储能电容点焊机

项目简介

在上高中的时候，那会超级电容点焊机还不是很普及，所以我就想到，能不能用电解电容做一个点焊机呢？我要把成本控制在几十块钱。后来手搓了一个，视频网址：https://www.bilibili.com/video/BV1jxGtzpEQw/ 那个点焊机很草率，是用可调电源充电的，点焊需要用开关手动触发但让人意外的是，点焊效果还不错，居然能稳定点焊0.2mm镀镍钢带，于是我就想，那如果电容量翻一倍，再加上自动充电，自动点焊，会发生什么？于是就有了这个项目。
该项目经历了从原理图设计、PCB绘制、硬件焊接调试到软件编写的完整过程。虽然最终因大电流回路阻抗、继电器触点粘连等硬件瓶颈，导致点焊效果未达预期（无法稳定焊接叠镍带），无法替代商用设备，连我之前手搓的版本都比不过，不过好在成功验证了SC8701在升降压恒流控制及反向充放电方面的功能，也算是了结执念了。
现在想想，大概这个电容板虽然是4层的，但是依然只有1oz铜厚，导电能力太差了。又或者是黄铜柱子的电阻太大。不过这些都无所谓了，后来买了中微知性的4超级电容点焊机，发现那个点焊机的效果好的很，所以我也就放弃再优化这个项目的打算了。
所以，本项目不推荐大家复刻，不论是性能还是成本上，本项目都不如使用超级电容的点焊机。

项目功能

人机交互与显示

显示模块：使用TM1650驱动四位数码管，实时显示电压、电流及设置参数。
输入控制：配备按键与旋转编码器。
    - 长按：开关机。
    - 单击：确认设置。
    - 双击/三击：切换设置电压或电流模式。
    - 旋转：调节数值，调节时对应位数闪烁提示。
声光反馈：开机自检音效（蜂鸣器），状态指示灯（WS2812）。

核心充放电控制

升降压充电：基于SC8701芯片，支持电池输入（如3.7V-8.4V）升压至16V给1F超级电容/电解电容充电。
恒流控制：软件算法配合PWM控制，实现最大5A恒流充电（实测电池端电流可达10A以上）。
参数设置：支持用户自定义充电截止电压和充电电流大小（ISET）。
反向放电：具备将电容电量反向充回电池的功能（四开关拓扑特性）。

点焊与保护

点焊触发：通过短路检测或按键触发继电器闭合，释放电容能量进行点焊。
数据存储：使用EEPROM保存用户设置的电压、电流档位，掉电不丢失。
休眠模式：支持低功耗休眠，可通过按键或充电唤醒。

项目参数

参数项	规格/数值	备注
主控芯片	STC8G1K17 (TSSOP20)	替换了初期的STC8H方案
电源拓扑	SC8701 四开关升降压控制器	支持宽电压输入输出
功率管	HB10N200S (N-MOS)	替换了发热严重的AOD4184
储能电容	1F / 16V	电解电容方案
充电电流	最大 5A (可调)	恒流充电模式
充电电压	最大 16V (可调)	开环/闭环控制
输入电源	锂电池组	测试中使用
显示驱动	TM1650	驱动4位数码管

原理解析

硬件架构
核心采用SC8701四开关升降压控制器。该芯片通过控制四个MOS管（HB10N200S）的开关时序，实现输入电压高于、低于或等于输出电压时的稳定工作。

充电回路：电池 -> SC8701 -> 电感 -> 储能电容。通过检测回路电流（采样电阻），MCU调整SC8701的PWM占空比，实现恒流充电。
放电回路：储能电容 -> 继电器 -> 点焊笔 -> 工件。利用电容瞬间释放的高脉冲电流产生热量熔化镍带。

软件控制逻辑

状态机设计：程序采用状态机管理，包括NORMAL（正常显示）、VSET（电压设置）、ISET（电流设置）等状态。
闪烁算法：在调节参数时，通过定时器中断或主循环检测，将数码管显示缓冲区的特定位置替换为空格，利用视觉暂留实现“位数闪烁”效果。
ADC滤波：针对电源纹波（LDO噪声）导致的ADC采样抖动，采用集中采样+软件滤波算法，将波动控制在±10码以内，确保电压电流读数稳定。
开环/闭环调压：充电初期采用开环调节占空比快速升压，接近目标值时切入闭环检测，防止电压过冲震荡。

注意事项

硬件选型与PCB设计

MOS管参数陷阱：初期使用的AOD4184虽然手册参数尚可，但实测栅极电荷（Qg）大，开关速度慢（上升/下降沿超过120ns），导致在高频开关下即使设置80ns死区时间也会发生直通炸机。解决方案：更换为低Qg、低Ciss的HB10N200S。
PCB走线载流：继电器电源走线过细（0.254mm），在大电流放电瞬间可能导致压降过大或发热。四层板的内层铜厚若不足（1oz），也难以承受10A级脉冲电流。
LDO纹波干扰：板载LDO纹波极大（>200mV），严重影响ADC采样精度。解决方案：软件上通过多次采样取平均来规避，硬件上建议更换为低噪声Buck芯片（如AP63205）。
烧录接口：初版PCB未预留烧录座，导致后期调试需飞线或拆芯片，极度不便。

软件调试

I2C时序：TM1650驱动若在中断中执行且无延时，会导致时序错乱。需建立专门的时序函数或保持阻塞延时。
EEPROM逻辑：复位逻辑处理不当会导致保存的数据被复位值覆盖。需增加标志位判断，仅在非复位状态下写入。
ADC非线性：实测ADC在低压和高压区线性度较差，需进行非线性补偿校准。

实物图