[10호]프리셋 기능을 갖춘 PWM 인두 온도 제어기 만들기!

280도 나와라! 350도 나와라!
내가 원하는 온도 바로바로 불러 쓰자!

프리셋 기능을 갖춘

PWM 인두 온도 제어기 만들기!

이민주 객원기자

시작글
온갖 휴대전자기기가 쏟아져 나오고 새로운 표준과 기술이 나올 때 마다 밀려나는 구식 표준들… 더 작은 부품, 더 작은 규격, 새로운 규격에만 맞는 전자부품들이 주종을 이루면서 DIY를 하는 사람에게 고민거리가 하나 생겼다. 부품의 크기나 핀 간격이 좁아지면서 납땜하기 불편해졌고 부품에 따라 인두 열량을 조절해야 했던 것. 시중에는 온도 제어 인두기가 많이 출시되었지만, 값이 비싸 아마추어들에게는 구매하기 어려웠고, 큰 마음을 먹고 온도 제어 인두를 구매했다고 하더라도 온도설정이 불편한 것도 사실이다.
필자는 여러 대의 인두를 사용해보면서 온도 설정의 편리성을 최우선으로 하고, PWM제어를 통해 온도가 최대한 일정하게 유지가 되도록 하였으며, FND표시를 적용해 고급 인두기가 부럽지 않도록 제작해 보고자 한다.
인두 핸들은 검증된 HAKKO 907 제품을 사용할 예정이므로, 신뢰성, 성능, 편리성 한 부분 한 부분 모두 만족시켰다.

준비
이번 DIY는 220V를 직접 이용하고 비교적 고전류를 흘려주는 회로이므로 부품의 방향 회로 결선에 주의한다.
또한 프로그램 다운로드할 때에도 퓨즈비트부터 설정해야 한다는 것을 명심하자.
그리고 인두 핸들은 HAKKO 907제품만 사용이 가능하다.
디바이스마트와 필자는 컨텐츠만 제공할 뿐 이 기사를 따라하다 발생한 모든 사고에 대해 일체 책임을 지지 않는다.

먼저 인두 온도 제어기에 들어가는 부품 리스트를 소개한다.

기본적으로 필요한 공구 리스트	인두 온도 제어기 부품 리스트

외관 디자인에 따라 버튼, FND사양은 변경해도 좋으며, 필요시 케이스 제작 공구나 필요한 것들을 융통성 있게 준비하면 된다.
특별히 정해진 케이스를 사용하지 않았으므로 재료는 정하지 않았지만 필자는 포멕스와 아크릴을 이용하기로 했다.
아크릴은 아크릴 접착제로 붙지만 포멕스와 접착할 때에는 순간접착제를 이용한다.

제작 과정

구상한 디자인이 있다면 전체적인 기구 디자인을 고려해 기판을 자른다. PCB 커터가 없으면 페놀기판을 사용하도록 하고, PCB 절단이 가능하다면 에폭시 기판을 사용하자(디바이스마트에서 판매하는 페놀기판은 휘어짐 현상이 없어 어느 것을 사용해도 무방하다).
사용하기 편리하게 하려면 온도표시에 필요한 FND와 조작 스위치, 커넥터를 우선 배치하는 것이 중요하다 하겠다. 역시 기존 인두제어기와 비슷한 위치에 FND와 조작 스위치를 배치하였다.

기판 크기를 적절히 가늠해 FND와 스위치를 끼운다. 가운데 공간이 생기게 만들었는데 가운데 부분에 인두 핸들 커넥터가 위치하도록 할 예정이다.

기판을 뒤집어 납땜한다. 기판을 뒤집을 경우 부품과 PCB사이가 벌어질 수 있으므로 손으로 최대한 밀착하고 납땜한다.

조작부를 수직으로 세울 예정인데, PCB접속용 몰렉스가 있어 사용하였다.

저항을 끼운다. 조작부에 들어가는 저항은 FND 전류제한 저항, FND전원보조 풀업, 스위치 풀업으로 구성된다.

인두 핸들 접속용 DIN커넥터를 삽입한다. 다리 굵기가 약간 굵어 끼우기가 정말 힘들다. 아예 홀이 크게 뚫린 기판을 사용하던지(그런 기판을 디바이스마트에서 판다.), 기판에 드릴로 구멍을 뚫어야 하는데, 기판을 뚫기 싫어 억지로 끼웠다. 인내심을 갖고 20분 동안 힘을 이리저리 주니 결국 들어갔다. 페놀기판에도 끼워봤는데 1~2분 정도 살살 달래주며 끼워주니 잘 들어갔다.

MCU를 PCB에 그대로 접속하면 고장진단, 수리가 어려우므로 IC소켓을 먼저 끼운다.

필자는 AC트렌스를 사용할 예정이라 브릿지 다이오드를 사용했다. 역시 다리 굵기가 굵은데 손이 아파 이번에는 그냥 드릴로 뚫어 끼웠다. 브릿지 다이오드를 다른 제품으로 대체하려면 6A이상의 제품으로 선택한다.

MCU와 센서, OPAMP는 5V단전원을 사용한다. 입력 전압 범위가 넓고 변환효율이 좋아 발열이 적은 스위칭 레귤레이터를 사용했다.

레귤레이터 근처에 다이오드와 인덕터를 삽입한다.

콘덴서를 삽입한다. 전해콘덴서의 경우 메인 전원-인두커넥터 사이에 연결 하는 것이 좋겠다. 입력쪽 콘덴서는 반드시 35V이상의 제품을 사용한다.

MCU ADC의 안정도를 높이기 위한 인덕터를 사용한다. 굳이 없어도 사용하는데 큰 불편함이나 오류는 없다.

각종 경고, 동작 상태를 알려주는 스피커를 장착한다. MCU에서 PFM제어로 출력되므로 부저가 아닌 스피커를 사용해야 한다.

OPAMP역시 교체가 쉽도록 IC소켓을 사용한다.

인두를 직접 ON/OFF제어할 FET를 삽입한다. FET는 꼭 같은 것을 사용할 필요는 없는데, 다만 N채널 FET이어야 하고, 40V이상, 5A이상을 견뎌야 하며, RDS(on) 저항이 0.1옴 이하로 작은 것이 발열이 적게된다. 참고로 순간전류 4A까지 소모한다.

모노콘덴서를 붙인다.
모노콘덴서는 모노리딕콘덴서로 불리기도 하는데, 전원 안정화나 센서 값의 안정화 목적으로 사용되므로 세라믹콘덴서를 사용해도 상관없다.

몰렉스를 사용해 케이블을 쉽게 탈부착할 수 있도록 한다. 순간 전류는 높지만 원하는 온도에 도달하면 동시에 많은 전류를 사용하진 않으므로 비교적 얇은 전선을 그대로 사용했다. 사실 디바이스마트에서는 몰렉스에 케이블을 끼운 제품을 판매하는데 몰렉스를 제작하기 번거로우므로 완제품 몰렉스를 사용한 것이다.

부품을 모두 배치했으면 기판을 뒤집어 배선한다. 필자는 전원을 우선으로 연결한 뒤 기타 신호선을 가는 테프론선으로 처리했다. 개인적인 생각이지만 테프론선보다 에나멜선이 더 편리한 것 같다.

기판이 완성된 앞 뒤 모습

케이스까지 제작한 후 프로그램을 다운로드 해도 되지만 필자는 케이스 조립 전에 프로그램을 다운받았다. ISP단자를 마련해도 좋고 필자처럼 없앤 후 와이어로 결선 후 다운받아도 무방하다. 공간이 협소해 ISP단자를 생략했다.
프로그램은 www.itstyle.kr/10635에서 다운로드 가능하고 프로그램 다운로드 방법도 설명되어 있다. 해당 자료와 함께 주의사항이 담겨져 있겠지만 반드시 퓨즈비트를 먼저 세팅하고 프로그램을 다운로드해야 한다. 기본 1MHz 내부RC오실레이터로 설정되어 있는데, 이 상태에서 프로그램을 다운로드 하면 스피커에 저주파 펄스가 전달되 MCU나 회로에 무리를 줄 수 있다.

프로그램을 다운받아 동작이 잘 되는지 확인했으면 케이스를 제작하도록 한다. 케이스 재료로는 아크릴과 포멕스를 이용했다.
참고로 필자는 무게가 나가는 트렌스를 이용할 계획이어서 바닥면은 무거운 무게를 견디도록 5T로 비교적 두꺼운 포멕스를 사용했다.

케이스 조작부는 세밀하게 가공할 필요가 있어 2T짜리 얇은 포멕스를 사용했다. 버튼, FND, 커넥터와 위치를 비교해 가공할 위치를 파악한 후 절단한다.

조작부 뿐만 아니라 모든 모서리 부분은 끌이나 사포같은 거친 물건으로 문질러주면 좀 더 깔끔하게 마무리 된다.

보통 케이스에 서포터를 박고 기판에는 구멍을 뚫어 나사를 체결하지만, 케이스 전면이 2T로 얇아 나사못이 튀어나와 반대로 나사를 박을 수 있도록 너트를 기판에 납땜하는 모습이다. 케이스를 만들 때 이 방법도 참고해 보기 바란다.
후면에는 AC 파워소켓(퓨즈), DC 입력, 전원스위치를 장착할 수 있도록 구멍을 뚫는다.

사진은 가공 중 스위치를 끼워보는 모습이다. 끼우는 것은 케이스가 완성된 후에 끼우면 된다.

바닥면에는 PCB고정 서포터, 트렌스포머 고정 볼트 같은 날카로운 부품들이 있어 책상을 긁을 수 있다.
고무발을 부착한다.

AC 파워라인 배선을 한다. AC 인렛(퓨즈 포함) – 전원 스위치 – 트렌스포머 혹은 SMPS – PCB 순서로 연결된다.
납땜면은 외부에 노출되지 않도록 수축튜브로 보호해야 한다.

이번에는 DC 라인 배선을 한다.
DC 커넥터 – 전원 스위치 – PCB 순서로 연결된다. 역시 납땜 면이 외부에 노출되지 않도록 수축튜브로 보호하도록 한다. DC입력을 만들어둔 이유는 특수한 경우를 위해 사용할 예정인데, 예를 들어 필자의 경우는 전원이 없는 곳에서 차량 시거잭을 사용하여 인두를 사용하기 위함이다. 이 때문에 DC와 AC가 함께 차단되도록 4P짜리 스위치를 사용했다.

주의할 점은 AC가 연결된 상태에서 동시에 DC어댑터나 차량 시거잭을 연결하면 화재로 이어질 수 있으므로 절대 안된다.

완료하고 뚜껑을 제외한 상태.

AC 인렛은 퓨즈박스 일체형으로 편리하다. 특히 예비퓨즈를 수납할 수 있으므로 퓨즈를 두 개 구매해 끼워 넣으면 된다.
시거 잭의 경우는 디바이스마트에서 판매중이거나 시중에 있는 시거 잭이 보통 1~3A정도의 퓨즈를 내장하고 있다. 초기에서 인두에서 많은 전류를 사용하므로 5A정도의 퓨즈로 교체하는 것이 좋다.

사용하기 전에…

HAKKO 907 핸드스틱은 원래 HAKKO 936/937, FX-888같은 모델에 사용되는데 핸들 잭이 빠지지 않도록 잠금장치 같은 것이 있다. 이 잠금장치 때문에 잭에 끼워지지 않는데 잠금장치는 필요 없으므로 잘라버리던지 케이블 타이 같은 것을 끼워 벌려서 빼낸다.

인두팁은 여러 종류가 있으므로 사용자 취향대로 교체할 수 있다.

사실 필자가 많은 경험을 한 것은 아니지만 많은 엔지니어분들, 생산라인, A/S센터등을 봤지만 온도를 정확히 교정해 사용하는 곳은 거의 보지 못했다. 특히 아마추어 분들이 만들어 사용하기에는 온도교정은 의미가 없다고 할 수 있겠다. 인두를 사용하면서 종류에 따라 어느 온도에서 납땜이 잘되는지 정도만 중요하기 때문이다.

팁의 온도를 측정할 수 있는 장비가 있다면, 온도를 측정하면서 보정해도 되고, 그냥 무난하게 사용하고자 한다면 저항 150Ω을 온도센서 핀 위치에 꽂고 450℃가 표시되게 하면 된다.

참고로 같은 종류의 인두라 하더라도 인두마다 센서의 저항 값의 오차가 심하고, 사용함에 따라 많은 오차가 발생할 수 있다.

AC를 사용하게 되면 정류된 전원이 그대로 DC입력으로 나오게 된다. 따라서 AC와 DC입력을 둘 다 꽂았을 경우 고장을 넘어서 화재를 일으킬 수 있으므로 절대 주의한다. 불안하다면 필요한 입력만 적용하는 것도 좋겠다.

기자소개 제작 / 사진 / 글 이민주 객원 기자 현재 원주 한라대학교 전기전자 공학과를 재학중이며, 개인 홈페이지 http://www.itstyle.kr 운영중.