焊点的这种，不要买棒形、螺钉形等特殊形状的	1.50

• 陶瓷加热片的电阻请一定要根据实际情况选择，假设采用12V2A的电源供电，为了保证不超过电源的峰值功率，加热片的电阻应当选择7欧姆，功率不到21W，这个加热片用在20V3A的电源上功率约57W，没有超过65W充电器输出上限。如果用10欧姆的加热片，那么只建议用在20V3A的电源上，如果用在12V2A的电源上功率不到15W，即使加了保温棉也需要加热很长时间才能熔化，加热效率太低。
• 其他电子元件请打开立创开源工程导出BOM表进行查阅

五金类

名称	数量	说明	单价
铜柱	3	规格M3，长度10mm	0.10
铜柱	4	规格M3，长度15mm	0.15
铜柱	4	规格M3，长度20mm	0.20
螺丝	4	规格M3，长度5mm	0.05
螺帽	4	规格M3	0.01
垫片	1	内径20mm，外径37mm，这个尺寸是标准件（如果能买到内径20mm、外径30mm的非标件更好）	0.20
旋钮	1	内径6mm，外径10mm，最大不超过12mm。单个只要几毛钱，一般是10个起售	0.50
硅酸铝隔热棉	1	厚度选1mm的就行，一般都是整米出售，大概8元每平米，1平米做100个不成问题	8.00
水管铜堵头	1	4分，外丝	1.50
面板打印	1	这么小的面板一次至少可以打印30个	25.00

制作指引

制作前请仔细阅读，我几乎把能踩的坑都踩了一遍
结构非常简单，两块主板和一块固定板如果图所示装起来就行，这里说明一些细节和容易犯错的地方

• 铜堵头买底面是平的那种，下图是错误示范，我没注意买了底面有突出印字的，只能手动打磨
  
• 热电偶的两个引脚，特别是正极引脚很难被焊锡浸润（俗称不挂锡），使用常规方法焊接很容易脱落，可以像我这样在线头处打个环，然后将这个环埋入焊锡中，焊锡冷却后的形状就会将它固定住。使用螺丝柱等进行固定也可以，不过目前来说打个环应该是最简便的方法
  
• 主板上预留了 RV09 和 RK097 这两种电位器的焊盘，两种电位器的安装效果如下
  
• 加热片和热电偶的线随便从电路板上找个合适孔穿过来
  
• 主板预留3个固定头堵头的螺丝孔，最大化合理利用主板的每一寸空间
  
• 裁剪出合适大小的隔热棉，厚度大约5mm，隔热棉上面放陶瓷加热片和K型热电偶，热电偶不要紧贴加热片，稍稍隔开1毫米，否则测量温度偏高
  
• 热电偶上涂抹适量硅脂，放上铜堵头，铜堵头用垫片固定，垫片用铜柱固定，铜柱高度为10mm
  
• 如果买了内径20mm，外径37mm的垫片，需要手动打磨3个螺丝孔对应的凹槽，材质选择铁镀锌之类的，千万不要选不锈钢，不锈钢价格贵硬度高打磨困难。如果买了内径20mm，外径30mm的垫片，不用做任何处理，直接安装就行
  
• 固定板的孔专门设计得比铜堵头大，边上需要垫2到3mm厚的隔热棉，最终成品如下
  
• 图中的面板因为失误导致圆弧变成折线，现已修正

FYI

加热类的东西工作原理都差不多，有兴趣的可以画一个铝基板，把它改造成迷你加热台，改造时也请遵守开源协议喔！

工作原理

锡炉的工作原理和热风枪、调温电烙铁类似，通过比较实际温度和设定温度的高低来控制加热。

测温元件为K型热电偶，查阅数据手册可得到如下表格，测量热电偶两端的电压就可以反查到温度。

TL431为可调精密稳压源，用于提供2.5伏参考电压。

第一路运放由若干外围电路够成一个电压比较器和同相施密特触发器二合一的电路。

电压比较器部分，正向输入端经外围电路接到热电偶正极上，反相输入端接到电位器R21上，当测量温度高于设定温度时输出高电平，反之输出低电平。

温度设置电路由2.5伏电压源和R15到R21这几个电阻构成，使用我们在小学二年级就学过的串并联电阻分压计算公式可以算出各个电阻上的电压，这里需要选择合适的电阻让R21中间引脚的电压保持在合理的范围内。

例如期望设定温度范围是150度到400度，查阅K型热电偶数据手册找到对应的电压值，也就是R21中间引脚的电压的调节范围是6.14到16.4毫伏。

假设我们先定好R19为220欧姆，则R15+(R17并联R21)+R19=2.5/0.00614*220=89577欧姆左右，(R17并联R21)=89576/(2.5/0.0164)-220=368欧姆左右，R15=89576-220-368=88988欧姆，理论上选择91K和390（390并联10K约等于375）的电阻最合适，不过我手头暂时没有，所以原理图中近似选取了100K和470（470并联10K约等于449）这两个常见阻值的电阻。

由于固定阻值的电阻通常不是我们所计算得到的精确值，这里预留了R16、R18、R20这三个微调电阻，不在乎精度的可以省略微调电阻。

为避免在目标温度附近反复震荡加热，R13、R14构成施密特触发器，它是一种双稳态触发电路，具有迟滞比较的功能，可作为整型滤波电路使用，提高稳定性与抗干扰能力。这里采用同相施密特触发器，以图中参数为例，20V供电时，阈值约0.94毫伏，相当于温度波动范围是24度。

也就是说，当输入电压高于设定电压加0.94毫伏输出高电平，低于设定电压减0.94毫伏输出低电平，处于设定电压加减0.94毫伏之间时输出状态保持不变。

但以上电路和期望的控制逻辑正好相反，所以第二路运放采用电压比较器的结构实现翻转功能，正向输入端接2.5V参考电压源，反向输入端接第一路运放的输出，经过反相的信号即可驱动NMOS管进行加热控制。

以上就是锡炉工作原理的简单讲解，想要深入学习运放知识可以查阅《基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计》等模电书籍。

Q&A

• 为什么不使用 NTC 或 PTC 热敏电阻
  两个原因：热敏电阻为非线性元件，难以使用运放进行简单地线性控制；热敏电阻工作温度上限一般不超过150度，不适用于锡炉的工作环境。

• 为什么不使用 PTC 加热片进行加热
  一般的PTC加热片的最高加热温度不超过300度，而锡炉的设计工作温度可以达到400度，其次高温型PTC加热片难以购买，综合考虑使用小型加热陶瓷更合适。

• 输出能否使用 PMOS 管
  主要原因是相同参数的PMOS比NMOS要贵。如果一定要用PMOS，第一路运放的输出信号不经过第二路运翻转就可以直接控制PMOS，缺点是加热指示灯是反的。

• 如何区分热电偶的正负极
  看一下热电偶的温度表，然后动动脑子（狗头.jpg）。

• 为什么要加隔热棉
  FR4板材的软化温度大约是130度，你说呢？

• 为什么不设计一个外壳呢
  当然设计了，实际测试发现如果是 PLA、ABS、尼龙等这类不耐高温的材料3D打印的外壳长时间工作后会变软变形，解决方法是用铜柱加高一层空主板进行隔热，就是将现在【主板-铜柱-主板（外壳覆盖到这一层）-铜柱（这一层放加热器件）-固定板】的结构变成【主板-铜柱-主板（外壳覆盖到这一层）-铜柱-主板-铜柱（这一层放加热器件）-固定板】的结构，缺点就是高度更高更容易倾倒，不太安全，而且会用掉3块主板，打样5片只能做出一台。土豪可以使用CNC外壳。

• 就不能再加一个二极管保护一下双电源供电的情况吗？
  因为我懒！会自己制作这个锡炉的我认为是具有一定基本电路知识的人，不会犯双电源供电这种低级错误。当然想加的话就自己改。

• 面板上标定的温度和实际温度有偏差
  设计时我就考虑了这个问题，为了尽量使用常见阻值的电阻只能牺牲一点精度了，使用现在的原理图算出来的可调温度范围是133到405度，基本和面板标定的温度差不多，锡炉也不需要非常精确地控制温度。强迫症可以换更精确的电阻并加微调电阻进行调整。

• 为什么我的充电器不能诱骗出20V
  怪我喽？问你的充电器的生产商。特别是很多手机充电器的65W输出用的是私有协议，对于这种手机充电器我不做评价，心里明白就好。

• 出售成品吗
  不出售成品，无量产计划。任何渠道如有销售同款迷你锡炉均非本人，请注意甄别！所有资料均已开源，如果感兴趣请自己制作。

• 有交流群吗
  没有，制作过程中有问题请留言或私信。提问请注意网络社交礼仪，不懂礼仪的请前往 https://github.com/ryanhanwu/How-To-Ask-Questions-The-Smart-Way 学习。不要问“在吗？”这种问题，更不要问文档中能找到答案的问题。