Simulação de Ferro de Soldar (SMPS)

[MOR_AL]

Pessoal!

Chegou às minhas mãos o circuito de um ferro de soldar do tipo SMPS. O vídeo é o seguinte e o circuito aparece aos 1m40s.

Tentei simular o circuito em dois aplicativos. Em ambos eu não consegui.

No LTspice eu não tenho habilidade para tal. Demorei cerca de 3 horas para colocar os diodos D1n4007, que não tinha na lib do LTspice. O circuito deveria oscilar em alta frequência, entre 10kHz e 100kHz, mas além de obter pulsos de tensão diferentes nos dois drenos, a frequência foi muito baixa.

No Simetrix obtive a informação de haver um problema com o ponto de operação. Como é um oscilador, sei que devo colocar condição inicial de tensão em capacitor ou corrente em indutor. Mesmo assim não simula.

No primário do trafo tem dois enrolamentos, que considerei 85uH cada um e para o secundário considerei 2,5uH. Para o indutor, considerei 10uH. 

Se alguém puder me auxiliar, agradeço.

O arquivo "Ferro de Solda.asc" se encontra aqui.

https://drive.google.com/file/d/1Som0z432-Bf26eiU5diujm6J0eP25ME3/view?usp=sharing (tem que fazer o download e salvar com a extensão .asc).

MOR_AL

 

[Sérgio Lembo]

O vídeo me fez lembrar das pistolas de solda, o aquecimento era muito rápido.

O circuito mostrado no vídeo aparentemente só difere dos aquecedores por indução pela existência do secundário.

Tb chama atenção a bitola fina do cabo de alimentação, sugere que o ferro consegue o intento com baixo consumo, muito interessante.

Supondo ser fonte de 12V isso nos dá uma opção interessante para reparos em campo aberto onde nem sempre se tem uma tomada elétrica a disposição. Já passei por isso e dependia de ferro de solda importado para trabalhar com os 24V da bateria da máquina.

 

@MOR obrigado pela sugestão interessante. Que material sugere para a ponta?

[MOR_AL]

@Sérgio Lembo

O autor do vídeo usou um clips para papel. Parece que aceitou a solda ("molhou") bem.

Mas eu queria ver as formas de onda em uma simulação, pois achei que a ponta aqueceu muito. Talvez desse para reduzir a potência. Tenho um ferro de soldar que é alimentado por um carregador de celular, que não deve dar mais que 5W. Como a ponta é pequena, ele é bom para SMD.

Você tem intimidade com o LSpice?

MOR_AL

[MOR_AL]

Bom. 

Finalmente consegui simular o funcionamento do circuito mostrado no instante 1m40s do vídeo no Simetrix.

Descobri que os componentes magnéticos são críticos, podendo facilmente queimar os mosfets devido aos valores das indutâncias tanto do trafo, como do indutor. Para uma montagem, certamente deve ser usada a lâmpada em série ou um limitador de corrente na fonte de 12V.

Há duas possibilidades de funcionamento para o circuito:

1 - Oscilação na ordem de centena de kHz. A onda da tensão diferencial entre os drenos é senoidal. Esse parece ser o modo que deve estar funcionando no vídeo.

Como disse, a faixa de valores de indutância do trafo e do indutor é bem pequena. Acredito até que somente calculando e medindo as indutâncias é que pode-se ter exito. 

A potência dissipada nos mosfets é baixa, da ordem de 100mW, que fica menor ainda por ser um funcionamento esporádico, somente quando for soldar. Por ser um clips de papel, com baixa inércia térmica devido ao seu tamanho e volume, qualquer poucos watts já alcançam a temperatura de solda. A potência no clips é cerca de 10W, mais do que suficiente se pensarmos que está aplicada a um pedacinho de arame com poucos centímetros.

 

2 - Oscilação na ordem de 2kHz. Neste caso a oscilação é obtida por meio da saturação do trafo. O consumo dos mosfets também encontram-se próximo a 100mW cada e a potência no arame (que considerei uns 360m ohms) também está perto de 8W. O detalhe deste caso é que a oscilação vai depender muito do núcleo, do número de espiras e da corrente. pois a frequência de oscilação depende do período em que a corrente sobe linearmente, até que ocorra a saturação.

 

Gostaria de conseguir um documento que mostrasse os cálculos envolvidos neste circuito. Acho que tenho algo próximo com o título "Eliminates spikes in dc-to-dc converter ..."  Electronic Design 22. October 26, 1972.

A diferença é que no artigo não há um capacitor ressonante com o trafo, como no vídeo.

 

Bom.

Deu um bom trabalho, mas agora o tópico pode ser fechado.

Agradeço a todos, principalmente ao Sérgio Lembo, que postou aqui.

MOR_AL

[Visitante]

Um pequeno detalhe: O título do vídeo não confere com a prática. O que observei não foi a atuação de um ferro de solda por indução, basicamente um ferro de solda comum ou como o Sérgio comentou uma pistola do solda.

 

Quanto ao circuito, não abri o arquivo do sr Mor, mas olhando o vídeo parece que esta baseado no oscilador royer. Bem parecido com aqueles reatores eletrônicos de lampadas fluorescentes. Por isso:

 

Com algumas pesquisas cheguei nessa ótima postagem:

https://electronics.stackexchange.com/a/145002

Caso não encontre o link com a explanação sobre o circuito:

http://www.deltartp.com/dpel/dpelconferencepapers/APEC94%20LCC%20inverter%20lamp%20driver.pdf

[Sérgio Lembo]

19 minutos atrás, [Daniel] disse:

O que observei não foi a atuação de um ferro de solda por indução, basicamente um ferro de solda comum ou como o Sérgio comentou uma pistola do solda.

Exatamente. O que diferencia o soldador do vídeo das pistolas de solda é o tamanho do transformador. Por trabalhar com alta frequência isso reduz e muito o tamanho (e o custo) do transformador.

[rmlazzari58]

Vendo o vídeo, achei bem legal, um soldador bem prático e que não precisa ficar quente o tempo todo. Pensando na montagem sem a parte de eletrônica, acho que poria esse soldador na ponta de uma haste qualquer, de madeira, para garantir mais firmeza na empunhadura...

 

Mas falando da eletrônica mesmo, será que um iniciante como eu conseguiria fazer um desses? Que fio de cobre e quantas voltas têm que ter os indutores? No vídeo, para a bobina grande, diz 2mm 6:0:6... o que significa isso? E se não tiver esse fios de cobre, pode por outro com mais (ou menos) voltas? E a bobina menor? Serve um indutor desses que tem em fontes de PC? Tenho, de desmonte, dois núcleos, acho que são de cerâmica ou, pelo menos, recobertos de cerâmica. O maior mede 2,8cm de diâmetro e a borda (branca) mede 0,7cm x 1cm. Já o pequeno tem 2,1cm de diâmetro, a borda têm 0,4cm x 0,6cm.

 

E aqueles mosfets, IRFZ44, são comuns, fáceis de achar? Senão podem ser substituídos?

 

Olha os núcleos aí:

 

[MOR_AL]

4 horas atrás, [Daniel] disse:

Um pequeno detalhe: O título do vídeo não confere com a prática. O que observei não foi a atuação de um ferro de solda por indução, basicamente um ferro de solda comum ou como o Sérgio comentou uma pistola do solda.

É verdade. O vídeo do autor menciona no título um ferro de solda por indução, mas é um simples transformador com o secundário em alta corrente.

Quanto ao circuito, não abri o arquivo do sr Mor, mas olhando o vídeo parece que esta baseado no oscilador royer. Bem parecido com aqueles reatores eletrônicos de lampadas fluorescentes. Por isso:

 

Com algumas pesquisas cheguei nessa ótima postagem:

https://electronics.stackexchange.com/a/145002

Nesse endereço, os diagramas iniciais não estão corretos, inclusive é mencionado no campo das perguntas. Depois chegam ao circuito correto. O colorido. Infelizmente não apresentam o método de cálculos, mas eu possuo um artigo, mencionado na postagem #4, que contém muitas informações, inclusive um exemplo prático, derivado do explicado do procedimento dos cálculos.

Caso não encontre o link com a explanação sobre o circuito:

http://www.deltartp.com/dpel/dpelconferencepapers/APEC94 LCC inverter lamp driver.pdf

Este paper apresenta um pouco mais de teoria, mas acredito possuir um paper com mais riqueza de informações.

 

Daniel!

Possuo uma cópia do paper. Caso tenha interesse, entre em contato via mensagem privada. 

MOR_AL

 

[rmlazzari58]

Se não for muita intromissão da minha parte, @MOR, quem sabe esse paper me ajuda a tentar montar um soldador desses?

[MOR_AL]

@rmlazzari58

Circuitos que envolvem comutação em transformadores ou indutores são complicados. É imperativo conhecer diversos dados do núcleo. Sem eles as chances de conseguir algo funcionando corretamente é na base da tentativa e erro. Ao final acabamos aceitando um circuito após muitas tentativas. Normalmente esse circuito não é muito bom, apenas aceitável. 

Um segundo método é se conseguir exatamente os núcleos mostrados no trabalho (no caso o vídeo). Isso é difícil de se obter, já que hoje existem muitos núcleos. 

Um terceiro método é o de se aproveitar os núcleos que possuímos em nossa sucata. Quase sempre sem maiores dados. Mas, dispondo de um osciloscópio (com dois traços) e montando um circuito que testa os núcleos, pode-se projetar circuitos magnéticos chaveados. 

Já distribuí diversos tutoriais tanto em vídeo como em arquivos pdf. Com eles é possível aproveitar as capacidades do núcleo disponível quase que de um modo ótimo.

Pesquise por tópicos criados por mim, que você vai encontrá-los. Também pode pesquisar em meus vídeos no link a seguir. 

https://www.youtube.com/user/MORAL1952/videos?view_as=subscriber

Bons estudos.

MOR_AL

[rmlazzari58]

Obrigado, caro @MOR. Fiquei entusiasmado com aquele vídeo do Youtube... olhando ali parece tão fácil. Além do que, um soldador assim, que gasta pouca energia, não precisa ficar ligado, esquentando o tempo todo...Eu já tinha visto uns soldadores que parecem uma pistola, mas muito maiores que o do vídeo.

 

De todo forma agradeço mas, como você disse, não é algo tão fácil assim.

 

Abraço!

[Sérgio Lembo]

3 horas atrás, rmlazzari58 disse:

Eu já tinha visto uns soldadores que parecem uma pistola, mas muito maiores que o do vídeo. 

A ideia da pistola de solda grande e esta do vídeo é a mesma. O que diferencia são o transformador que por ser de alta frequência se torna pequeno, a existência de um circuito oscilador de potência para alimentar o trafo e o consumo (a pistola grande consome 500W).

[Blumer Celta]

Em 22/04/2019 às 22:56, MOR disse:

Tenho um ferro de soldar que é alimentado por um carregador de celular, que não deve dar mais que 5W.

Parece interessante... sabe o modelo?

[rmlazzari58]

11 horas atrás, Sérgio Lembo disse:

A ideia da pistola de solda grande e esta do vídeo é a mesma. O que diferencia são o transformador que por ser de alta frequência se torna pequeno, a existência de um circuito oscilador de potência para alimentar o trafo e o consumo (a pistola grande consome 500W).

 

E pelo que eu tava vendo, são bem caros. Preciso de um soldador e tô achando que o 40w da Hikari, chamado de "plus", borracha azul no cabo, é uma boa opção, tanto pelo preço quanto pela potência. Tenho um 60w dessa série (borracha verde) que encostei porque ele esquenta muito, acho. Não sei se é falta de experiência mas usá-lo para dessoldar componente SMD, um LED por exemplo, é garantia de torrar o componente e até estragar a trilha... Tinha um de 30w, antigo, que quebrou. Era bom mas às vezes precisava de muito tempo e adição de mais solda para dessoldar algo. Será que 40w funciona bem para essas pequenas soldagens de iniciante? Poderia me recomendar algum outro?

[Blumer Celta]

3 minutos atrás, rmlazzari58 disse:

E pelo que eu tava vendo, são bem caros. Preciso de um soldador e tô achando que o 40w da Hikari, chamado de "plus", borracha azul no cabo, é uma boa opção, tanto pelo preço quanto pela potência. Tenho um 60w dessa série (borracha verde) que encostei porque ele esquenta muito, acho. Não sei se é falta de experiência mas usá-lo para dessoldar componente SMD, um LED por exemplo, é garantia de torrar o componente e até estragar a trilha... Tinha um de 30w, antigo, que quebrou. Era bom mas às vezes precisava de muito tempo e adição de mais solda para dessoldar algo. Será que 40w funciona bem para essas pequenas soldagens de iniciante? Poderia me recomendar algum outro?

Depois de batalhar bastante na mesma lida... hoje em dia "em minha opinião" prefiro um ferro que aquece mais do que o que aquece menos... pois consegui uma certa pratica em fazer rápido o serviço então retiro rapidamente o componente com o ferro mais quente... enquanto que com o mais frio fico muito tempo aquecendo os terminais as vezes quando chega no último o primeiro já esfriou... e... claro para os componentes mais delicados pode usar aquela solda de baixa fusão que demora a esfriar e ajuda a retirar CIs por exemplo.

[MOR_AL]

11 horas atrás, BloodCeltics Lopes disse:

Parece interessante... sabe o modelo?

Entre no sítio do Ebay e digite 

5V8W Mini Portable USB Electric Powered Soldering Iron Pen Tip Touch Switch Kit

Usei um carregador original de celular, mas ele dificilmente fornece 5W (Menos que 1A).

MOR_AL

[Blumer Celta]

Em 26/04/2019 às 23:07, MOR disse:

Entre no sítio do Ebay e digite 

5V8W Mini Portable USB Electric Powered Soldering Iron Pen Tip Touch Switch Kit

Usei um carregador original de celular, mas ele dificilmente fornece 5W (Menos que 1A).

MOR_AL

Valeu, muito obrigado pela dica.