Reflow-soldeerplaat - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:18

Het solderen van kleine SMD-componenten kan behoorlijk uitdagend zijn, maar het proces kan ook worden geautomatiseerd. Dit kan door soldeerpasta aan te brengen en af te bakken, hetzij in een (reflow)oven of op een hete plaat (zoals een kookplaat in je keuken). Op internet heb ik veel doe-het-zelf-reflow-ovens gezien; naar mijn mening hebben ze één groot nadeel: ze nemen veel ruimte in beslag. Dus besloot ik om in plaats daarvan een kookplaat te bouwen.

De kookplaat is volledig programmeerbaar, zodat elk reflow-profiel kan worden toegevoegd. Het reflow-proces is dan volledig geautomatiseerd. Laten we gaan bouwen!

Stap 1: Onderdelen & Gereedschap

Onderdelen

• Hete plaat, ik heb de mijne uit een oude wok
• Solid State-relais (SSR)
• Stroomdraad
• USB-stekker (US-stekker)
• LCD
• Prototyping bord
• Arduino nano
• Vrouwelijke kopteksten
• Type K Thermokoppel + MAX 6675 versterker
• Druk op de knop
• USB naar mini-USB-kabel

Gereedschap

• Klemmen
• Houtlijm
• Lasersnijder
• Oefening
• Soldeerbout

Stap 2: De zaak

Voor de case hebben we twee opties, afhankelijk van je kookplaat. Een eerste optie is om de bestaande behuizing aan te passen, dit is haalbaar als deze groot genoeg is voor een SSR, LCD enz. In mijn geval was er echter niet genoeg ruimte, dus moest ik een nieuwe ontwerpen.

De behuizing is gemaakt van lasergesneden MDF. Door het levende scharnier kan dit ontwerp alleen op een lasercutter gemaakt worden: kleine sleuven in het MDF maken het buigzaam. De stukjes kunnen als een puzzel aan elkaar worden gelijmd, gebruik gewoon voldoende klemmen. Voeg de kookplaat toe en zet hem op zijn plaats (de mijne is vastgezet met schroeven aan de onderkant).

Er moeten wat extra gaten worden geboord: één voor het netsnoer, één voor de knop en twee voor het LCD-scherm. Zo kan elke knop, lcd, … die je hebt liggen op maat gemaakt worden. Het LCD-scherm kan dan samen met de knop op zijn plaats worden geschroefd.

Het thermokoppel moet stevig tegen de hete plaat worden gedrukt. Boor een gat en voer het thermokoppel door. Vervolgens moet het tegen de MDF worden gedrukt. Ik heb een kleine tinnen strip gebruikt, maar je kunt ook tape of een ritssluiting gebruiken (boor 2 gaten naast het thermokoppelgat en voer de ritssluiting erdoor).

Iets om op te letten: je vraagt je misschien af of het wel een goed idee is om MDF te gebruiken in combinatie met een kookplaat van 250°C. Over het algemeen is dat niet zo, maar ik heb de zaak zo gemaakt dat dit geen gevaar vormt.

De MDF-delen raken alleen de voetjes van de kookplaat, deze zijn beduidend koeler (max. 60°C) dan de bovenkant van de kookplaat. Overal elders zijn de MDF en de kookplaat gescheiden door een kleine luchtspleet. Omdat lucht een zeer goede isolator is, wordt de MDF helemaal niet warm, laat staan vlam vatten. Bovendien is de temperatuur slechts enkele minuten hoog, zodat de poten nooit dezelfde temperatuur kunnen bereiken als de bovenkant (steady-state wordt nooit bereikt).

Ik heb het Fusion 360-bestand toegevoegd, zodat u het kunt aanpassen aan uw behoeften. Houd de waarschuwing hierboven in gedachten bij het afstemmen van het ontwerp voor uw eigen kookplaat.

Stap 3: Elektronica

Het elektronicagedeelte van dit project is vrij eenvoudig, we hoeven alleen maar enkele modules aan elkaar te koppelen. De Arduino haalt de temperatuur van een thermokoppel, waarvan het signaal wordt versterkt door de MAX6675. Het geeft vervolgens de temperatuur weer op een LCD-scherm en schakelt indien nodig een Solid State Relay (SSR). Alles is afgebeeld op het schema.

Lage spanning

Omdat ze niet veel stroom verbruiken, kunnen we eenvoudig alles aansluiten op de Arduino-pinnen en de vereiste pinnen configureren voor stroom en aarde.

Door wat ruimtegebrek is het niet zo netjes geworden als ik had gehoopt. Ik monteerde alles op een klein stukje perfboard, gesoldeerd aan de achterkant van het LCD-scherm. De MAX6675 was aan de achterkant geplakt met wat dubbelzijdig plakband.

De Arduino wordt gevoed via de mini-USB-poort, dus we verbinden hem via een USB-kabel met de power brick. Het is een goed idee om het systeem op dit punt te testen voordat u verder gaat.

Hoog voltage

We kunnen nu de kookplaat zelf aansluiten. Aangezien dit netbedrading is, moeten we heel voorzichtig zijn: zorg ervoor dat alles is losgekoppeld als u eraan werkt!

Allereerst moeten we de kookplaat aarden om elektrocutie te voorkomen als er iets misgaat. Strip de voedingskabel en schroef de geel/groene aarddraad stevig vast op de behuizing.

Vervolgens verbinden we de twee klemmen van de kookplaat via de SSR met het lichtnet. Sluit de stroomdraad (kleurcode is afhankelijk van uw land) aan op één kant van de SSR. Verbind de tweede zijde van de SSR met de kookplaat via een korte draad (dezelfde dikte/diameter als de stroomkabel). Het andere uiteinde van de kookplaat gaat naar de nuldraad. Ik heb een foto van de bedrading toegevoegd voordat ik de kookplaat in de behuizing monteerde om dit duidelijk te maken.

Het bedraden van de voedingsadapter is eenvoudiger: de stroomdraad gaat naar de ene aansluiting en de nulleider naar de andere. Hoewel ik in Europa woon, heb ik hiervoor een Amerikaanse voedingsadapter gebruikt: de gaten in de pinnen zijn erg handig om spade-terminals aan te bevestigen.

Dat wikkelt de elektronica in, laten we er nu wat leven in blazen met code.

Stap 4: Programmeren

De code maakt van een stomme wok een reflow-kookplaat. Het stelt ons in staat om de temperatuur nauwkeurig te regelen en aangepaste reflow-profielen toe te voegen.

Reflow-profielen

Helaas is reflow-solderen niet zo eenvoudig als de kachel aanzetten, wachten en weer uitzetten. De temperatuur moet een bepaald profiel volgen, het zogenaamde reflow-profiel. Een goede uitleg vind je hier, of op andere plaatsen op de interwebs.

De code maakt het mogelijk om meerdere profielen op te slaan om aan verschillende behoeften te voldoen (voornamelijk gelode of loodvrije soldeer). Een simpele druk op de knop schakelt ertussen. Ze worden toegevoegd in Times_profile en Temps_profile, die beide 4-kolomsvectoren zijn. De eerste kolom is voor de voorverwarmfase, de tweede voor de inweekfase, dan opvoeren en tenslotte de reflow-fase.

Bediening van de kookplaat

Het is niet eenvoudig om de hete plaat zodanig aan te drijven dat deze deze baan volgt. De wetenschap hierachter wordt de regeltheorie genoemd. Men kan hier heel de diepte in gaan en de perfecte controller ontwerpen, maar we zullen het zo simpel mogelijk houden en toch zorgen voor een goed resultaat. De input voor ons systeem is de SSR, die het in- of uitschakelt, en de output is de temperatuur die we kunnen meten. Door de SSR aan of uit te zetten, brengen we op basis van deze temperatuur feedback in en daarmee kunnen we de temperatuur regelen. Ik zal het proces zo intuïtief mogelijk uitleggen en uitleggen hoe je jouw specifieke kookplaat kunt karakteriseren om te werken met de code die ik heb gemaakt.

We weten allemaal dat als je een verwarming aanzet, deze niet meteen warm wordt. Er is een vertraging tussen het inschakelen (actie) en het warm worden (reactie). Dus als we een temperatuur van 250°C willen bereiken, moeten we de kookplaat enige tijd daarvoor uitzetten. Deze vertraging kan worden gemeten door de kookplaat aan te zetten en de tijd tussen het inschakelen en de verandering in temperatuur te meten. Laten we aannemen dat de vertraging 20 seconden is. Vul dit in voor de variabele "timeDelay".

Een andere manier om ernaar te kijken is als volgt: als we de kachel uitzetten op 250°C, zou hij een hogere waarde bereiken - laten we zeggen 270 C - en dan wat gaan afkoelen. Het temperatuurverschil is in ons geval de overshoot - 20°C. Vul dit in voor de variabele "overShoot".

Concluderend: het bereiken van 250°C vereist dat we de kookplaat bij 230°C uitschakelen en nog eens 20 seconden wachten totdat de kookplaat deze overschrijdingstemperatuur bereikt.

Als de temperatuur is gedaald, moet de kookplaat weer inschakelen. Wachten op een daling van 20°C zou geen mooi resultaat geven, dus wordt een andere drempel gehanteerd. Dit wordt regeling met hysterese genoemd (verschillende waarden om aan en uit te zetten). Kleine uitbarstingen van maximaal 10 seconden worden gebruikt om de temperatuur op peil te houden.

Afmetingen

Om de controller te verifiëren, logde ik de gegevens in een Excel-bestand via Putty (een seriële terminal voor de pc met een aantal geweldige functies). Zoals u kunt zien, is het geproduceerde reflow-profiel meer dan goed genoeg. Niet slecht voor goedkope elektrische wok!

Stap 5: Test en geniet

Werden gedaan! We hebben van een oude wok een reflow kookplaat gemaakt!

Sluit de kookplaat aan, selecteer een reflow-profiel en laat de machine het werk doen. Na een paar minuten begint het soldeer te smelten en soldeert alle componenten op hun plaats. Zorg ervoor dat u alles laat afkoelen voordat u het aanraakt. Als alternatief kan het ook worden gebruikt als voorverwarmer, wat handig is voor boards met grote grondvlakken.

Ik hoop dat je het project leuk vond en inspiratie hebt gevonden om iets soortgelijks te maken! Voel je vrij om mijn andere instructables te bekijken: