项目说明

整机采用工控风格设计，操作简单明了，使用安全稳定。

温控装置选用带PID控制的智能工业温控器，无需用户烧写和维护固件，省心省时省事。

发热装置选用新型工业级MCH高温陶瓷发热片，具备发热快温度高，环保安全等很多优点。

内部线路结构简单，易于复刻，只需有入门级的电子基础知识和较强动手能力，即可轻松制作成功。

 

注：已有PTC、PD加热台的朋友，亦可参考本项目的发热板方案，选购合适规格的MC陶瓷发热片，对现有发热板进行升级，几乎不用改动原控制电路。

       爱学习爱折腾的爱好者，也可另行设计单片机控制板电路，制作出更具个性化的加热台。

 

       

项目相关功能

• 具备可自由切换的恒温加热和分段加热(仿回流焊)两种加热模式。
• 发热板最高温度可轻松达到300℃以上，对使用高温焊锡电路板的焊接或拆焊都毫无压力。
• 可调节关键点温度，以适应不同焊锡膏对焊接温度的要求，适用范围广，焊接质量高。
• 设计了强制冷却开关，用户可随时中断加热，并同时开启散热风扇进行强制冷却，隐藏式设计不易误操作。
• 能自由规划发热板尺寸，只需根据发热板体积，调整陶瓷发热片规格和数量，简单方便。
• 可用作SMT分段加热台、恒温拆焊台，手机加热分层，热缩膜封装，热风取暖器等等用途。

 

开源协议

CC-BY-NC-SA 4.0

转载时请注明原文链接

 

项目属性

本项目为首次公开，为本人原创项目。项目未曾在别的比赛中获奖。

 

更新记录

2024.09.27 新上传了CNC发热基板和对应铝基固定板的图纸。

2024.10.10 更改了控制板与电源板的板对板连接器方向，以对应BOM里连接线的线序。

 

 

设计原理

 

一、电路设计原理：

1.  电源板

电源板电路如下图所示，从CN2输入的220V电压，一路直接从CN1转接到温控器220V电源端子，另一路经AC-DC电源模块(U1)转换为12V直流电压，通过CN3_2脚输出到开关控制板。U2为PCB固态继电器(直流控制交流型)，来自开关板的直流控制信号，经CN3_3脚输入至固态继电器的输入端，而220V 陶瓷发热片则经CN4接至固态继电器的输出端。

注意事项：PCB固态继电器(U2)和AC-DC电源模块(U1)的型号需根据实际需求选用。图中标注的型号只适用最大功耗小于1000W的发热片和5W以下功率的散热风扇。U0是防浪涌压敏电阻用于保护电源模块，C0是275V安规电容，C0 U0可根据使用环境选择性安装(家用环境可不装)。

5W AC电源板电路图及3D预览图：

     

 

 

2.  开关控制板

如下图所示，SW3为启动/复位开关，SW2是分段加热/恒温加热的模式切换开关，SW4为手动强制冷却开关，用户可以随时中断加热并开启散热风扇，对发热板强制冷却。K1为信号继电器，由它来对控制信号进行切换后，分别经CN5、CN6、CN7各自连接到温控器、电源板和散热风扇。LED1为加热状态指示灯。

开关控制板电路图及顶、底面3D预览图：

 

   

   

二、分段加热功能的设计原理

本项目分段加热功能的设计原理基于下图的“斜升式回流焊温度曲线图”。图中已详细标注出了“预热区、恒温区、回流区、冷却区”对“温度-时间”的要求，而大部分焊锡膏都可以在这几个温区进行作业。所以，只要能将发热板的温升速率，控制在图中各段温区的要求范围内，就应该能获得好的焊接质量。

斜升式回流焊温度曲线图：

 

三、恒温加热台的工作原理：

如果不太在意成本，分段加热最简单的控制方案就是使用“程序段温控器”作为温度控制电路核心器件。作为业余用途，如果有一个性价比高不会因此吃土，制作简单无需懂太多，没有太多后期维护（最好能一劳永逸）的加热台制作方案，是不是很香？本项目就是作者据此目标另辟蹊径设计，使用普通智能温控器来实现分段加热的一种方案。

 

复位模式：当电源开关SW1闭合后，温控器得电工作，SW3置于复位档时，温控器的各输出端子均无输出，发热板和风扇均不会工作，该状态便于设置温控器的参数。

恒温模式：先根据需求设置温控器的预设温度，PLM2须设置为高于预设温度，将SW2置于恒温模式。此模式下，PLM1信号被SW2从电路里断开，PLM2也因高于预设温度无输出。发热板温度仅由温控器控制，发热板温度被恒温在预设温度范围。

分段加热：参考“斜升式回流焊温度曲线图”里的数据（以常用到的中温无铅焊锡膏为例），先将温控器的预设温度设置为200ºC，PLM1设置为195-200ºC，PLM2设置为245-250ºC。（这一步很重要！实际使用时可根据不同焊锡膏的焊接温度进行调节。）

将SW2置于分段加热档，启动加热台的分段加热工作模式。

 

预热区：加热台从室温开始加热，当检测温度远低于温控器预设温度(200ºC)时，温控器PID电路几乎无动作，此阶段加热板的自由温升速率符合“预热区”的温升速率要求。

恒温区：当检测温度到达140-160ºC左右，温控器的PID电路开始工作，逐渐降低发热板温升速率，以避免温度过冲。同时因为MCH陶瓷发热片的正温度特性，会使得发热板的电阻随温度逐渐变大。所以此阶段发热板温升速率会逐渐降低，温度曲线变得平坦。发热板温度在PID电路的控制下，缓升上升直至预设的200ºC。这个阶段里，发热板的温升速率较为符合“恒温区”对温升速率的要求。

回流区：在恒温区末期，当检测温度达到PLM1温度(195-200ºC)时，PLM1端子输出12V电压，被SW2叠加到温控信号上，使得发热板不再受温控器的恒温控制，而继续加热升温。当发热板的检测温度达到PLM2的设置温度(245-250ºC)，PLM2即输出12V电压，继电器K1 得电吸合，温控输出和PLM1的电压都被断开，发热板停止加热，而散热风扇则被同步开启，对发热板进行辅助散热，加快其冷却速度。此阶段发热板的温度曲线会与“回流焊区”的温度曲线极为相近。

冷却区：随着散热风扇的开启，发热板温度会很快下降。因继电器K1采用了自锁接法，它会一直保持闭合状态。所以在此后的过程中，温控信号和PLM1/PLM2有否输出，都不会改变当前的工作状态，直到SW3被手动复位，整机重新进入复位状态。选择合适功率的散热风扇，此阶段就能得到符合“冷却区”要求的降温速率。

 

作者根据这看似有点天马行空的设计思路，已完成了两台样机的装配，并进行了多次数据实测和焊接实测，测试结果无论理论数据和焊接效果都达到了设计目标，令人满意。

 

样机实测数据与“斜升式回流温度曲线”的参考数据对比表。

温区(温度范围)	时间和温升速率(理论值)	样机1 实测数据(2次平均值)	样机2 实测数据(2次平均值)
预热区(25ºC-150ºC )	60~90s 1~3ºC/s	（30ºC-150ºC） 88s  1.4ºC/s	（30ºC-150ºC）80s  1.5ºC/s
恒温区(150ºC-200ºC)	60~120s	73s	83s
回流区(200ºC-250ºC)	>217ºC 60~90s，235~250ºC >30S	>217ºC 51s，235~248ºC 25s	>217ºC 64s，235~248ºC  32/s
冷却区(250ºC-180ºC)	-1 ~ -5ºC/s	40s  -1.8ºC/s	30s  -2.3ºC/s

• 样机1  发热板使用 嘉立创CNC(星火计划免单定制) 110mmx110mm 铝合金板 + 220V 200W x 2 电热管组装，散热风扇型号台达FFB0812EH（8CM 12V 0.8A)，模拟负载 100*70*1.6mm 喷锡PCB板。
• 样机2 发热板使用 嘉立创CNC(一元打样) 80mmx80mm 铝合金板 + 220v 220Ω 70mmx15mm x1 MCH陶瓷发热片组装，散热风扇型号永立MGT6012ZB-W15（6CM 12V 0.43A），模拟负载 70*50*1.6mm 沉金PCB板。

 

      通过上表可发现，两台样机的实测数据都基本符合“斜升式回流焊温度曲线图”各阶段的温速要求，后续进行过多次实际焊接，其效果也是令人非常满意，焊接贴片元件比手工焊接的质量和速度都好太多了！最关键是它的功能、颜值和性价比都很高！制作还特别简单，初学者可以直接复刻，所有资料都完全开源，无需激活码，全硬件安装无需烧写和维护固件程序。安装完成几乎是一劳永逸。

BOM清单：

 

• 上图的BOM清单见附件“全部器件BOM”，除建议从立创商城购买的其它所有器件，都提供了其用途和相关购买链接供参考，型号都已选好，点开后直接加入淘宝购物车即可。
• 为了整机的安全稳定、可靠耐用，建议从立创商城购买部分关键器件，其BOM清单详见附件“立创商城BOM”。可从立创商城首页的“BOM配单”入口导入确认后，先加入购物车，领取品牌优惠券后再一起下单。
• 立创商城BOM清单里的元器件，作者花了大量时间进行优化，目前经过满减凑单后，总费用比单独购买便宜得多，还能剩很多器件。建议需要复刻的朋友，尽快领取下图中各品牌的优惠券并及时下单。因各品牌满减优惠券经常在变化，目前商城还送9元运费券，真的很香！（另外立创CNC一元打样的铝合金基板也建议尽快打样，因一元打样的规则随时可能更改。）

 

 

 

 

 

 

实物展示

开关板与电源板 整机就只需焊接这两块简单的PCB板

 

面板组件 注意要先将船型开关装配到面板上，再焊开关板到船型开关，无需螺丝固定。然后将温控器上的两组端子线都装好。

   

 

背板组件  先将电源插座和电源板固定在背板上，并先将二者之间的连接线接好。

  

 

电热板  先直接用M3不锈钢螺丝给铝合金基板攻丝，再将陶瓷发热片上自带的胶带撕掉，然后用耐高温硅胶密封两个焊接点，最后用固定发热片（如果发热片贴合不紧密有松动，可在铝合金基板的安装槽里放一条宽厚为15*0.1mm的耐高温聚酰亚胺膜），最后将热电偶探头插入合适大小的预留空内，并使其充分接触铝合金后再用螺丝固定。（图中的黑丝螺丝规格为M3*3，固定热电偶的螺丝规格为M3*4。）

 

 

 

发热组件  将发热板和风扇和接地线分别安装在隔热板上（也可用顶板PCB做临时替用）。

 

 

整机总装   各组件装配顺序：面板组件 ＞ 固定温控器 ＞ 发热组件 ＞ 背板组件 ＞ 连接所有连接线和热电偶引线 ＞  检查无误通电测试 ＞ 安装底板和机脚 ＞ 安装侧面板 ＞ 完成

 

 

 

 

漂亮的外形  面板和顶板都是免费打样的白色沉金PCB，侧面板是彩色丝印PCB，没有券的话打白色PCB，自己随心贴纸，同样好看。

   

防烫板  小伙伴们使用自制的加热台似乎很多都被烫伤过？因此本加热台使用前，强烈建议装用这个PCB板制作的防烫架，虽然我觉得有点拉低了整体颜值，但胜在免费和安全。（一共需要12张1.6mm的FR4板，叠厚近20mm，装好后比电热板略低，开源工程里也提供了其PCB设计图）

如果你跟我一样，属于颜值控，那就参考下面样机一，用电木板制作防烫架，而且3D打印机壳也可以选择喷漆工艺以做出自己喜欢的颜色。

 

工控风格的面板，简单如是。加热板工作指示灯以面板上“加热指示”LED为准，温控器上的LED不用管它。

“强制冷却”是一轻触开关，用户可以随时中断加热，启动风扇对加热板进行冷却。需要时，用记号笔、牙签等轻轻顶一下就行了。

 

三合一AC插座  这个电源插座质量不错（但需自配保险管），下面是整机的总电源开关。

 

温度显示   温控器的大数码管显示屏，能同时显示“预设温度”和“实测温度”，简单醒目，不受环境光线影响。

 

样机一  下面是最早完成的那台带定时功能的样机，其电路图也放在了开源工程里，对定时恒温加热功能有需求的朋友可以参考复刻。

 

 

 

来个合照

 

注意事项

整机装配完成通电检查无异常后，需先对温控器进行设置才能实现分段加热功能。先将启动复位开关置于复位状态，再打开电源开关。

需要先行设定的参数：(进入各参数设置界面的方法请对照说明书)

参数名称	参数说明	设定值
T	工作周期	10
SL4	过程值上限报警	0011
SL5	过程值上限报警	0011

 

 

设置完成后关电源重启。再设置下面几个参数（以217ºC中温无铅焊锡膏为例）

参数名称	参数说明	加热台设定说明	设定值
SV	预设温度（）	恒温区最高温度	200
AL1	第一组报警设定	设置为等于或略低于SV的值，退出PID控制	200
AL2	第二组报警设定	回流区峰值温度	250

 

最后将ATU自整定设置为0001，然后长按温控器“SET”键退出设定模式。

先将加热台“模式开关”置于恒温位，再打开启动开关，此时温控器会自动进行PID自整定。耐心等待直至AT灯不再闪烁，温度应该被恒温在200ºC左右。按一下“强制冷却”开关，应该会立即开启风扇开始降温，直至温度降至50ºC以下后关机，参数设置完成。

然后进行数据测试或试用了。使用不同熔点的焊锡膏，只需要调节SV AL1和AL2三个参数即可。关于回流焊的温度设置可参考网上相关文章，不同焊料设置温度设置不一样。

 

其他

      最开始参加星火计划项目时，作者动手制作的是样机一，当时因为有星火计划的各种加持，就奢侈地使用了CNC定制铝合金发热板，黑色喷漆3D打印机壳，大尺寸的PCB，立创商城免费提供了大部分元器件，嘉立创FA部门甚至还支援了一套螺丝刀。但是等制作完成后，核算总成本才发现，如果按那套方案开源，复刻成本就高了点。

      当初参加星火计划的初心，是设计一套可让初学者以低成本进行简单复刻的加热台方案。于是作者又花了许多时间，重新设计出这套新方案，省略了使用不多的定时恒温功能，发热板改为80*80mm铝合金板（无需定制，可使用嘉立创CNC一元打样），PCB板都改小到可免费打样的尺寸。同时由于整机尺寸的减小，3D打印外壳的造价也大大降低了。作者又对所用器件进行了多次修改优化，使得大部分元器件都可以享受满减优惠。项目完成后经过最终核算，本项目的全部复刻成本仅为百余元，这个造价有点小惊喜，也算是不负初心了。   

 

焊接实测视频

 

• 附件中提供了本项目包括电路原理图，PCB设计图，3D打印，CNC铝合金基板等全套文件资料（包括样机一的电路原理图），所有资料都完全开源。
• 3D打印机壳为框架结构，六面使用PCB板可以大幅节约3D打印费用（毕竟PCB板是能免费打样的），安装时也特别方便，最关键的是可以丝印文字和图案！
• 附件里的CNC铝合金基板尺寸是80mm*80mm，底部固定设计，发热面板光滑平整，发热板功率约为130W-220W，能满足业余爱好者大部分SMT需求。
• 对本项目有兴趣的小伙伴们可以加QQ群 994639947 交流分享心得。如您觉得项目还算不错，请动动手指为我点赞予以鼓励，赠人玫瑰，手留余香！

 

 

致谢对项目提供多种免费支持的嘉立创各业务部门，特别感谢嘉立创星火计划联系人陈工的耐心协调和指导！