-
Lötstationen
oder Vorschaltgeräte für Handlöteinrichtungen
dienen dem Löten von elektronischen Bauelementen.
-
Für
solche Löteinrichtungen bestehen besondere Anforderungen
hinsichtlich der an einer Lötspitze zulässigen
Spannungen, die nach geltenden IPC-Standards wenige mV nicht überschreiten
dürfen. Weiterhin gelten für Geräte in
dem Leistungsbereich, in dem Handlöteinrichtungen üblicherweise ausgeführt
sind (> 75 W), neben
den allgemein gültigen Anforderungen an die Elektromagnetische
Verträglichkeit (EMV) von Geräten auch Anforderungen an
den Oberwellengehalt des vom Verbraucher aufgenommenen elektrischen
Stroms. Die Anforderungen an die Regeleigenschaften des Vorschaltgeräts liegen
mit Zeitkonstanten im Sekundenbereich in einem vergleichsweise gut
beherrschbaren Bereich. Bezüglich der EMV bestehen insbesondere
Anforderungen hinsichtlich der Einhaltung von Grenzwerten für
niederfrequente Oberwellen, der Einhaltung der Grenzwerte für
die Funkstörstrahlung. Zum Schutz der zu verlötenden
elektronischen Bauelemente müssen weiter Grenzwerte für
die maximal an der Lötspitze auftretenden Spannungen eingehalten
werden.
-
Im
Stand der Technik werden die genannten Anforderungen erfüllt,
indem herkömmliche Transformatoren in Kombination mit Schaltelementen
verwendet werden, die es erlauben, abhängig von einer Abweichung
zwischen einer Solltemperatur der Lötspitze und einer Isttemperatur
derselben einzelne Sinushalbwellen zum Heizelement zu leiten. Durch Verwendung
der Netzfrequenz treten dabei keine hochfrequenten Oberwellen auf.
Niederfrequente Oberwellen werden dadurch vermieden, dass nur ganze
Halbwellen durchgeschaltet werden und beispielsweise keine Phasenanschnittregelung
eingesetzt wird.
-
Eine
solche Löteinrichtung ist beispielsweise aus der
DE 1 490 344 bekannt.
-
Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Vorschaltgerät
für eine Löteinrichtung anzugeben.
-
Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein Vorschaltgerät mit den Merkmalen eines der Ansprüche
1 oder 2.
-
Vorteilhafte
Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Ein
erfindungsgemäßes Vorschaltgerät für eine
Löteinrichtung mit einer Lötspitze, insbesondere eine
Handlöteinrichtung oder eine Stationslöteinrichtung,
umfasst einen steuerbaren Spannungswandler zum Wandeln einer Eingangs-Netzspannung
in eine Wechselspannung, die einem Übertrager zuführbar ist.
Dies entspricht der Funktionsweise eines Schaltnetzteils. Sekundärseitig
vom Übertrager ist ein Detektionsmittel zur Detektion eines
Nulldurchgangs vorgesehen, wobei ein Signalausgang des Detektionsmittels
mit einem Eingang einer Steuereinrichtung verbunden ist. Durch die
Steuereinrichtung ist eine Temperatur der Lötspitze ermittelbar.
Beispielsweise weist die Löteinrichtung im Bereich einer
Lötspitze einen Temperatursensor auf, der mit der Steuereinrichtung
verbunden ist. Alternativ kann die Temperatur auch durch Messung
von Strom und Spannung an einem Heizelement zur Erwärmung
der Lötspitze geschätzt werden, sofern die Dimensionierung des
Heizelements bekannt ist. Die Steuereinrichtung regelt und/oder
schaltet den Spannungswandler abhängig von der Temperatur
der Lötspitze und/oder von Signalen des Detektionsmittels.
Durch den erfindungsgemäßen Aufbau des Vorschaltgerätes
ist eine Reduzierung von Gewicht und Volumen des Vorschaltgerätes
im Vergleich mit einem herkömmlichen Transformator erzielbar.
Zudem kann durch das erfindungsgemäße Vorschaltgerät
ein vergleichsweise weiterer Eingangsspannungsbereich unterstützt
werden, so dass beispielsweise das selbe Vorschaltgerät für
Netze mit Spannungen zwischen 110 V und 230 V geeignet und somit
praktisch weltweit einsetzbar ist. Im Gegensatz dazu sind bei herkömmlichen
Transformatoren für stark unterschiedliche Eingangsspannungen
mehrere umschaltbare Wicklungen erforderlich. Zudem sind Niederfrequenztransformatoren
(50 Hz/60 Hz) schwer und voluminös. Bei der erfindungsgemäßen
Lösung entfällt zudem der bei sekundärseitig
geregelten Transformatoren unvermeidliche Transformator-Blindstrom
im Standby-Betrieb, so dass eine Energieeinsparung möglich
ist. Nicht zuletzt weist das erfindungsgemäße
Vorschaltgerät auch einen höheren Wirkungsgrad
auf als ein herkömmlicher Transformator, wodurch ebenfalls
Energie gespart und Verlustleistung im Vorschaltgerät reduziert
wird.
-
Der Übertrager
im Vorschaltgerät kann als ein Transformator mit einem
geringen Koppelfaktor, insbesondere einem Koppelfaktor von kleiner
0,5, ausgebildet sein. Ein solcher Transformator weist dabei auch
eine große Streuinduktivität auf. Auf diese Weise
lässt sich ein Oberwellenanteil sowohl hinsichtlich des
den Verbraucher, das heißt ein Heizelement für
die Lötspitze, versorgenden Stroms als auch der Spannung
reduzieren.
-
Zur
Reduzierung der Oberwellen kann der Übertrager auch als
ein Transformator mit sektionalem Wicklungsaufbau ausgebildet sein.
-
Eine
Reduzierung der Oberwellen ist ebenso durch ein dem Übertrager
nachgeschaltetes Filter erzielbar.
-
Das
Filter kann beispielsweise eine stromkompensierte Drossel umfassen.
Auf diese Weise kann auch der Gleichtaktanteil des Ausgangssignals reduziert
werden.
-
Alternativ
oder zusätzlich kann das Filter mindestens einen Y-Kondensator
oder eine andere Art Störkondensator umfassen.
-
Bei
Verwendung eines Y-Kondensators mit drei Anschlüssen kann
der Y-Kondensator als Detektionsmittel zur Detektion des Nulldurchgangs
dienen.
-
Zur
weiteren Reduzierung von an der Lötspitze auftretenden
Spannungen kann die Lötspitze galvanisch oder kapazitiv
mit einem Erdpotenzial verbunden sein. Auf diese Weise wird eine
Gefährdung von zu verlötenden elektronischen Bauelementen durch Überspannung
reduziert.
-
Vorzugsweise
ist das Vorschaltgerät so ausgebildet, dass der Spannungswandler
durch die Steuereinrichtung im Nulldurchgang ein- oder ausschaltbar
ist, so dass die Löteinrichtung mit einer Anzahl vollständiger
Halbwellen einer sinusförmigen Wechselspannung versorgbar
ist. Auf diese Weise werden Oberwellen vermieden, die beim Phasenanschnitt
der sinusförmigen Wechselspannung sonst unvermeidlich auftreten
würden. Der detektierte Nulldurchgang kann ein Spannungsnulldurchgang
oder ein Stromnulldurchgang oder ein Nulldurchgang einer Hüllkurve
der Spannung oder des Stromes sein.
-
Der
Spannungswandler kann beispielsweise als ein Resonanzwandler oder
ein Quasiresonanzwandler ausgebildet sein. Auf diese Weise erhöht
sich der Wirkungsgrad des Spannungswandlers und eine Störaussendung
wird vermieden.
-
Ebenso
kann der Spannungswandler mit variabler Frequenz und/oder variablem
Tastverhältnis betrieben werden, wodurch ein weiterer Eingangsspannungsbereich
realisiert werden kann. Durch die Variation dieser Größen
kann auch die Regelung der Verbraucherseite anstatt der Detektion
der Nulldurchgänge und des Schaltens im Nulldurchgang erfolgen.
-
Dem
Spannungswandler kann eine pulsierende Spannung zuführbar
sein, wobei der Spannungswandler eine aktive Leistungsfaktorkorrektur aufweist.
Auf diese Weise kann auf einen großen Zwischenkreiselektrolytkondensator
verzichtet werden, der durch seine relativ geringe Lebensdauer die Gesamtlebensdauer
des Vorschaltgeräts erheblich reduzieren würde.
Stattdessen können gegebenenfalls Filterelemente vor einem
im Spannungswandler vorgesehenen Gleichrichter zur Erzielung der
elektromagnetischen Verträglichkeit geschaltet sein.
-
In
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann mindestens
eine Detektoreinheit zur Bestimmung der Amplitude des Netzspannung
vorgesehen sein (Betrieb mit „Voltage Feedforward”).
Anhand der detektierten Amplitude kann durch eine Steuereinrichtung
eine Arbeitsweise (beispielsweise Pulsweitenmodulation oder Frequenzmodulation)
zur Ausregelung langsamer Störungen mit f << 50 Hz und/oder ein Eingangsspannungsbereich
des Spannungswandlers gewählt werden, beispielsweise eine automatische
Umschaltung von 110 V auf 230 V. Ein so ausgebildetes Vorschaltgerät
ist auf diese Weise für einen Großteil des Weltmarktes
geeignet.
-
Des
Weiteren kann eine Standby-Stromversorgung vorgesehen sein, bei
der nur die Steuereinrichtung eingeschaltet und der Spannungswandler abgeschaltet
ist. Auf diese Weise können Standby-Verluste reduziert
werden.
-
In
einer weiteren Ausführungsform kann eine Schutzreinrichtung
vorgesehen sein, über die die Eingangsnetzspannung dem
Spannungswandler zuführbar ist. Die Schutzeinrichtung kann
beispielsweise einen Netzfilter oder eine TVS-Diode (transient voltage
suppressor) oder einen TVS-Varistor als Schutz vor kurzzeitigen Überspannungen
umfassen.
-
Vorzugsweise
sind Mittel vorgesehen, um der Steuereinrichtung eine Solltemperatur
der Lötspitze vorzugeben, auf die dessen Isttemperatur dann
geregelt wird.
-
Die
Abstrahlung unzulässiger hochfrequenter Leistung wird bei Übertragung
der nicht gleichgerichteten elektrischen Energie vorteilhaft dadurch vermieden,
dass zwischen Vorschaltgerät und Verbraucher nur geringe
Leitungslängen zugelassen und Netzteiltopologien eingesetzt
werden, die bezogen auf die Schaltfrequenz einen geringen Oberwellenanteil
aufweisen.
-
Im
Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand
von Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:
-
1 eine
erste Ausführungsform einer Löteinrichtung mit
einer Lötspitze, einem Heizelement und einem Vorschaltgerät,
und
-
2 eine
weitere Ausführungsform des Vorschaltgerätes.
-
Einander
entsprechende Teile sind in beiden Figuren mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
-
In 1 ist
eine Löteinrichtung 1 mit einer Lötspitze 2,
einem Heizelement 3 und einem Vorschaltgerät 4 gezeigt.
-
Das
Vorschaltgerät 4 umfasst einen steuerbaren Spannungswandler 5 zum
Wandeln einer Eingangs-Netzspannung UN in
eine Wechselspannung, die einem Übertrager zuführbar
ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Übertrager
in den Spannungswandler 5 integriert, so dass dort bereits
eine galvanische Trennung stattfindet. Sekundärseitig vom Übertrager
sind Detektionsmittel zur Detektion eines Nulldurchgangs vorgesehen.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist nach dem Übertrager
ein Filter mit einer stromkompensierten Drossel 6 und zwei Entstörkondensatoren 7.1, 7.2 vorgesehen.
Die Entstörkondensatoren 7.1, 7.2 sind
als Y-Kondensatoren mit je drei Anschlüssen ausgebildet
und dienen als Detektionsmittel zur Detektion des Nulldurchgangs des
das Heizelement 3 versorgenden Stroms im Falle des Entstörkondensators 7.1 und
des Nulldurchgangs der Spannung im Falle des Entstörkondensators 7.2.
Signalausgänge der Detektionsmittel sind mit einem Eingang
einer Steuereinrichtung 8 verbunden. Die Löteinrichtung 1 weist
im Bereich der Lötspitze 2 einen Temperatursensor 9 auf,
der mit der Steuereinrichtung 8 verbunden ist. Die Steuereinrichtung 8 regelt
oder schaltet den Spannungswandler 5 abhängig
von einer Temperatur der Lötspitze 2 und von den
Signalen der Detektionsmittel 7.1, 7.2. Es ist eine
Schutzeinrichtung 10 in Gestalt einer TVS-Diode vorgesehen.
Die Lötspitze 2 ist kapazitiv geerdet.
-
Der
Spannungswandler 5 wird durch die Steuereinrichtung 8 insbesondere
im Nulldurchgang ein- oder ausgeschaltet, so dass das Heizelement 3 mit
einer Anzahl vollständiger Halbwellen einer sinusförmigen
Wechselspannung versorgbar ist. Der detektierte Nulldurchgang kann
ein Spannungsnulldurchgang oder ein Stromnulldurchgang oder ein Nulldurchgang
einer Hüllkurve der Spannung oder des Stromes sein.
-
Im
Ausführungsbeispiel werden zwei Detektionsmittel 7.1, 7.2 gezeigt.
Es kann jedoch auch nur ein Detektionsmittel 7.1 oder 7.2 vorgesehen
sein.
-
In 2 ist
eine weitere Ausführungsform des Vorschaltgerätes 4 gezeigt.
Zusätzlich ist hier ein Netzfilter als Schutzeinrichtung 10 vorgesehen.
Der Übertrager 11 ist separat vom Spannungswandler 5 dargestellt.
Der Übertrager 11 ist als ein Schaltnetzteil-Transformator
ausgebildet, der mit einer Frequenz betrieben werden kann, die oberhalb
der Netzfrequenz liegt. Die Wechselspannung dieser Frequenz wird
vom Spannungswandler 5 bereitgestellt, der als ein Wechselrichter
oder als ein AC/AC-Wandler ausgebildet sein kann. Dem Übertrager 11 ist
das Filter 12 nachgeschaltet, das die in 1 gezeigten Komponenten,
stromkompensierte Drossel 6 und/oder Entstörkondensatoren 7.1, 7.2 enthalten kann.
Der Steuereinrichtung 8 ist eine Einheit 13 zur galvanischen
Trennung des Steuersignals nachgeschaltet. Dies kann beispielsweise
ein Optokoppler sein. Die Steuereinrichtung 8 weist eine
Schnittstelle 14 auf, über die beispielsweise
Bedienelemente oder eine Anzeigeeinheit angeschlossen werden können. Weiter
ist eine Vorsteuereinheit 15 vorgesehen. Diese ermittelt
beispielsweise eine Amplitude der Netzspannung UN und
generiert abhängig davon ein Vorsteuersignal zur Kompensation
von Spannungsschwankungen und/oder schaltet den Netzbereich automatisch
um, beispielsweise zwischen 230 V und 110 V (Feedforward auf Frequenz
und/oder Tastverhältnis des Spannungswandlers 5).
Der unterstützte Eingangsspannungsbereich kann beispielsweise zwischen
85 V und 265 V bei Frequenzen von 47 Hz bis 63 Hz liegen.
-
Als
Detektionsmittel 7.1, 7.2 sind Messleitungen vorgesehen,
mit denen Spannung und Strom am Heizelement 3 ermittelt
werden können. Die eigentliche Detektion der Nulldurchgänge
findet dann in der Steuereinrichtung 8 statt.
-
Optional
können folgende weitere Komponenten vorgesehen sein, die
daher gestrichelt dargestellt sind:
Der Übertrager 11 kann
weitere Wicklungen aufweisen, an denen ein Gleichrichter 16 und
ein DC/DC-Wandler 17 zur Versorgung der Steuereinrichtung 8 vorgesehen
ist. Ebenso kann eine Hilfsspannungsversorgung 18 mit einem
Gleichrichter zur Versorgung des Spannungswandlers 5 vorgesehen sein.
Weiter kann für die Steuereinrichtung 8 über eine
galvanische Trennung 19 eine Standby-Stromversorgung 20 vorgesehen
sein.
-
Der Übertrager 11 im
Vorschaltgerät kann als ein Transformator mit einem geringen
Koppelfaktor, insbesondere einem Koppelfaktor von kleiner 0,5, ausgebildet
sein. Ein solcher Transformator weist dabei auch eine große
Streuinduktivität auf.
-
Der Übertrager 11 kann
auch als ein Transformator mit sektionalem Wicklungsaufbau ausgebildet
sein.
-
Der
Spannungswandler 4 kann beispielsweise als ein Resonanzwandler
oder ein Quasiresonanzwandler ausgebildet sein.
-
Ebenso
kann der Spannungswandler 4 mit variabler Frequenz und/oder
variablem Tastverhältnis betrieben werden. Durch die Variation
dieser Größen kann auch die Regelung der Verbraucherseite, das
heißt der Stromversorgung des Heizelements 3 anstatt
der Detektion der Nulldurchgänge und des Schaltens im Nulldurchgang
erfolgen.
-
Dem
Spannungswandler 4 kann eine pulsierende Spannung zuführbar
sein, wobei der Spannungswandler 4 eine aktive Leistungsfaktorkorrektur aufweist.
-
Anhand
der durch die Vorsteuereinheit 15 detektierten Amplitude
kann eine Arbeitsweise (beispielsweise Pulsweitenmodulation oder
Frequenzmodulation) zur Ausregelung langsamer Störungen mit
f << 50 Hz und/oder
ein Eingangsspannungsbereich des Spannungswandlers gewählt
werden.
-
Die
Schutzeinrichtung 10 kann auch als TVS-Varistor ausgebildet
sein.
-
Vorzugsweise
sind Mittel vorgesehen, um der Steuereinrichtung eine Solltemperatur
der Lötspitze 2 vorzugeben, auf die dessen Isttemperatur dann
geregelt wird. Dies kann beispielsweise über die Schnittstelle 14 erfolgen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-