Lötkolben für 12V Versorgungsspannung

Die stationären Lötstationen von Weller sind hervorragende Werkzeuge für den Bastelplatz. Gelegentlich wünsche ich mir aber auch einen netzunabhängigen "mobilen" Lötkolben. Natürlich gibt es sowas zu kaufen, und mit Gas betriebene Varianten gibt es ebenfalls. Ich möchte aber gerne weiter mit den mir vertrauten Spitzen arbeiten und habe mir deshalb das Ziel gesetzt meinen vorhandenen Weller aus einer 12V-Batterie zu betreiben (mit meinen Ersatz-LiFePo4-Akku).

Der Adapter besteht im wesentlichen aus einem einstellbaren DC-DC Spannungswandler. Als Gimmick habe ich noch ein Display hinzugefügt um die Batteriespannung und die eingestellte Leistung im Blick zu haben. Das ganze funktioniert hervorragend mit einer Motorradbatterie :)

Weller TCPS Lötkolben

Der Lötkolben ist ein Weller TCPS mit 50W Leistung. Er ist für eine Spannung von 24V ausgelegt, das Heizelement hat einen Widerstand von 13 Ohm. Kurz gerechnet: 24V*24V/13 Ohm = 44W. Okay, das kann man als 50W durchgehen lassen.

Man kann den Lötkolben nicht direkt an 12V anklemmen weil damit nicht mehr als 11W Heizleistung machbar sind. Die Betriebstemperatur um Lot zu verflüssigen wird damit nicht erreicht. Die Mindestspannung für brauchbaren Betrieb liegt bei ca 16V.

Weller nennt das Funktionsprinzip der Temperaturregelung "Magnastat": In der Lötspitze sitzt ein Magnet der mit einem mechanischen Schalter den elektrischen Heizkreis schliesst. Die Temperatur bei der er seine magnetischen Eigenschaften verliert (Curie-Temperatur) wird durch eine spezielle Materialmischung sehr genau definiert. Er öffnet dann den mechanischen Schalter für den Heizkreis wieder. Das ganze ist reversibel und sobald die Temperatur absinkt wird die Heizung wieder eingeschaltet. Die Temperatur pendelt dadurch, mit einer kleinen Hysterese, um die Curie-Temepratur herum. Sehr praktisch da man keine elektronische Regelung benötigt. (Gleichzeitig auch sehr unpraktisch weil die Lötspitze magnetisch wird und alle SMD-Bauteile in der Umgebung die etwas Eisen enthalten sofort anzieht :/)

Die Lötspitzen gibt es für unterschiedliche Temperaturen, markiert durch eingeprägte Nummern:

Nummer	Temperatur
5	260°C
6	310°C
7	370°C
8	425°C
9	480°C

DC-DC-Wandler

Kernstück des Adapters ist ein DC-DC-Step-Up-Wandler, ein beliebiges, fertiges Modul von Ebay.

Dieses Modul wandelt die 12V-Eingangsspannung auf einen höheren, einstellbaren Wert.

Angaben des Anbieters:
- Ausgang: 10..50V, max 10A
- Eingang: 8.5 .. 48V, max 10A
Über 2 Potis kann die Ausgangspannung und die Strombegrenzung eingestellt werden. Der verwendete Chip ist ein TL494. Der Wirkungsgrad ist mit 96% angegeben, Verluste sind somit vernachlässigbar.

Die Angaben von solchen Anbietern sind natürlich mit Vorsicht zu geniessen. Aber der Wirkungsgrad scheint tatsächlich sehr gut zu sein. Bei 50W Ausgangsleistung ist die gefühlte Erwärmung sehr gering.

Ein paar Infos zu genau diesem Modul finden sich z.B. in diesem Chat. Jedes andere, ähnliche Modul tut es natürlich genauso gut.

Reverse Voltage Protection

Beim improvisierten Anklemmen an eine Batterie kommt es schnell mal vor dass man die Pole vertauscht. Deshalb ist ein zusätzlicher Verpolschutz für den Eingang eingebaut. Wegen der hohen Ströme, und entsprechender Verlustleistung, sind Dioden für diesen Zweck nicht die beste Wahl. Gut geeignet ist eine "ideale Diode" mit einem Mosfet.

Die einzigen Verluste in dieser Standard-Schaltung werden durch den niedrigen R_DS_on des Mosfet (NTD25P03L, 35mOhm, 5A, Ugs=-10V) verursacht. Bei 5A errechnen sich 0,875W. Eine Silizium-Diode würde auf ~3,5W kommen, eine Schottky-Diode auf ~1,5W.

Das DC-DC-Modul soll bereits eine Reverse-Voltage-Protection besitzen. Die Beschreibung ist in dem Punkt aber sehr schwammig, da verlasse ich mich lieber auf diese Zusatzschaltung.

Aufbau

Eine kleine Hürde ist der Steckverbinder des Lötkolbens.

Passende Gegenstücke gibt es als Ersatzteil zu kaufen. Die Pins und ihre Anordnung passen aber zu den früher üblichen 5-poligen Audio-Steckverbindern, es fehlt nur der Bajonettverschluss. Für meinen Einsatz ist das okay.

Alle Komponenten sitzen in einem kleinen Plastikgehäuse. Das Display (rote Platine) ist ein Nokia 5110 Modul. Eine Atmel-Platine (grün, links unten) steuert das Display und misst die Spannungen. Die Eingangs-"Diode" ist in der Bildmitte im Schrumpfschlauch zu erkennen. Ein Schalter und 2 Bananenbuchsen für die 12V komplettieren die Schaltung.

Das Display zeigt die Eingsspannung, die Leistung zum Lötkolben und die Ausgangsspannung an. Die Leistung ist errechnet, der Strom wird nicht gemessen. Die Ausgangsspannung kann über das Trimmer-Poti eingestellt werden.

Eigentlich wäre der DC-DC-Wandler alleine für den Betrieb bereits völlig ausreichend. Ich wollte aber vermeiden den 12V-Akku zu tief zu entladen, deshalb die Kontrolle per Display. Ein simples Spannungs-Display-Modul (von ebay) hätte es auch getan, aber man nimmt halt erstmal was man in der Bastelkiste hat..