电池点焊机设计要点记录及个人分析

news2024/9/20 18:40:25

想要设计的由来

有些电路板或动力元件需要电池和镍片的连接，虽然临时使用焊锡焊接在了一起，但焊接过程中的热量和焊接后的厚度太大。最终想要设计一个用于点焊的板子

点焊的原理和操作上的误区

原理：两个点焊笔和镍片的接触点直径相比于导线其他位置的直径要细，根据电阻的特性，点焊位置接触点位置阻值最大，整个焊接电路串联，所以夹在此处的电压最大，热量也最多，热量导致局部镍片和金属熔化并融合也就是焊接到一起。
在这里插入图片描述

点焊的个人认知

1，两只表笔都先接触金属片，然后通电

这样应该只是有很少火花或没有火花。但是看到网上视频中直接点焊，可能是以下几种情况：
一、就是直接点焊，但一般有火花和表面的黑色
二，在两表笔接触的瞬间并没有通电，在接触后按下通电按钮（一般在表笔拇指方便按压处），或者表笔里有按下后接触的开关，表笔接触后向下按下后接触通电。
三，表笔接触瞬间有一个延时导通的电路设计。

2，点焊的电流很大在几百A或上千A

若对电流的大小没什么认知，可以参考电磁炉的工作电流也不到100A；手机65w快充的电流只是10多A
这么大的电流导致一般无法通过一个按钮按开关控制，一般的继电器也无法实现；个人使用一个5v的继电器控制，没想到被控制端烧穿了。
开关的选择有两种形式：
一、大功率继电器，只能考虑从报废的冰箱等，不然不划算
二、MOS管或IGBT,三极管就不考虑了，因为三极管基极电流就算是几A在电路中也是很大的

3，能量的问题

有时候点焊时并不能焊接上，很主要的问题就是没有足够让两点融合的能量。两方面解决能量问题。
一，使用高倍率电池，就是能够发电能够达到20A以上的电池，否则短时间内无法达到电流要求的话，依然无法提供融合的热量，毕竟金属都是导热的。
二，使用储能元件——大电容，由于电容的储能公式1/2CU^2,当电压增加1倍后容量可以增加3倍

4，使用电容储能时的时间分析

一，点焊的时间，1-3ms，时间过长会出现大面积的热量，金属传导很快
二，点焊笔从接触第一层镍片到镍片和下面金属接触完全的时间50ms左右，相当于机械按键手动按下时间，一般第一层悍穿了，也没焊接上，大概就是这个原因
三，电容放电时间，瞬间放电1-3ms
四，电容充电时间，在一次点焊完成后能够在1-2s内完成一次充电，可以不耽误下次点焊

5，散热问题

由于这么大的电流，必须要考虑散热问题，若不是移动点焊，只需在mos管加散热金属；若使用移动点焊，不能加装大的电容储能，那只能考虑电池容量和放电电流以及电路板散热问题，也可以考虑移动点焊分两部分，一部分是电容储能和控制板（可以加升压模块，使得电容储能增加），一部分是提供能量的电池；电池和电路板都会产生大量热量把两部分分开
电路板可以考虑铝基板，导热硅胶，金属外壳（避免电路接触）

6，显示及提醒功能

能量充满的提醒（灯）和焊接提醒（喇叭）

最终设计要点

使用大功率MOS管做为控制开关，大容量电容，升压模块，充能时间
若使用移动点焊，考虑贴片mos管和铝基板做为控制板和导热锡膏配合金属外壳。

非移动点焊时，由于点焊放电时间（1ms内）相比于充电时间（表笔拿起再点下1s左右）短很多，这段时间充能可不需要，防止点焊笔接触后一直放电，这样可以使用低功率或放电功率小的电源完成充电
点焊开始进行，电容充能断开；
点焊结束，开始充能

移动点焊时只能使用大电流放电电源在放电时提供大电流

下面的计算方式是简单通过能量的角度分析，但平时不注意的内阻问题没有考虑

充能时间计算

例如，50000uf电容，充电功率12w，充电电压24v，三极管放大30倍电流，基极电阻600Ω。
充电电流：最大 24/600*30 =1.2A
电容最大电荷电荷量：Q = CU = 5 * 10^-2 F * 24V = 1.2 C
充电时间：12 C / 1.2A = 1s,
使用三极管控制电流，但随电容电压增加，电流会降低，充电时间会延长