Záťažovy regulátor otáčok mini vŕtačky

K základnej výbave každej dielne elektrotechnika, či modelára patrí mini vŕtačka, v prípade elektrotechnika predovšetkým na vŕtanie dosiek plošných spojov.

Zdanlivo jednoduchá operácia, vŕtanie otvorov, má svoje skryté úskalia ovplyvňujúce kvalitou vyvŕtaných otvorov následné operácie, najmä spájkovanie a teda má vplyv na celkový výsledok. Častým problémom pri vŕtaní otvorov je potreba presného navedenia vrtáku do osi pozície vŕtaného otvoru, ktorý sa často skĺzne vplyvom povrchových nerovností (podleptanie , nedoleptanie, chýbajúci zápich pre otvor, nerovnosti povrchového laku, …) do nežiadanej polohy a otvor vyvŕtame, tam kde nechceme, alebo pri skĺznutí vrtáku vo vysokých obrátkach po povrchu dosky vznikajú nepríjemné škrabance, ktoré nemusia mať len kozmetický charakter, ale môžu sa poškodiť tenšie vodivé dráhy.

Pri nízkych otáčkach vrtáku je navedenie do správnej pozície jednoduchšie a znižuje sa riziko poškodenia povrchu dosky plošných spojov (ďalej DPS) sklzmi vrtáku pri vysokých otáčkach. Samotné vŕtanie malých otvorov do priemeru 1 mm sa vykonáva pri otáčkach nad 10000 ot/min. Najvhodnejšie otáčky sú závislé od vŕtaného materiálu, od typu použitého vrtáku a v amatérskych podmienkach sa najčastejšie určujú skusmo. Na tento účel je potrebné mať vhodnú reguláciu otáčok, čo sa najčastejšie rieši reguláciou napätia mini vŕtačky. Prevažná väčšina mini vŕtačiek má pracovné napätie v rozsahu 12V – 20V, čo zodpovedá otáčkam vretena 12000 ot/min – 20000 ot/min. Riešenie horeuvedených problémov pomáha riešiť popisované zariadenie.

Funkcie regulátora.

    Zariadenie umožňuje regulovať riadiť otáčky mini vŕtačky nastavovaním výstupného napätia  v rozsahu 12V – 20V v automatickom, alebo manuálnom režime.  Celková schéma zapojenia prístroja je na na Obr.1.

V manuálnom režime sa otáčky mini vŕtačky nastavujú na pevne stanovenú hodnotu nastavovaním  výstupného napätia pomocou  potenciometra POT1. Zatlačením tlačidla SW1 sa prepne regulátor do „automatického režimu“, čo je signalizované rozsvietením zabudovanej LED v tlačidle, privedením napätia +24V na príslušné svorky. Opakovaným zatlačením tlačidla sa prepne zariadenia do „manuálneho režimu“, LED zhasne. Rezistor potrebný na obmedzenie prúdu LED v tlačidle je súčasťou prvku SW1 a súčiastka sa dodáva sa už s ním a preto v schéme na Obr.1 nie je ani zakreslený, ale  na vývod 1 konektora X5 sa pripája vývod LEDpin spínača SW1 osadený s týmto  rezistorom. V automatickom režime sú otáčky mini vŕtačky nízke, čo umožní ľahké navedenie vrtáku do správnej pozície, pri zahájení vŕtania sa otáčky vŕtačky automaticky zvýšia na hodnotu otáčok zodpovedajúcu nastavenia potenciometra POT1. Po vyvŕtaní otvoru otáčky klesnú na nízku hodnotu k a zariadenie pripravené k vŕtaniu ďalšieho otvoru.

Popis zapojenia.

    Celková schéma zapojenia je na obr.1 Zásuvka XA1 je určená na pripojenie pohyblivého prívodu do siete 230V, hlavný vypínač SW2 zabezpečuje bezpečné vypnutie a zapnutie prístroja. Poistka F1  a zásuvka XA1 tvoria jeden konštrukčný prvok. Zdroj napätia 24V pre napájanie regulátora LK-015 a mini vŕtačky zabezpečuje napájací modul PWR.  Potenciometer POT1 vykonáva nastavenie maximálnej hodnoty výstupného napätia. Tlačidlový prepínač so zabudovanou svetelnou signalizáciou zaisťuje prepínanie režimu regulátora a panelové meradlá V-meter a A-meter zobrazujú výstupné napätie a prúd odoberaný mini vŕtačkou. Blok regulátora LK-015 obsahuje elektroniku zabezpečujúcu funkcionalitu. Schéma zapojenia regulátora LK-015 je na Obr.2.  Napájacie napätie +24V sa privádza na svorky svorkovnice X1.  Kondenzátory C2 a C3 zabezpečujú filtráciu vstupného napätia. Vstupné napätie 24V je privádzané na vstup DC-DC meniča s PWM moduláciou U1 (XL4016) pracujúci s pevným kmitočtom 180kHz. Požadované výstupné napätie na svorkách svorkovnice X6 v kľudovom stave v automatickom režime je určené veľkosťou odporov R2 a R3 a je nastavené na 3V.  Pri zaťažení mini vŕtačky, pritlačením na hrot vrtáka, stúpa odoberaný prúd, keď jeho hodnota stúpne približne na 0.6V otvorí sa tranzistor U2 (BC237), ktorý pripojí paralene k odporu R2  sériovú kombináciu odporov R4 a POT1. Výsledkom je zmena deliaceho pomeru R2` a R3 v obvode DC-DC meniča, kde  R2` je hodnota odporu sériovo paraleného spojenia R2,R4 a POT1. Hodnoty týchto súčiastok sú nastavené tak , aby výstupné napätie na svorkách svorkovnice X6 bolo v rozmedzí 12v až 20V pri odbere približne 1A. Úbytok napätia na odpore R6 je vedený cez konektor X4 (JST) na panelové meradlo A-meter , ktoré zobrazuje veľkosť výstupného prúdu. Panelové meradlo V-meter (DSN-VDM-586) pripojené na X3 zobrazuje veľkosť výstupného napätia.  Pomocou odporov R7, R8 je možné v obmedzenom rozsahu  nastavovať jas panelových meradiel. Panelové meradlá DSN-VDM-586) sú dodávané v dvojvodičovom vyhotovení (merané napätie je zároveň napájacím) pre rozsah  meraného napätia 4.5V až  30V a vyžadujú úpravu , aby display zobrazoval aj hodnoty nižšie ako 4.5V. Úprava spočíva v odstránení odporu R3 z panelového meradla (Obr.3) a pridanie tretieho vodiča prispájkovaného na kontaktnú plôšku VT.  V+ a V- sú napájacie kontakty a VT (v schéme na Obr.1 označené ako INput) je merané napätie . Všetky tri vodiče sú zakončené konektorom JST na pripojenie k doske regulátora cez X3 a X4.  Regulátor LK-015 podľa Obr.2 je zrealizovaný na jednej jednostrannej DPS Obr.4 s rozmermi 85mm x 60mm.

Tvar plošiek je zvolený s ohľadom na veľkosť vŕtaného otvoru , prúdovú zaťažiteľnosť ako aj na spájkovateľnosť, tak aby nedochádzalo pri možnom prehriatí k odlupovaniu vrstvy medi od podkladu.  Prepojenia sú realizované spôsobom blízkym návrhu DPS deliacimi čiarami, aby sa minimalizovala spotreba leptacieho roztoku. Rozmiestnenie súčiastok je zrejmé z Obr.5 a Obr.6 a nevyžaduje ďalšie komentáre.  Pre oživenie nie je potrebné vykonať žiadne nastavenia a pri bezchybnom zapojení súčiastok bude všetko fungovať na prvý pokus.  Realizáciu by mal zvládnuť aj začínajúci rádioamatér. Výber skrinky na zabudovanie regulátora bude najmenší problém. Ja som použil skrinku s predpotopného zdroja BK125. Pohľad na rozmiestnenie prvkov v skrinke  a pohľad na hotové zariadenie je na Obr.12  

Záver.

Zrealizovať je možné aj úsporný funkčný variant regulátora vynechaním prepínača SW1, panelových meradiel, a príslušných konektorov X3,X4,X5. Verím, že tento príspevok bude užitočný pre rádioamatérov a modelárov, ktorí chcú zlepšiť kvalitu svojich výrobkov a vybavenie svojej dielne.

Zoznam použitých súčiastok:

Mechanické diely, drobný spojovací materiál a použitá skrinka nie sú uvedené.

Užitočné odkazy:

https://www.tme.eu/sk/details/d-0550/elektricke-naradie/donau-elektronik/0550/?brutto=1&currency=EUR&gad_source=1&gclid=EAIaIQobChMInNaig_KThAMVMZ1oCR0yVAm1EAQYAiABEgLH2fD_BwE
https://html.alldatasheet.com/html-pdf/1134369/XLSEMI/XL4016/250/1/XL4016.html
https://techfun.sk/produkt/voltmeter-dc-0-56-4-5-30v/
https://www.tme.eu/sk/details/eps-65-24/otvorene-zdroje/mean-well/