基于555定时器的可控温度电烙铁设计

2 电路整体设计
    该可控温度电烙铁电路设计主要由降压整流、自动控制和加热指示3部分构成。其中自动控制模块的负温度系数电阻(NTC)附在电热丝上，能即时感应其温度变化，将信息反馈给振荡器，形成自动控制。图1为可控温度电烙铁原理图。

3 电容降压整流电路
    将220 V交流市电压转换为低压直流的常规方法是高压整流滤波电路，由于该电路设计要充分考虑体积、成本等限制性因素，因此，这里采用电容和稳压管构成的电容降压整流电路，如图2所示。其工作原理是利用电容在一定的交流信号频率下产生的容抗限制最大工作电流。例如，50 Hz工频条件下，1μF的电容所产生的容抗约3 180 Ω。在电容器两端施加220 V的交流电压时，流过电容最大电流约70 mA。该降压整流电路可为555定时器提供稳定的5 V电压。

    图3是试验测试波形，其中uo1为稳压管VD1的输出波形，uo2为二极管VD2整流后输出波形，由输出波形可见，该电容降压整流电路能为可控硅提供稳定的直流电压。

4 自动控制电路
    自动控制电路为该可控温度电烙铁的核心部分，通过一系列简单反馈网络，实现自动锁定温度和用户设计温度锁定功能。它是由串联分压式三极管控制电路、555多谐振荡器以及双向可控硅控制电路组成。
4．1 串联分压式三极管控制电路
    图4为串联分压式三极管控制电路，该电路由热敏电阻器NTC、晶体管BJT等元件构成。图中，R1是保护电阻，防止热敏电阻R2降低较多时BJT基极电压过大而使其损坏。同时热敏电阻和可调电阻R4形成分压电路，调节可调电阻控制晶体三极管VQ1的基极电压，控制VQ1的导通和截止。

4. 2 555多谐振荡器
    555定时集成电路构成的多谐振荡器是一种常用的充放电回路分开的振荡器。通过调整此振荡器可产生一定频率和占空比的电平信号，触发双向可控硅抑制其导通或截止，形成自动开关。
4．3 双向可控硅控制电路
    多谐振荡器所产生的矩形波控制双向可控硅的导通，从而控制电烙铁加热与断电的时间间隔。555多谐振荡器输出高电平时，触发双向可控硅使之导通；输出低电平时触发双向可控硅使之截止。

5 指示电路
    为了显示电烙铁工作状态，设计中增加了工作状态指示电路。红色发光二极管LED和保护电阻串联后再与电热丝并联在220 V电压两端，当电烙铁工作时LED指示灯为红色，以指示用户。
    绿色发光二极管和三极管集电极串联。三极管导通，多谐振荡器通过放电回路放电，发光二极管为绿色，以指示用户电烙铁已处于断电停止工作状态。

6 电路工作原理
    图5为可控温度电烙铁电路，接通220 V电源后，由于热敏电阻阻值较大，通过分压使VQ1处于截止状态，此时电源向电容C3充电，使得555集成电路构成的多谐振荡器产生高电平信号，触发双向可控硅导通，电烙铁通电工作。随着通电加热时间增加，电烙铁中电热丝温度升高，附在电热丝上的热敏电阻阻值降低，V Q1基极电压升高，当达到一定值时，VQ1导通，555定时器与之构成的放电回路通过三极管开始放电。此时，多谐振荡器产生低电平触发双向可控硅截止。电烙铁停止加热。之后，随着电热丝温度降低，热敏电阻阻值升高，VQ1再次截止，555多谐振荡器产生高平信号触发双向可控硅使之导通，电烙铁再次通电，如此周而复始，使得电烙铁自动处以用户设定的温度范围内。
    通过调节可变电阻器，设定电烙铁温度。其工作原理是通过调节可变电阻，控制晶体三极管导通与截止时间，即控制双向可控硅导通截止时间。进而控制电烙铁通电工作时间。最终使得电烙铁根据用户需要产生不同温度范围，实现其多范围和自动功能。

7 设计注意事项
    (1)NTC选择NTC热敏电阻根据其温度特性可分为功率型、补偿型、测温型等。根据设计需求，选用测温型NTC热敏电阻，此热敏电阻器阻值对应温度变化精度可达0.1℃．感温时间少于10 s，完全满足设计要求。
    (2)可控硅的选择在选择可控硅时，主要考虑其参数，诸如额定平均电流，正反向峰值电压，控制级的触发电压，控制级触发电流。由于器件资料手册给定的参数都是在规定条件下测定，而实际使用环境往往与规定条件有所不同，而且极有可能发生突发事故超过其规定承受。其保护措施只能限制过压，而不能完全消除过压。所以为了确保可控制在安全电压下工作，特别是在交流220 V的情况下应按额定电压为实际工作电压的最大值的2～3倍来选用可控硅，针对该设计外加的电压为交流220 V，其有效值转换最大值约为310 V，取2～3倍裕量，至少要选用600 V以上，最好是900 V。

8 结语
    基于555定时器的可控温度电烙铁比传统的电烙铁更实用，并具备反应灵敏、体积小巧、结构简单、易于生产、高性价比等特点，可以在多种焊接工艺中使用，因此前景广阔。