Schaltung für Lötkolben-Regelung aus 8586-2-in-1-Station von Sumsour

[Mark K. (mamikoe)]

Ich habe im Fred Beitrag "Kombi-Station 8586 - Heißluft und Löten - Löten verbessern?" die "neue" 
bzw. aktuelle Version der 8586-Kombi-Heißluft-Lötstation - gelabelt 
Sumsour 8586, Platine/Elektronik von Kasadi 8586PD Ver.2.0, 2023/03/29 - 
beschrieben. Da ich wie dort erläutert den Eindruck gewonnen habe, daß 
die Temperatur des Lötkolbens geregelt wird, obwohl im Lötkolben nur 
eine einfache 2-Draht-Heizpatrone ohne Temperatursensor steckt und 
sowohl der Lötkolben auch nur über eine 3adrige Leitung - 2 Adern für 
Netzsspannung, 1 Ader für Erde - angeschlossen ist als auch an der 
5poligen Buchse nur eben diese drei Kontakte belegt sind, habe ich 
versucht, aus der Platine die Schaltung des Löt-Teils der Elektronik zu 
rekonstruieren. Ich würde sie gerne sowie die Frage der Regelung hier 
zur Diskussion stellen, denn ich versuche zu verstehen, wie bei dieser 
Schaltung eine Regelung erfolgen kann.
Hier noch mal die Platinenseiten:
https://www.mikrocontroller.net/attachment/652733/Platine_vorn.jpg
https://www.mikrocontroller.net/attachment/652734/Platine-hint.jpg
Der für den Lötkolben zuständige Teil der Elektronik ist von hinten 
betrachtet links unten.

Wie im verlinkten Fred erläutert arbeitet im Heißluft- wie im Lötteil 
der Elektronik je ein 20pinniger Chip mit der Aufschrift "FMD" 
(Hersteller?) und "T4LRHDH" - keine sichere Ahnung was das für uC ist. 
Jedenfalls ist er anscheinend durch ISP programmierbar und die 
entsprechenden Lötpads für die Steckerleisten sind vorhanden, wenn auch 
nicht bestückt. In der beigefügten ersten Handskizze sind seine 
Anschlüsse mit der Pin-Nr. und "/T4" bezeichnet; die der ISP-Leiste des 
Löt-Teils wie auf der Platine beschriftet und "/SISP". Von der 
Pinbelegung her könnte es der FT61F145-TRB von FMD sein - 
Versorgungsspannungsanschlüsse und ISP-Pins passen und auch Pin8 als 
Analog-Eingang. Leider habe ich kein englischsprachiges Datenblatt 
gefunden und mein Chinesisch ist eingerostet ;-). Der FT61F145 ist ein 
8Bit RISC MCU / 1T 8051 MCU mit 4kB Flash, 512b SRAM, 128B DROM 18 I/O.
Die Beschaltung der speziellen Spannungsregler WD5201 und PN3870 scheint 
weitestgehend der Applikationvorschläge zu entsprechen. Mit "?" markiert 
sind die in den Heißluft-Teil führenden Verbindungen, den ich nicht 
untersucht habe.

Ich habe mich bemüht, die Schaltung fehlerfrei aufzunehmen, aber 
abgesehen von meinen persönlichen Unzulänglichkeiten bleibt auch ohne 
die Teile abzulöten eine Restunsicherheit. Einiges ist mir unklar, aber 
ich bin ja auch nur Heimbastler, die Fachleute werden mehr verstehen und 
auch Unvollständigkeiten/Fehler entdecken.

Wie im verlinkten Fred geschildert schickt die Station etwa jede Sekunde 
mindestens eine negative Halbwelle von etwa 300V an den Lötkolben. 
Entsprechend der eingestellten Soll-Temp. wird deren Zahl erhöht, also 
ein Wellenpaket unterschiedlicher Länge erzeugt, das beim Aufheizen 
teilweise etwa 900ms dauert. Bei Vergrößerung der Temperaturlast 
verlängert sich das Wellenpaket etwas, fällt diese weg verkürzt es sich 
entsprechend und führt man der Lötkolbenspitze extern Hitze zu verkürzt 
sich das Wellenpaket weiter. Bei Verringerung der Temp. wird eine 
Zeitlang nur die eine negative Halbwelle an den Lötkolben geschickt.

Zu der mich besonders interessierenden Frage der Regelung ohne 
Temperatursensor habe ich im Forum diesen Fred
Beitrag "Temperaturmessung durch Widerstand"
gefunden. Danach wird der durch die Heizpatrone fließende Strom 
gemessen, da - wie es dort heißt - der Widerstand des Heizdrahts der 
einfachen Heizpatronen mit zunehmender Temperatur abnehme und dadurch 
der Strom zunehme.
In der aufgenommenen Sumsour/Kasadi/8586-Schaltung könnte ich mir das 
nur über R36 (1R5) in der Zuleitung zu T1 des Triacs vorstellen. Hier 
fällt ja eine dem Strom durch den Triac und damit der Heizpatrone 
entsprechende Spannung ab. Da der entsprechende Netzspannungsanschluß 
der Masse dieses Schaltungsteils (GNDS) entspricht kann der uC diese 
Spannung gegen eben Masse über R35 (10k), der an dessen Pin8 führt, 
messen/erfassen. Schaltungstechnisch wäre damit also eine Regelung 
möglich.
Warum der Triac aber über einen Kondensator (C8) geschaltet wird und 
warum nur negative Halbwellen an den Lötkolben gelangen ist mir eher 
schleierhaft. Ebenso warum nicht wenigstens zum schnellen Aufheizen auch 
die positiven Halbwellen durchgeschaltet werden.

[Tobo M. (chipi)]

Bei diesen 2 adrigen Heizelemente ist der Temperatursensor und die 
Heizung in Reihe geschaltet.
Schau dir mal die T12 Lötspitzen an, da ist das Prinzip der gleiche.

Anbei eine anloge Schaltung

[Manfred P. (pruckelfred)]

Mark K. schrieb:
> Ich habe im Fred Beitrag

Wie viele Threads zur selben Lötstation willst Du Clown noch aufmachen?

Tobo M. schrieb:
> Bei diesen 2 adrigen Heizelemente ist der Temperatursensor und die
> Heizung parallel geschaltet.

In Reihe .

> Schau dir mal die T12 Lötspitzen an, da ist das Prinzip der gleiche.

So ähnlich läuft das auch bei den Weller-RT-Spitzen, die allerdings drei 
Anschlüsse haben: Heizen, Heizung abschalten, Spannung vom Thermoelement 
messen, wieder Heizen usw..

[Mark K. (mamikoe)]

Tobo M. schrieb:
> Bei diesen 2 adrigen Heizelemente ist der Temperatursensor und die
> Heizung in Reihe geschaltet.

Woher weißt Du das? Hast Du schon mal eine Heizpatrone geschlachtet?

> Schau dir mal die T12 Lötspitzen an, da ist das Prinzip der gleiche.

Die kenne ich nicht und ich finde auch keinen Link, in der deren Aufbau 
erklärt wird.

Aber wenn, dann würde es doch auf dasselbe hinauslaufen, nicht? Höherer 
Strom während der Halbwellen bei höhrer Temperatur ...

> Anbei eine anloge Schaltung

Danke, die mir aber beim Verständnis der Kasadi/8586-Schaltung nun mal 
überhaupt nicht hilft.

[Mark K. (mamikoe)]

Wie oben vermutet wertet der uC den Spannungsabfall über R36 aus. Bei 
angeblichen 300° beträgt die Spannung in der Spitze ca. 1V, bei 
angeblichen 200° ca. 1,4V und bei möglicherweise ca. 80° (die 
Einstellung geht nur bis 200° herab, "gemessen" habe an der Lötspitze 
mit einem Grillthermometer also durchaus unsicher) beträgt die Spannung 
ca. 2V. Und dies ist auch an Pin 8 des uC, der vermutlich als ADC 
eingestellt ist, zu messen.
Lege ich von Pin 8 des uC 10k nach Masse (GNDS), reduziert sich 
erwartungsgemäß die Temperatur der Lötkolbenspitze sehr deutlich, 
deutlich unter die minimal einstellbaren 200°, wie erwähnt mit dem 
Grillthermometer gemessen (bei sicherlich nicht perfektem Kontakt zur 
Lötspitze) ca. 80° bei als Soll-Temp. eingestellten 300°. Auf dem Skop 
ist zu sehen, daß nur noch eine Halbwelle/sec. mit etwas höherer 
Amplitude erscheint. Durch einen entsprechenden in der Lötkolben-Ablage 
nachgerüsteten Taster läßt sich so der fehlende Standby nachrüsten.

Eleganter wäre es zwar ohne mechanischen Kontakt, wie bei z.B. den JBC, 
und da der Lötkolben (naturgemäß auch an der Verschraubungsmutter) 
geerdet ist wäre es darüber sogar ausgesprochen einfach zu machen - aber 
nur, wenn der Stecker der Station richtig herum in der Steckdose steckt, 
also der Nulleiter zu Masse (GNDS) wird, und wenn nicht wird es wohl 
heftig knallen - also mechanisch.

Da aber auch so der uC immer noch einen Impuls/sec. von sich gibt, also 
eine Halbwelle/sec. an den Lötkolben gelangt, dauert es recht lange, bis 
die Lötspitze die Ziel-Standby-Temperatur erreicht. Was aber nicht nur 
nicht nachteilig sondern sogar erwünscht ist, denn so kühlt er bei nur 
relativ kurzzeitigem Weglegen nur wenig ab. Denn leider ist die 
Zeitdauer fürs Aufheizen ziemlich lang, was durch den Betrieb mit nur 
Halbwellen und der relativ langen Reaktionszeit und zwischenzeitlichen 
Aussetzen der langen Wellenpaketete weiter verschlechtert wird.
Die Aufheizzeit eines z.B. JBC wird natürlich nicht zu erreichen sein, 
aber es würde sicherlich helfen, beim Herausnehmen des Lötkolbens aus 
der Ablage für eine Zeitdauer, die bis zu einer bestimmten Grenze mit 
der Dauer des Standby korrespondiert, den TRIAC Q2 zu überbrücken und 
der Heizpatrone mit durchgehend voller Netzspannung Beine zu machen.
Eleganter wäre sicherlich, keinen zweiten TRIAC parallel zu schalten 
sondern den vorhandenen TRIAC Q2 direkt am Gate für diese Zeitdauer 
durchgehend zu zünden. Aber dann würde während der zweiten und 
gegenpoligen Halbwelle wohl die Spannung über R36 negativ und dies wird 
der uC vielleicht/vermutlich nicht überleben; das Datenblatt ist nur 
Chinesisch und daher völlig unbekannt, ob der Eingang Oin 8 eine 
ausreichende Schutzschaltung besitzt. Ob eine umgekehrt gepolte Schottky 
oder eine 4V7-Z-Diode gegen Masse an Pin 8 des uC dies verhindern wird 
... da es unmöglich sein wird, einen programmierten uC als Ersatz oder 
die Software zu erhalten und auch die Doku des uC nur in Chinesisch 
vorliegt dürfte der weniger elegante Weg über einen zweiten, parallel zu 
R36 und den vorhandenen TRIAC U2 geschalteten TRIAC vorzuziehen sein.

Der diskrete Aufbau dürfte recht aufwendig sein, also wird das am besten 
durch z.B. einen kleinen ATTiny gesteuert. Damit könnte auch wesentlich 
eleganter vorgegangen werden, nämlich die langen Wellenpakete des 
Aufheizens auswerten und während derer den zweiten TRIAC nur für die 
folgende Halbwelle, die durch Q2 ja blockiert wird, zünden. Diese langen 
Aufheiz-Wellenpakte sind deutlich länger als die im Normalbetrieb 
erzeugten Wellenpakete - und wenn dieser Booster nur für ein paar 
Sekunden nach dem Ende des Standby aktiviert wird besteht auch keine 
Gefahr, daß eine hohe Temperaturlast bei hoher Temperatur 
mißinterpretiert wird.

[Harald K. (kirnbichler)]

Tobo M. schrieb:
> Bei diesen 2 adrigen Heizelemente ist der Temperatursensor und die
> Heizung in Reihe geschaltet.
> Schau dir mal die T12 Lötspitzen an, da ist das Prinzip der gleiche.

Tatsächlich sind Sensor und Heizung nicht "in Reihe" geschaltet, sie 
sind ein und dasselbe. Die Heizung selbst ist ein Thermoelement, und 
liefert eine auswertbare Thermospannung, wenn nicht gerade mit ihr 
geheizt wird.

Bei diesem Selbstbauprojekt wird auf die Funktionsweise eingegangen, bei 
der im Wechsel geheizt und gemessen wird:

https://github.com/wagiminator/ATmega-Soldering-Station

[Mark K. (mamikoe)]

Wie im oben verlinkten Ausgangs-Fred Michael L. im Beitrag #7780164 auf 
meine Feststellung, daß der Widerstand der einfachen Heizpatrone des 
einfachen 908-Lötkolbens (der mit der Kombi-Station 8586 geliefert wird) 
bei zunehmender Temperatur zunimmt, zutreffend hingewiesen hat:
> So gehört das, Physik halt. Und Konstantandraht wird man aus
> ersichtlichen Gründen nicht verwenden wollen.
Hier bei dieser Elektronik wird, wie sich gezeigt hat, nur die Änderung 
des Stroms aufgrund der sich ändernden Widerstands der Heizpatrone durch 
Messung des entsprechenden Spannungsabfalls über R36 ausgewertet.

Wie sich ferner gezeigt hat, funktioniert für den Heizungs-Boost nach 
dem Ende des Standby auch, direkt an das Gate von Q2 über 270R +5V/S 
anzulegen (vorsorglich habe ich eine invers gepolte Schottky von Pin 8 
des uC nach GNDS gelegt; der uC hat bis jetzt überlebt). Der 
Heizungs-Boost ist auch unabdingbar, da die Regelung aus mir nicht 
erklärlichen Gründen jedenfalls nach den deutlichen Änderungen der an 
R36 gemessenen Spannung durch das Anschalten von 10k von Pin 8 des uC 
nach GNDS (zum Einleiten des Standby) eine Pause von etwa 4 bis 8 
Sekunden einlegt und erst danach nachlegt. Sofort nach dem Ende des 
Standby den TRIAC Q2 für eine gewisse Zeit durchgehend zu zünden führt 
zu einem sehr schnellen Aufheizen. Experimentell hat sich 1/4 der 
Standbyzeit plus 1, begrenzt auf etwa 7 Sekunden, als praktikabel 
erwiesen. Im Gegensatz zum Parallelschalten einen weiteren TRIAC zu 
R36+Q2 hat das dauerhafte Zünden Verwendung von Q2 den Vorteil, daß an 
R36 weiter eine Spannung abfällt, die auch während des Heizungs-Boosts 
ausgewertet wird und nach dessen Ende diese ca. 4 bis 8 sec. dauernde 
Verzögerung bis zum erneuten Beginn der Regelung nicht auftritt.