Pintaliitos-juotosuuni 3/5: Lämpötehon ohjausjärjestelmä

[Kremmen]

Juotosuunia siis lämmitetään vastussauvoilla. Näiden lämmitysvaikutus perustuu ensisijaisesti kuuman vastussauvan infrapunasäteilyyn, ei niinkään siihen että ne lämmittävät uunin ilmatilaa. Toki ne sitäkin tekevät, mutta halvat pizzauunit yleensä "vuotavat" kuin seula, joten lämmin ilma kiertää helposti uunista ulos huonetilaan.

IR-säteilyn lämmitysvaikutus piirilevyn pinnalla pitää olla riittävä jotta haluttu lämpötilan aikaprofiili voidaan saavuttaa. Stetsonin menetelmällä eli hatusta vetäen tähän tarvitaan reilun kilowatin kokonaisteho jotta jyrkimmät lämmön nostot onnistuvat. Samassa yhteydessä pitää kumminkin huomata, että valtaosan ajasta vastuksia ohjataan pienellä murto-osalla niiden maksimitehosta. Suurimman osan aikaa vastukset eivät käytännössä hehku lainkaan.

Vastuksen ohjaus toteutetaan moduloimalla siihen ohjattavaa jännnitettä/virtaa jollain sopivalla periaatteella. Käytännössä riittävän pienihäviöisiä ohjaustapoja on kaksi - vaihekulmaohjatun kytkimen (triacin) käyttö puolijaksoittain tapahtuvaan ohjaukseen tai nollapistekytkevä puolijohderele kokonaisten puolijaksojen ohjaukseen. Valinta perustuu prosessin ominaisuuksiin ja toteutettavan modulaattorin soveltuvuustarkasteluun. Muutamia lähtöhuomioita:

- Varsinaisen uunin termiset aikavakiot ovat luokkaa kymmeniä sekunteja hieman käytettävästä kokonaistehiosta riippuen. Kuitenkaan kokonaistehoa ei voida kasvattaa mielivaltaisesti koska viimeistään kasvava IR-säteilyn intensiteetti ylittää juotettavien komponenttien kestokyvyn. Myös verkkosulakkeiden koko tulee jossain vaiheessa vastaan.

- Lämmitysvastuksilla on myös oma terminen aikavakionsa, luokkaa muutama sekunti. Näin ollen ne eivät vastaa viiveettä lämmitystehon muutoksiin.

Noista aikavakioista voisi muodostaa uunin siirtofunktion ja sijoittaa sen navat s-tasoon säätäjän parametrien laskentaa varten. Se kumminkin vaatisi laboraatioita numeroarvojen selvittämiseksi, joten helpompi vaihtoehto on vaan olettaa, että navat on muutaman ja muutaman kymmenen sekunnin kohdalla ja mennä sillä.

Modulaattori siis ohjaa vastuksen lämmitystehoa syklisesti pulssinleveyttä ohjaamalla. Syklinajan tulee olla sopivassa suhteessa vastuksen termiseen aikavakioon siten, että jatkuvuustilassa (kun ylläpidetään vakiolämpötilaa) vastuksen pintalämpötila ei vaihtele liikaa. Jos heitetään hihasta, että vastuksen aikavakio on esim 5 sekuntia, voisi modulaattorin syklinaika olla esim 1 s.
Säätäjältä saatava toimisuure skaalataan modulaattorissa 0-100% pulssinleveydeksi jolla moduloidaan syklinaikaa. Näin ollen toimisuureen arvo joka on 10% maksimista aiheuttaa modulaattoriin 0,1 s päälläoloajan ja 0,9 s poissaoloajan jne.
Modulaattorin lähtö ohjaa kytkintä jolla sähköteho syötetään vastukselle. Kun vastuksilla ja uunilla on useiden ja useiden kymmenien sekuntien aikavakiot, ei kovin nopeasta ohjausyrityksestä ole hyötyä. Yksinkertaisin ja täysin riittävä kytkentätapa on nollapistekytkevä puolijohderele jolla saavutetaan hyvä ohjaustarkkuus ilman tarvetta erityiseen häiriösuojaukseen tms. Tarkoitukseen sopivia puolijohdereleitä on yleisesti saatavilla.