Chúng tôi thực sự vui mừng về FixHub, hệ thống hàn thông minh mới của chúng tôi. Trong loạt bài đăng mới, chúng tôi sẽ đi sâu vào cách thức hoạt động của nó và một số quyết định thiết kế mà chúng tôi đã đưa ra để tạo ra hệ thống hàn di động, trực quan nhất có thể.
Một câu hỏi mà chúng tôi nhận được rất nhiều là về mức công suất. 100 watt là một lượng điện năng khổng lồ được gói gọn trong một gói nhỏ. Chúng ta đã làm được điều đó như thế nào? Có phải là 100 watt liên tục? Có cách bí mật nào để tăng cường sức mạnh đó không? Hãy đi sâu vào nó.
Bàn ủi thông minh FixHub có thực sự là 100W không?
Đây là những gì sẽ xảy ra khi bạn kết nối Bàn ủi thông minh FixHub với nguồn điện 100 W:
- đàm phán: Mỏ hàn yêu cầu nguồn điện 20 volt, 5 amp từ nguồn điện. Nguồn điện có thể chọn cung cấp 5, 9, 15 hoặc 20 volt. Trạm điện FixHub của chúng tôi, Bộ sạc nhanh GaNhoặc thiết bị USB Power Delivery (PD) khác có thể cung cấp đủ 20 volt.
- Quy định nội bộ: Bên trong bàn ủi, điện áp được điều chỉnh ở mức trên 17 volt một chút, cung cấp dòng điện khoảng 5,8 A cho mạch hạ lưu: một bóng bán dẫn và bộ phận làm nóng.
- Làm nóng: Khi bàn ủi nóng lên, điện áp này được đặt qua bộ gia nhiệt điện trở 3 Ω (ohm) bên trong đầu mỏ hàn.
Với công suất 100 W này đi qua bộ phận làm nóng, bàn ủi sẽ đạt tới nhiệt độ 350 °C hay 660 °F trong khoảng 4 giây. Nếu bàn ủi tiếp tục cấp điện cho lò sưởi, nhiệt độ sẽ tiếp tục tăng lên—800 °C trong 10 giây và đạt mức 1000 °C màu cam sáng trong 15 giây. Lúc này, thứ gì đó bên trong đầu sẽ tan chảy.
Đây là video về bàn ủi có phần sụn tùy chỉnh (và không an toàn!) thực hiện chính xác điều đó. Nó đạt mức tiêu thụ điện tối đa trong khoảng 20 giây, trở nên quá nóng trước khi tự nấu.
Bây giờ, nóng thế này không phải là ý kiến hay, đối với bạn và bàn ủi. Thay vào đó, chúng tôi đã thiết kế Bàn ủi thông minh để đạt đến nhiệt độ cài đặt (bạn có thể chọn bất kỳ nhiệt độ nào trong khoảng từ 200 đến 420 °C) và duy trì nhiệt độ đó ở mức gần nhất có thể trong khi bạn làm việc. Khi bạn làm tan chảy chất hàn, bàn ủi sẽ cảm nhận được rằng nó đang nguội đi và máy tính bên trong nó sẽ nhanh chóng tăng công suất để bù đắp lượng nhiệt đã mất.
Để ngăn chặn hiện tượng tan chảy và duy trì nhiệt độ ổn định, Bàn ủi thông minh sử dụng hệ thống điều khiển được tinh chỉnh để bật và tắt máy sưởi theo những khoảng thời gian chính xác. Thuật toán điều chế độ rộng xung, hoặc điều chế độ rộng xung, điều khiển chu kỳ hoạt động: tỷ lệ giữa khoảng thời gian bật và tắt bàn ủi. Mỗi khi máy sưởi kích hoạt, nó sẽ cung cấp đủ 100 W cho đầu.
Nhờ sự điều chế có kiểm soát này, trung bình sức mạnh thực sự thấp hơn nhiều so với mức rút cao nhất. Chẳng hạn, khi mỏ hàn đạt đến nhiệt độ 350°C, bộ gia nhiệt chỉ phải bật 10% thời gian để duy trì nhiệt độ đó, dẫn đến mức tiêu thụ điện năng là ~10 W.
Hệ thống điều khiển của chúng tôi chạy rất nhanh (cứ sau 300 mili giây), do đó rất khó để đo số lần bật hoặc tắt máy sưởi bằng đồng hồ đo điện tiêu chuẩn. Dưới đây là ví dụ về đường cong nhu cầu điện năng trông như thế nào với đồng hồ đo công suất ghi:
Điều gì xảy ra trong quá trình hàn?
Khi bạn đưa đầu mỏ hàn nóng tiếp xúc với miếng kim loại lạnh hơn như mối hàn, nhiệt tích trữ trong đầu mỏ hàn sẽ chảy từ đầu mỏ hàn vào mối hàn. Sự mất nhiệt này làm cho nhiệt độ của đầu giảm xuống. Bàn ủi thông minh phản ứng bằng cách bật máy sưởi thường xuyên hơn, cung cấp nhiều năng lượng hơn để đưa đầu bàn ủi trở lại điểm đặt. Chu kỳ hiệu chỉnh cẩn thận chu kỳ nhiệm vụ này để điều chỉnh công suất chính xác là điều khiến Bàn ủi hàn thông minh trở nên hiệu quả đối với các nhiệm vụ hàn trong thế giới thực.
Vị trí cảm biến nhiệt độ: Mỏ hàn dựa vào cảm biến bên trong hoặc cặp nhiệt điện để đo nhiệt độ. Cảm biến này nằm giữa bộ phận làm nóng và bề mặt bên ngoài của đầu tip.
Thử nghiệm nước: Tại sao nó khác biệt
Nhưng! Dave tại EEVBlog đã đặt FixHub vào nước và CHỨNG MINH rằng nó không tiêu thụ đủ 100 watt. Vâng, Dave nêu lên một quan điểm đúng đắn! Hãy nói về bài kiểm tra nước đó. Bàn hàn FixHub không được thiết kế để đun sôi nước; nó được chế tạo để hàn. Khi bạn đặt đầu bàn ủi vào nước, bàn ủi sẽ phát hiện sự thất thoát nhiệt và tăng công suất bộ sưởi lên khoảng 50 watt. Đây là lý do tại sao bàn ủi không tiêu thụ hết công suất 100 watt dù bị ngâm trong nước.
Trong quá trình thử nghiệm với nước của Dave, nhiệt được rút ra khỏi đầu hàn nhanh hơn nhiều so với quá trình hàn thông thường, dẫn đến nhiệt độ của bề mặt bên ngoài giảm đáng kể. Sự giảm nhiệt độ này được cặp nhiệt điện quan sát ngay lập tức và hệ thống điều khiển phản ứng với sự giảm nhiệt độ này bằng cách tăng chu kỳ làm việc của bộ phận làm nóng đủ để duy trì nhiệt độ giảm. cặp nhiệt điện tại điểm đặt, mặc dù đầu bút nằm trong cốc nước có nhiệt độ 25 °C. Do đó, mỏ hàn không đạt được công suất 100 W như mong đợi.
Có một sự chênh lệch nhiệt giữa phần đầu ngay bên cạnh cặp nhiệt điện (350 °C) và bề mặt bên ngoài của đầu (25 °C). Chúng tôi có thể phát triển một thuật toán cho kịch bản làm mát bằng nước này chạy ở chu kỳ hoạt động cao hơn nhiều và cho công suất đầu ra là 100 watt, nhưng sẽ không phải là một ý tưởng hay khi sử dụng thường xuyên, không ngập nước: đầu nhọn sẽ có màu đỏ nóng rất nhanh rồi tan chảy, như chúng tôi đã trình bày ở trên.
Đây là Bàn ủi thông minh được xây dựng trên chương trình cơ sở siêu nóng và không an toàn của chúng tôi. Bạn có thể thấy nó có thể ngâm trong nước bao lâu tùy thích cũng không có vấn đề gì. Việc làm mát bằng nước giúp đầu bút không bị tan chảy.
Nó không đặc biệt liên quan đến công việc hàn hàng ngày, nhưng thuật toán mà chúng tôi đang sử dụng hiện sử dụng công suất khoảng ~50 W để duy trì nhiệt độ bên trong của đầu mỏ hàn trong nước. Ưu điểm của bàn ủi dựa trên phần mềm là chúng tôi có thể phát triển các thuật toán mới cho các trường hợp sử dụng cụ thể và đây là điều chúng tôi đang tiếp tục điều chỉnh. Nếu một ứng dụng mới của Smart Iron sẽ được hưởng lợi từ một thuật toán điều chỉnh công suất khác, chúng tôi muốn biết về nó.
Chúng tôi khuyên bạn không nên thực hiện thử nghiệm này ở nhà vì hiện tượng co nhiệt do làm nguội nhanh bằng cách nhúng đầu dò vào nước nhiều lần có thể làm hỏng đầu dò. Đối với các mẹo có khối lượng nhiệt cao hơn trong tương lai, chúng tôi đang xem xét việc di chuyển cặp nhiệt điện ra xa bộ phận làm nóng để phản ánh chính xác hơn nhiệt độ bên ngoài trong thuật toán PID của chúng tôi.
Cách tối đa hóa công suất đầu ra cho bàn ủi thông minh
Bàn ủi thông minh điều chỉnh với nguồn điện của nó để sử dụng công suất tối đa hiện có. Khi cắm vào thiết bị USB Power Delivery (PD), bàn ủi sẽ yêu cầu nguồn điện 20 volt, 5 amp—tổng công suất là 100 watt. Thiết bị PD có thể cung cấp điện ở các mức điện áp khác nhau tùy thuộc vào khả năng của nguồn điện. Để tận dụng tối đa bàn ủi của bạn, lý tưởng nhất là sử dụng nguồn điện hỗ trợ đầu ra 20 volt đầy đủ ở mức dòng điện cao.
Ví dụ: đây là cách đầu ra nguồn thay đổi ở mức 3 ampe cho mỗi điện áp USB PD thông thường:
- 20 volt: 60 watt (lý tưởng cho hầu hết công việc hàn)
- 15 volt: 45 watt (đủ cho hầu hết các tác vụ, nhưng chậm hơn)
- 9 volt: 27 watt (phù hợp với các tác vụ nhẹ nhàng nhưng hạn chế tỏa nhiệt)
- 5 volt: 15 watt (đây là công suất tối đa từ USB-A và không thực sự đủ để hàn hiệu quả)
Nếu bạn đang sử dụng bộ nguồn USB PD có khả năng cung cấp điện áp 20 vôn và 3 ampe, bàn ủi của bạn có thể đạt hiệu suất cao nhất và nóng lên nhanh chóng khi thực hiện các tác vụ chính xác. Mặt khác, cổng USB cũ hơn trên máy tính của bạn có thể chỉ cung cấp điện áp 5 V hoặc 9 V. Mặc dù về mặt kỹ thuật có thể hàn bằng cách sử dụng máy tính làm nguồn điện nhưng công suất đầu ra sẽ dẫn đến thời gian làm nóng chậm hơn và hiệu suất kém hơn. . Để có trải nghiệm tốt nhất, chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng bộ sạc USB PD chuyên dụng có điện áp 20 V.
Để tham khảo, đây là khả năng sản lượng điện của nhiều thiết bị Apple khác nhau. Than ôi, bạn chưa thể hàn iPhone làm nguồn điện. Nếu bạn có thể hàn được với công suất 15 watt từ iPad Pro, vui lòng gửi ảnh cho chúng tôi!
Trạm điện FixHub tạo ra bóng râm trên đó, khoảng 21 V, khi sạc đầy. Nếu bạn cắm nguồn điện USB vào phía sau của Trạm điện đã được sạc đầy, bạn thực sự có thể cung cấp thêm một chút cho bàn ủi. Giống như tất cả các bộ pin, khi lượng điện trong pin giảm, điện áp cũng giảm. Ở mức sạc 80%, Trạm điện vẫn tạo ra 20 V nhưng giảm dòng điện để có tổng công suất đầu ra là 90 W. Vào thời điểm mức sạc giảm xuống dưới 25%, Trạm điện chỉ có thể tạo ra 18 W. Nó vẫn sẽ hàn , nhưng gần như nhanh như khi được sạc đầy.
Điểm mấu chốt
Bàn ủi hàn thông minh FixHub hoàn toàn có khả năng cung cấp 100 watt khi cần, nhưng nó không mạnh mẽ thực hiện mọi nhiệm vụ như bàn ủi của ông nội bạn đã làm. Thay vào đó, nó quản lý năng lượng một cách thông minh để cân bằng giữa hiệu suất, độ an toàn và hiệu quả. Thử nghiệm trong nước tạo ra một tình huống độc đáo làm nổi bật gradient nhiệt bên trong đầu hàn, nhưng điều này không phản ánh hiệu suất hàn thực tế của bàn ủi.
Chúng tôi đã thiết kế Mỏ hàn để thực hiện xuất sắc các nhiệm vụ hàn mà bạn sẽ gặp trong thế giới thực chứ không phải để biến nó thành một ấm trà nhỏ. Điều đó có nghĩa là chúng tôi luôn nỗ lực tạo ra các bản cập nhật để cải thiện hiệu suất và chúng tôi mong muốn phản hồi của bạn về hiệu suất của nó. Hãy theo dõi các cải tiến chương trình cơ sở trong tương lai để cải tiến hơn nữa các khả năng của FixHub.
Hãy tiếp tục trả lời những câu hỏi đó—chúng tôi rất muốn được giải đáp cùng bạn!
Giao diện dòng lệnh
Một điều nữa: chúng tôi vừa đăng tài liệu về FixHub's giao diện nối tiếp. Giao diện này mở ra các cài đặt và chẩn đoán nâng cao cho những ai muốn mày mò về bàn ủi của mình: chỉ cần kết nối qua thiết bị đầu cuối USB TTY và bắt đầu khám phá.
Tái bút: Chúng tôi gần như đã hoàn thành việc xuất xưởng các đơn đặt hàng trước của Lô 1 và đang nỗ lực hoàn thiện Lô 2 sẽ xuất xưởng vào tháng 4. Nếu bạn cần ngay bây giờ, Microcenter có chúng trong kho cả trực tuyến và tại cửa hàng. Và đối với may mắn mọi người những người đã nhận được FixHub của họ, hãy kiểm tra bảng điều khiển web để cập nhật firmware. Và hãy theo dõi tại đây, chúng tôi sẽ đăng thêm về FixHub trong vài ngày tới.
