專利名稱：無線焊接工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及一種電設(shè)備，尤其是，本發(fā)明涉及例如無線焊鐵的便攜式電設(shè)備。
背景技術(shù)：
當(dāng)需要在不同電元件之間進行人工導(dǎo)電連接時經(jīng)常使用焊鐵。多種焊鐵已經(jīng)被研制用于包括修理印制電路板的多種應(yīng)用場合中，并且被用于不同的產(chǎn)業(yè)，諸如電信業(yè)、計算機工業(yè)以及制造業(yè)。已知的焊鐵在電源、應(yīng)用領(lǐng)域、性能、形狀、尺寸、溫度、焊頭類型、熱源、價格以及便攜性方面各有不同。
現(xiàn)有的焊鐵包括有線和無線焊鐵。其中一種類型的有線焊鐵使用電源線從家用電源插座傳送AC電源到焊鐵。在這種有線焊鐵中，使用降壓器將提供給焊鐵的電源從AC轉(zhuǎn)換為DC，以加熱焊鐵焊頭的電極。一種類型的無線焊鐵是丁烷焊鐵。該丁烷鐵使用高度易燃氣體來加熱焊鐵的焊頭。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種包括便攜式電源存儲源的焊接工具，其中所述電源存儲源具有低功率態(tài)。加熱設(shè)備電連接到電源存儲源以提供焊接連接。電壓比較器電連接到電源存儲源和加熱設(shè)備，電壓比較器能夠檢測電源存儲源的低功率態(tài)。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種具有主體以及與所述主體相聯(lián)的電源存儲源的電子裝置。電源存儲源包括正端子和負端子，其中電源存儲源具有標準功率態(tài)以及低功率態(tài)。加熱設(shè)備還與主體相聯(lián)，其中加熱設(shè)備的第一部分連接到正端子并且加熱設(shè)備的第二部分連接到負端子，從而電可以被傳送到加熱設(shè)備。狀態(tài)指示器電連接到電源存儲源以及加熱設(shè)備。狀態(tài)指示器能夠產(chǎn)生指示電源存儲源的低功率態(tài)的信號。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種由電源供電的焊鐵。焊頭可電連接到電源，可以基于施加的電產(chǎn)生熱。開關(guān)被電連接到焊頭和電源之間，該開關(guān)具有至少第一和第二位置，當(dāng)開關(guān)位于第一位置時，使得焊頭產(chǎn)生第一功率輸出。當(dāng)開關(guān)在第二位置時，焊頭產(chǎn)生更高功率輸出。


當(dāng)結(jié)合附圖，參考下面詳細的描述，本發(fā)明的前述方面和許多附屬的優(yōu)點將變得更加容易理解，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明形成的焊鐵的一個示例性實施例的正視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明形成的焊頭的一個示例性實施例的前視圖；圖3是適于結(jié)合使用圖1所示的焊鐵的示例性實施例的電路的一個示例性
具體實施例方式
現(xiàn)在將參考附圖描述本發(fā)明，在附圖中相同的標記對應(yīng)相同的元件。本發(fā)明的實施例意在說明焊接工具，該焊接工具包括電路，該電路提供多種功率模式并且檢測低功率態(tài)或者在設(shè)備操作期間的電源壓降。在本發(fā)明的實施例中，該電路檢測跨過電源的壓降或者低功率態(tài)，并且信號通知操作員。因此，以下的描述和這里的說明應(yīng)當(dāng)認為實際上是說明性的，因此，不會限制本發(fā)明要求保護的范圍。
參考圖1，根據(jù)本發(fā)明所形成的一種無線焊鐵1的一個示例性實施例被示出。焊鐵1包括連接到主體3的焊頭2。焊鐵1還包括位于主體3上的電燈4以照亮焊頭2以及一些在焊鐵1附近的周圍工作表面。位于主體3上的開關(guān)5控制電燈4的操作。如圖1所示，焊鐵1還可能包括用于覆蓋焊頭2和電燈4的罩14。如下面詳細描述的那樣，焊鐵1可以包括開關(guān)5A，該開關(guān)選擇在焊頭2產(chǎn)生的多個功率水平之一，并且提供一種“待命”模式，使焊頭2實現(xiàn)與焊接材料或工件接觸的電路。
可以從圖1中看出，主體3包括拉長的、硬耐熱材料構(gòu)成的基本管狀部件，硬耐熱材料諸如是塑料或者本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的其它材料。主體3通常是一種整體結(jié)構(gòu)，各部分被組裝，并且具有這里所描述的子元件以及電路。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以認識到主體3的結(jié)構(gòu)可以根據(jù)多種應(yīng)用和工業(yè)的不同需求而大大改變。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施例形成的焊頭2的一個示例性實施例的正視圖。如圖所示，焊頭2包括兩個電極9和10，它們通過位于它們之間的絕緣體11相互電絕緣。絕緣體11可以由任何合適的用作電介質(zhì)的材料形成。絕緣體11最好由固體介質(zhì)材料形成，例如云母，該材料可以承受超過大約500°F的溫度而不改變形態(tài)。焊頭2的尺寸和形狀可以根據(jù)特殊應(yīng)用和/或工業(yè)所需要的焊接設(shè)備而改變。
電極9和10優(yōu)選由諸如鍺、石墨或者硅的半導(dǎo)體材料，或者包含諸如鍺、石墨或者硅的半導(dǎo)體材料形成。但電極最好由鍺制成。在另一個實施例中，電極9和10可以由電阻合金構(gòu)成或者包括電阻合金，最好是NiCr(例如，NiCrA以及NiCrC結(jié)合本發(fā)明預(yù)期采用的電源會獲得合適的結(jié)果)。
在本發(fā)明的一些實施例中，電極9和10的電阻率接近250微歐厘米或者更大，最好接近750微歐厘米或者更大，更佳的是接近1500微歐厘米或者更大。在其它實施例中，電極9和10的電阻率大于約3000微歐厘米。在一些實施例中，電極9和10最好具有接近1.0至2.2g/cc的密度范圍，最好是1.5至1.75g/cc，并且最好的是，撓曲強度至少為1500psi。由于電極的這些優(yōu)選的特性值，通過加電電極9和10在幾秒之內(nèi)就達到超過500°F的溫度，并且在超過大約1000°F的溫度仍保持為固體?？梢岳斫猓景l(fā)明的實施例可以包括前述特性值的任意結(jié)合。
焊頭2通常連接到焊鐵1的主體3上，最好是以可拆卸的方式進行連接。在一些實施例中使焊頭2可拆卸，從而，如果焊頭2被損壞或者不能使用時，允許焊鐵1的使用者可選擇更換焊頭2。而且，由于焊頭2的可拆卸特性，所以當(dāng)不同的焊接設(shè)備需要這樣的通用性時，焊鐵1的使用者可以使用不同的焊頭。
圖3示出了適于結(jié)合圖1所示的示例性實施例使用的一個示例性電路。當(dāng)焊頭2被固定到焊鐵1上時，電極9和10被單獨電連接到電源8的正端和負端。在一個實施例中，金屬觸點(未示出)，最好是鈹銅合金，被利用來提供電源給電極9和10。觸點被聯(lián)接到主體3上并且電連接到圖3所示的電路的剩余元件。當(dāng)電極被組裝時，電極9和10以提供電互通的方式接觸間隔觸點。觸點最好被彎曲以作為彈簧來最小化觸點電阻。在圖3所示的電路的情況下，電源8是電池(BT1)。但是，可以使用多種電源8，包括可充電或者不可充電的電池或者蓄電池組電池，或者通過電源供給設(shè)備提供的低壓電源。在電源8的一個實施例中，如圖3所示，電池BT1提供大于2.4伏的額定電壓以及至少為700-750毫安的安培數(shù)。
其它的實施例可以使用電壓范圍為五(5)至(10)伏的電源8，而其它的實施例可以使用電壓大于10伏的電源8。另外，采用本發(fā)明的實施例的電源8最好具有8-40瓦的瞬時功率以及大于700毫安的安培數(shù)。在本發(fā)明的一個示例性實施例中，電源8由五(5)個不可充電電池組成，其中每個電池都具有接近1.5伏的電壓。電源的電池以傳統(tǒng)的方式連接，以提供大約7.5伏的電源。在本發(fā)明的實施例中，當(dāng)電池被作為電源時，電池觸點最好是板簧型的，以增加表面接觸面積以及相對于成一直線設(shè)置的電池施加壓力，從而使損耗最小。
當(dāng)電極9和10的末端接觸到導(dǎo)電或者半導(dǎo)體材料，例如焊料或者工件上時，就形成了一個電路，該電路從電源8的正端開始，通過電極9，再通過焊頭2接觸的導(dǎo)電或者半導(dǎo)體材料，進而通過電極10，并最終返回到電源8的負端。在通過電極9和10以及與電極9和10結(jié)合使用的導(dǎo)電或者半導(dǎo)體材料來實現(xiàn)電路的過程中，來自電源8的電流使焊頭2在幾秒內(nèi)加熱到超過大約500°F的溫度。結(jié)合電極9和10使用該材料的結(jié)果是，當(dāng)焊接連接時焊頭2不會焊接到接點。一旦電極9和10從導(dǎo)電或者半導(dǎo)體材料上移去或者不與導(dǎo)電或者半導(dǎo)體材料連接，連接到電源8的電路就不能實現(xiàn)，因此，焊鐵變?yōu)椴患訜釥顟B(tài)。在這個狀態(tài)下，電極9和10冷卻到安全溫度。
再由圖3所示，電路包括開關(guān)5以及串聯(lián)的電燈4(例如，發(fā)光二極管)和電阻器R1。燈4位于焊鐵的主體上從而照亮焊頭2以及其它周圍工作區(qū)域。由于電阻器R1、燈4以及開關(guān)5的平行設(shè)置，所以燈4可以單獨操作或者與焊頭2結(jié)合操作。也就是，即使電極9和10當(dāng)前沒有用于與導(dǎo)電或者半導(dǎo)體材料結(jié)合使用，閉合開關(guān)5也將產(chǎn)生電源8的正負端子之間的電連接。換句話說，具有燈4的電路部分與電極9和10結(jié)合產(chǎn)生的電路部分相獨立。由于電燈4可以被接通而不加熱焊頭2，所以燈4可以被用來照亮周圍環(huán)境而不須加熱焊頭2。在一個實施例中，電阻器R1的值最好是150歐。
應(yīng)當(dāng)理解，另一種開關(guān)，該開關(guān)未示出，可以與電源串聯(lián)設(shè)置以作為焊鐵的接通/斷開開關(guān)，其中，當(dāng)焊鐵“接通”時，它以待命模式操作直到電極9和10保持與焊接材料或工件同時接觸。此外，應(yīng)當(dāng)理解，開關(guān)5可以與電源串聯(lián)設(shè)置，以形成開關(guān)能力。在后一實施例中，燈將根據(jù)接通/斷開開關(guān)而工作。
圖4A示出了適于結(jié)合圖1所示的焊鐵的一個示例性實施例使用的另一個示例性電路。當(dāng)焊頭2被固定到焊鐵1上時，電極9和10通過下面將描述的元件各自電連接到電源8的正端和負端。在圖4A所示的電路中，電源8是電池(BT1)。但是，可以使用多種不同的電源，包括可充電或者不可充電的電池或者蓄電池電池組，或者通過電源供給設(shè)備提供的低壓電源。
還是如圖4A所示，電路包括開關(guān)5A以及電燈4(例如，發(fā)光二極管)、多個二極管D1和D2，以及電阻器R1。如上所述，燈4位于焊鐵的主體上從而照亮焊頭2以及其它周圍工作區(qū)域。由于開關(guān)5A設(shè)置相對于電源8串聯(lián)設(shè)置，所以燈4與焊頭2結(jié)合操作。另外，由于在這個實施例中開關(guān)5A串聯(lián)設(shè)置在電源8與電極9和10之間，為了使電極9和10接收電能，開關(guān)5A需要處于閉合或者激活狀態(tài)(例如，開關(guān)在“Hi”或者“Lo”位置)，以處于待命模式，從而用于能夠由電極進行焊接連接。開關(guān)5A可以是所示的雙極/三擲開關(guān)。
在其它實施例中，如圖4B所示，燈4可以與電源8并聯(lián)設(shè)置并且與另一個開關(guān)6A串聯(lián)設(shè)置，如果需要時選擇性地操作燈4。
開關(guān)5A允許使用者在多個功率輸出中之間選擇焊鐵1的功率輸出，例如高輸出和低輸出，以及選擇關(guān)斷位置。為了影響被開關(guān)5A控制的不同功率模式，當(dāng)開關(guān)5A位于“Lo”位置時，電路包括位于開關(guān)5A的“Lo”節(jié)點與電極9之間的電路通道中的二極管D3，以減少由焊頭電極9和10產(chǎn)生的總電源。結(jié)果是，當(dāng)開關(guān)5A位于“Lo”位置時由焊頭2所產(chǎn)生的輸出功率小于當(dāng)開關(guān)5A位于“Hi”位置時由焊頭2所產(chǎn)生的輸出功率。在一個實施例中，在高輸出功率位置和低輸出功率位置之間的輸出功率差值接近十(10)瓦，盡管本發(fā)明可以實現(xiàn)其它不同的輸出功率差值。應(yīng)當(dāng)理解，可以選擇二極管使得產(chǎn)生的熱可以保持為最小。但是，可以使用其它使提供給焊頭2的電流減小的電路和元件，例如電阻器。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，焊鐵1也可以包括低壓檢測電路。該電路可以選擇地利用圖3和4所示的電路。當(dāng)電路與圖3或圖4的電路結(jié)合時，該電路可以被用來檢測低功率態(tài)、由電源8產(chǎn)生的操作壓降，或者流過電極9和10(也就是，跨過電極的短路狀態(tài))的電流。
總體而言，電路通過位于焊鐵1上的燈來指示電源8的低功率態(tài)、可操作壓降或者跨過電極9和10的短路。通過比較在使用期間由以下稱為操作電壓的電源8(跨過電源8)產(chǎn)生的電壓與預(yù)先選擇的參考電壓來實現(xiàn)這一點。如果電源是電池，參考電壓可以在滿充電池電壓以及部分或者全部放電的電池電壓之間選擇。如果在使用中的任何時候電源的操作電壓下降到參考電壓以下，那么電路就點亮燈。應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)電源8是電池時，操作電壓根據(jù)設(shè)備的應(yīng)用而改變。
可以用本發(fā)明來實現(xiàn)的低電壓檢測電路的一個合適實施例在圖5中被示出。圖5中示出的電路的連接可以通過圖3和4中示出的連接點BATT+來實現(xiàn)。如圖5所示，低壓檢測電路包括電壓輸出跟隨器或者緩沖器24、參考電壓發(fā)生器25以及電壓比較器26。在一個實施例中，電壓輸出跟隨器或者緩沖器24可以被構(gòu)造為運算放大器17。在一個實施例中，參考電壓發(fā)生器25可以由運算放大器19結(jié)合電阻器R2、R3、R4以及二極管D1和D2形成，其中運算放大器提供上述的參考電壓。電阻器R5還與運算放大器19結(jié)合操作。電阻器R2最好時39千歐，電阻器R3最好是150千歐，電阻器R4最好是47千歐，以及電阻器R5最好是2.7兆歐。
由參考電壓發(fā)生器25產(chǎn)生并且提供給電壓輸出跟隨器或者緩沖器24的參考電壓還提供給電壓比較器26。從BATT+接收電力的分壓器27給電壓比較器26提供電壓8的操作電壓。例如，如果使用圖3所示的電路，分壓器27可以連續(xù)地給電壓比較器26提供電源8的操作電壓。應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)開關(guān)5A被激活時，如果使用圖4所示的電路，則分壓器27給電壓比較器26提供電源8的操作電壓。在所示的實施例中，分壓器27由電阻器R6和R7組成，電壓比較器26由運算放大器18以及相關(guān)電路組成，包括電容器C1和電阻器R8。在所示的實施例中，電壓緩沖器24的輸出被提供給運算放大器18的同相輸入，并且分壓器27的輸出被提供給運算放大器18的反相輸入。電阻器R6最好是200千歐，而電阻器R7最好是47千歐。電容器C1最好是0.1UF，并且電阻器R8最好是1千歐。
最后，圖5所示的電路包括與電燈16和電阻器R9電接觸的晶體管T1。與電燈16和晶體管T1結(jié)合使用的電阻器R9的值最好是100歐。
在使用(例如，如果利用圖4的電路，當(dāng)開關(guān)5A被激活)期間，如果電源8的電壓下降到預(yù)定閾值以下，也就是參考電壓以下時，晶體管T1接通從而允許電燈16照明。當(dāng)跨過電極9和10的電路短路或者當(dāng)電源8在低功率態(tài)時，可能發(fā)生上述情況。例如，當(dāng)檢測和電極9和10之間焊接的焊接點時，可能發(fā)生壓降，以確定電路的短路狀態(tài)，例如，在電路板上的電路，或者當(dāng)工件與電極9和10之間電通信時，也可能發(fā)生壓降。根據(jù)每個特殊應(yīng)用所選擇的參考電壓，當(dāng)例如電池BT1的電源完全或者部分放電時，會出現(xiàn)低功率態(tài)。
不同的是，當(dāng)圖5的電路檢測電源8上的負載時，該負載由流過電極9和10(跨過電極9和10的短路)的電流指示時，或者電源8在參考電壓以下放電時，則電燈16打開。這是因為基于比較參考電壓發(fā)生器25的參考電壓與分壓器27的操作電壓的電壓比較器26的比較結(jié)果使晶體管T1接通，從而允許提供的電流流過燈16。應(yīng)當(dāng)理解，這里描述的電路可以用于幫助操作者指示焊料何時位于電極9和10之間，以及工件何時產(chǎn)生跨過電極的短路，或者幫助檢測是否存在跨過電路的兩個節(jié)點之間的短路。另外，應(yīng)當(dāng)理解，電路可以用于提示使用者何時電源需要被替換或者再充電。在一個可選實施例中，焊鐵1可以利用發(fā)音機構(gòu)(未示出)實現(xiàn)，其中當(dāng)檢測到低功率態(tài)或者壓降時發(fā)音機構(gòu)產(chǎn)生聽覺反應(yīng)。
當(dāng)檢測到低功率因此電池不能超過期望電平放電時，完全隔離或者關(guān)斷例如電池的電源，這在焊鐵操作期間是有益的。
圖6A是適于使用焊鐵1的一個示例性實施例的低功率檢測電路的一個可選實施例，以用于檢測低功率態(tài)、由電源8產(chǎn)生的操作壓降或者流過電極9和10的電流。如圖6A最佳示出，電路包括與電源8以及多個電路通道30、31和32串聯(lián)連接的開關(guān)5B。如圖所示，電路通道與電源8并聯(lián)連接。電路通道30包括電阻器R1和例如發(fā)光二極管(LED)的燈4，電路通道31包括集成電路(IC)35、二極管D1、電阻器R2以及例如發(fā)光二極管(LED)的電燈16，并且電路通道32包括電極9和10。因此，開關(guān)5B控制燈4、集成電路35以及電極9和10的激活。可選的是，如圖6B最佳示出，開關(guān)5B可以沿著電路通道30與燈4串聯(lián)設(shè)置。在這個實施例中，開關(guān)5B僅控制燈4的照明，并且可以獨立焊鐵焊頭2和/或集成電路35操作。
在另一個實施例中，可以使用兩個開關(guān)，其中一個與電源串聯(lián)設(shè)置，作為接通/關(guān)斷開關(guān)，另一個與燈串聯(lián)設(shè)置，當(dāng)與接通/關(guān)斷開關(guān)結(jié)合工作時，其選擇性地控制燈的操作。
集成電路35能在內(nèi)部產(chǎn)生參考電壓，能將參考電壓作為電源8的操作電壓，并且基于比較的結(jié)果激活開關(guān)，使燈16照亮。在一個實施例中使用的集成電路可以從Texas Instruments公司購買到，如型號No.TL7757。集成電路35與電源8和電極9和10并聯(lián)連接。在一個實施例中，R2的值為100歐。應(yīng)當(dāng)理解，集成電路可以基于它產(chǎn)生的參考電壓被專門選擇。因此，基于它的應(yīng)用，圖6A和6B的電路可以使用其它集成電路，這些集成電路基本上類似于集成電路35，但是具有不同的參考電壓。
在使用過程中，來自電源8的操作電壓被提供給集成電路35。在圖6A中，當(dāng)開關(guān)5B被激活時，會發(fā)生上述情況。在圖6B中，電被連續(xù)供給集成電路35。在另一個例子中，不管是否存在跨過電極9和10的短路都會發(fā)生上述的情況。包括產(chǎn)生參考電壓的元件的集成電路35比較提供給集成電路35的操作電壓和由集成電路35產(chǎn)生的參考電壓。如果參考電壓大于操作電壓，集成電路35激活開關(guān)，傳送流過燈16的電流，從而打開燈16。
例如，當(dāng)跨過電極9和10發(fā)生短路時，由電極9和10以及電導(dǎo)體的電阻率而產(chǎn)生的電源8上的負載引起電源8的電壓下降，電導(dǎo)體例如是產(chǎn)生短路情況的工件。應(yīng)當(dāng)理解，參考電壓可以被選擇以使得，如果跨過電極9和10發(fā)生短路，那么由集成電路35測量的操作電壓將比參考電壓低。結(jié)果是，燈16將打開，從而提供使用者一個直觀的指示，即發(fā)生了跨過電極9和10的短路。
另外，應(yīng)當(dāng)理解，在一個實施例中，參考電壓可以被選擇以使得電源(例如，完全放電的電池)的低功率將引起燈16打開。因此，根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，可以利用燈來指示電源何時需要替換或者再充電。
應(yīng)當(dāng)理解，除了燈16以外的其它狀態(tài)指示器可以被焊鐵1利用。例如，焊鐵1可以利用發(fā)音機構(gòu)(未示出)，當(dāng)檢測到低功率或者壓降時，該發(fā)音機構(gòu)可以產(chǎn)生聽覺反應(yīng)。
另一方面，如果參考電壓比操作電壓小，則集成電路35的開關(guān)保持打開，并且燈16不照亮。這會發(fā)生在跨過電極9和10不存在短路以及電源8具有足夠的電荷的時候。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，圖3-6B所示的電路可以用集成電路或者其它公知的電設(shè)備實施，其中公知的電設(shè)備用于提供預(yù)制電路給為大的用戶市場生產(chǎn)的設(shè)備。而且，通?？尚械氖?，圖3-6B所示的電路的一個或多個部分可以包含在集成電路中，并且電路的其它部分可以由不專門集成到集成電路的電元件構(gòu)成。
應(yīng)當(dāng)理解的是，術(shù)語“低功率態(tài)”也可被認為是當(dāng)跨過電極發(fā)生短路時(例如，當(dāng)負載位于電源上時)的情況，在這種情況下會引起電源的電壓下降，從而獲得低壓狀態(tài)。
雖然前述的實施例在這里被描述并且如上述那樣作為一種可拆分式焊頭設(shè)計，也就是具有由第一和第二電絕緣電極組成的焊頭，但是本發(fā)明的焊鐵也可以是單極型的。為了實現(xiàn)這種單極型焊鐵，可以參考圖7和8，它們示出了電設(shè)備的另一個實施例，也就是，根據(jù)本發(fā)明形成的焊鐵101。除了以下將要描述的差異以外，焊鐵110與圖1-6B所示的焊鐵在結(jié)構(gòu)、材料和操作方面基本上類似。如圖7最佳示出，焊鐵101包括連接到焊鐵主體103的焊鐵焊頭102。
如圖8最佳示出，焊鐵101還包括用于將焊鐵焊頭102加熱到影響例如工件的焊接的合適溫度的加熱設(shè)備132。在一個實施例中，加熱設(shè)備132定義一個孔134，其中焊鐵焊頭102的極端插入到該孔中。在加熱設(shè)備132和焊鐵焊頭102之間的分界面最好具有干涉配合，以較好的在加熱設(shè)備132和焊鐵焊頭102之間傳遞熱量。在這個實施例中，金屬夾138可以用來通過加熱設(shè)備132傳電，或者加熱設(shè)備可以具有電端子以用于連接到電源。如果需要的話，還可以提供封閉加熱設(shè)備132的熱絕緣體(未示出)。熱絕緣體可以由任意合適的材料構(gòu)成，諸如耐熱塑料或者陶瓷。
在圖9和10所示的一個可選實施例中，加熱設(shè)備132包括一個或多個加熱元件150，該加熱元件與焊鐵焊頭102之間具有熱傳送關(guān)系。通過例如支架、夾子、螺釘?shù)鹊戎坏臋C械技術(shù)或者例如環(huán)氧樹脂、粘合劑的化學(xué)技術(shù)，加熱元件最好被固定到焊頭102或者保持鄰接焊頭102，從而保持它們之間正向連接。在所示的實施例中，加熱元件150通過由諸如銅的金屬材料構(gòu)成的夾138固定。但是，也可以使用其它設(shè)置結(jié)構(gòu)。例如，當(dāng)組裝時，焊鐵主體103可以專門設(shè)計成具有凸緣、接頭或者其它內(nèi)部結(jié)構(gòu)，一旦組裝，這些結(jié)構(gòu)就保持加熱元件150與焊鐵焊頭102接觸。夾子138也可以作為電源連接端子，以電通信連接加熱元件150和電源108。
圖8至10所示的加熱裝置132和加熱元件150可以與焊鐵焊頭102電絕緣。在一些實施例中，可以通過將例如介電層的電絕緣屏蔽(未示出)置于加熱設(shè)備或者元件和焊頭102之間來實現(xiàn)該電絕緣。電絕緣屏蔽可以由聚酰亞胺基底形成，該基底最好通過粘結(jié)劑或類似物化學(xué)固定到其中一個表面上。可以用于本發(fā)明的這樣一種介電聚酰亞胺基底例如可以是由DuPont生產(chǎn)的卡普頓帶(KaPton tape)。在另一個實施例中，加熱設(shè)備或者元件或者焊鐵焊頭102的外表面可以被例如酚醛樹脂涂層的薄介電膜覆蓋。在另一個實施例中，焊接焊頭102可以由陽極化鋁構(gòu)成，其中焊頭102的陽極表面作為焊鐵焊頭和加熱設(shè)備或元件之間的電介質(zhì)。應(yīng)當(dāng)理解，介電絕緣屏蔽的厚度應(yīng)當(dāng)被保持為最小，從而它不僅可以作為介電絕緣體，而且可以最小化可能減少的焊鐵焊頭102和加熱設(shè)備或元件之間的熱傳送。
參考電極9和10所述，在圖8-10的實施例中，加熱設(shè)備132或者加熱元件150最好由半導(dǎo)體材料形成，諸如鍺、石墨或者硅(最好是鍺)，或者由包含諸如鍺、石墨或者硅(最好是鍺)的半導(dǎo)體材料的材料形成。在本發(fā)明的一些實施例中，加熱設(shè)備132或者加熱元件150的電阻率接近250微歐厘米或者更大，最好是750微歐厘米或者更大，更好的是接近1500微歐厘米或更大。在其它實施例中，加熱設(shè)備132或者加熱元件150的電阻率大于約3000微歐厘米。在一些實施例中，加熱設(shè)備132或者加熱元件150最好具有接近1.0至2.0g/cc范圍的密度，最好在1.4和1.8g/cc之間。根據(jù)上述的電阻率，當(dāng)供給電源時，加熱設(shè)備132或者加熱元件150的溫度可以上升到至少500°F。在所示的實施例中，由容納在焊鐵主體103內(nèi)的內(nèi)部電源108供給電源，例如一個或多個電池。
在另一個實施例中，加熱設(shè)備可以包括電阻合金，最好是NiCr(例如，NiCrA和NiCrC結(jié)合本發(fā)明預(yù)期采用的電源會獲得合適的結(jié)果)。例如，參考圖11和12，示出了包括加熱設(shè)備232和焊鐵焊頭202的焊頭組件240的兩個實施例。在這些實施例中，加熱設(shè)備232包括電阻合金導(dǎo)線或者元件256，它們與焊頭202有熱傳遞的關(guān)系以加熱焊鐵焊頭202。
在圖13所示的另一個實施例中，焊頭組件包括加熱設(shè)備340和焊鐵焊頭302。加熱設(shè)備340可以由絕緣體360和內(nèi)部襯套362形成，其中絕緣體由陶瓷或者其它熱絕緣材料形成，內(nèi)部襯套由公知為擴展石墨的石墨薄膜形成。在另一個實施例中，正溫度系數(shù)(PTC)加熱器可以被用來代替石墨薄膜。
圖14示出了可以結(jié)合圖7所示的焊鐵101使用的一個示例性電路400。除了加熱設(shè)備132持續(xù)提供短路并且在圖上被表示為電阻器以外，圖14基本上類似于圖3。加熱設(shè)備132電連接到電源108的正端和負端。在一個實施例中，金屬觸點(未示出)，最好是鈹銅合金，被用來提供電源給加熱設(shè)備132。觸點被聯(lián)接到主體103并且電連接到圖14所示的電路的剩余元件上。當(dāng)組裝時，加熱設(shè)備132以電通信的方式接觸間隔觸點。在圖14所示的電路的一個實施例中，電源108是電池(BT2)。但是，可以使用多種電源108，包括可再充電或者不可再充電電池或者蓄電池電池組，或者通過電源提供設(shè)備提供的低壓電源。在一個實施例中，圖14所示的電源108是電池BT1，該電池提供大于2.4伏的額定電壓和至少700-750毫安的安培數(shù)，還可以使用其它的電壓或電流值。
其它的實施例可以使用具有五(5)至(10)伏范圍內(nèi)的電壓的電源108，而另一些實施例可以使用大于10伏的電壓的電源108。另外，被本發(fā)明的實施例利用的電源108最好具有8-40瓦之間的瞬時功率和大于700毫安的安培數(shù)。在本發(fā)明的一個示例性實施例中，電源8由五(5)個非可再充電電池構(gòu)成，這個電池均具有接近1.5伏的電壓。電源的電池以傳統(tǒng)的方式連接以提供接近7.5伏的電源。在本發(fā)明的實施例中，當(dāng)電池被作為電源使用時，電池觸點最好是板簧型的，以增加表面接觸面積以及相對于成一直線設(shè)置的電池施加壓力，從而使損耗最小。
進一步如圖14所示，電路400包括開關(guān)105以及可選電燈104(例如，發(fā)光二極管)和電阻器R1。如上所描述的，燈104位于焊鐵的主體上以照亮焊頭102和周圍的工作區(qū)域。開關(guān)105可以與電阻器R1和燈4串聯(lián)設(shè)置，從而開關(guān)控制了燈的操作和焊頭的加熱，因此，該開關(guān)可以被稱為接通/關(guān)斷開關(guān)?？蛇x的是，開關(guān)105可以與電源108并聯(lián)并與燈4串聯(lián)設(shè)置，因此開關(guān)僅僅控制燈4的操作。在其它實施例中，電路中可以包括并且合適的連接其它開關(guān)，從而允許燈和/或焊鐵焊頭的獨立操作。
圖15示出了適于結(jié)合圖7所示的焊鐵的示例性實施例使用的另一個示例性電路500。電路500與參考圖4A的上述的電路基本上相同。電路500包括電源選擇開關(guān)105A，該開關(guān)允許使用者在多個功率輸出和關(guān)斷位置之間選擇焊鐵101的功率輸出，多個功率輸出例如是高輸出和低輸出。為了影響由開關(guān)105A控制的不同功率模式，該電路包括在電路通道中、在開關(guān)105A的“Lo”節(jié)點和加熱設(shè)備132之間的二極管D3，以減少當(dāng)開關(guān)105A位于“Lo”位置時由焊頭102所產(chǎn)生的總功率。結(jié)果是，當(dāng)開關(guān)105A位于“Lo”位置時由焊頭102所產(chǎn)生的功率輸出小于當(dāng)開關(guān)105A位于“Hi”位置時由焊頭102所產(chǎn)生的功率輸出。
圖7-15的焊鐵101還可以包括其它特征，其中一些特征將被更詳細的描述。例如，焊鐵101可以包括基本類似于圖5-6B所描述的電路，該電路用于檢測低功率態(tài)、電源引起的操作壓降或者流過加熱設(shè)備的電流。通常，通過位于裝置上的燈，電路可以指示電源的低功率態(tài)或者操作壓降。這可以通過比較使用期間由電源產(chǎn)生的電壓(跨過電源)和預(yù)先選擇的參考電壓來實現(xiàn)，由電源產(chǎn)生的電壓以下稱為操作電壓。如圖16A所示，參考電壓可以由集成電路產(chǎn)生，參考電壓或者還可以由模擬電路產(chǎn)生，最好如圖17所示。如果在使用的任何時候電源的操作電壓下降到參考電壓以下，那么該電路打開燈。在如圖16A所示的實施例中，集成電路比較參考電壓和電源的操作電壓，在圖17所示的實施例中，模擬比較器電路比較參考電壓和電源的操作電壓。為了得到這些電路更詳細的描述，請參見根據(jù)圖5-6B的描述。
相據(jù)本發(fā)明的一個方面，焊鐵101可以包括節(jié)電模式，該模式終止或者關(guān)斷加熱設(shè)備132的電源。在一個實施例中，如圖18所示，例如水銀開關(guān)的一個動作開關(guān)172可以串聯(lián)的電連接到加熱設(shè)備132上。動作開關(guān)172合適的位于焊鐵外殼內(nèi)，因此當(dāng)焊鐵焊頭從水平方向向下傾斜時，動作開關(guān)被閉合，從而允許電流過加熱設(shè)備。通過使焊鐵焊頭返回到水平方向，比如使焊鐵停留在一個工作臺上，動作開關(guān)172斷開，從而阻止電流到加熱設(shè)備132。
圖19示出了可以應(yīng)用于本發(fā)明的焊鐵的系統(tǒng)900的一個方框圖。系統(tǒng)900可以提供一種節(jié)電模式。在這個實施例中，系統(tǒng)600包括動能連接到控制器978的定時器976，該定時器可以與動作開關(guān)974結(jié)合。因此，當(dāng)焊鐵焊頭傾斜到合適的位置時，時鐘信號由動作開關(guān)974產(chǎn)生并被傳送到控制器978?？刂破?78接收時鐘信號并且啟動定時器976?？刂破鞅O(jiān)視定時器976，直到從動作開關(guān)974接收到第二時鐘信號(例如，焊鐵傾斜到一個合適位置)，從而復(fù)位定時器976。但是，如果在預(yù)先選擇的時間周期例如五分鐘之前沒有接收到第二時鐘信號，那么控制器自動關(guān)斷加熱設(shè)備132的電源以增加電源壽命。例如，控制器978可以輸出一個設(shè)備合適信號給可控開關(guān)988，指示開關(guān)斷開(也就是，阻止電流過它們)。當(dāng)焊鐵處于節(jié)電模式時，可以提供適合連接到剩余元件的狀態(tài)指示器980，例如燈，以給使用者發(fā)出指示。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，圖7-13所示的焊鐵可以包括這樣一種機構(gòu)，該機構(gòu)允許使用者在多個輸出功率以及關(guān)斷位置之間選擇焊鐵焊頭102上的焊鐵101的期望輸出功率，多個輸出功率例如是高輸出和低輸出。在上述簡要描述的、圖15所示的一個實施例中，該機構(gòu)可以在電路中以高/低開關(guān)和二極管d3來實現(xiàn)。這樣的電路在之前被圖4A詳細的描述。但是，其它的電路也可以構(gòu)建，以允許使用者選擇期望的功率輸出。例如，代替擲開關(guān)和二極管，可以使用例如電位器的可變電阻器，以在預(yù)定限制之間產(chǎn)生來自加熱設(shè)備的不同電源。
應(yīng)當(dāng)理解，模擬和數(shù)字電路可以用來選擇性地調(diào)整加熱設(shè)備的功率輸出。例如，圖19示出了可以應(yīng)用于本發(fā)明的系統(tǒng)900的一個示例性實施例的方框圖。系統(tǒng)900包括加熱設(shè)備132，其通過電源選擇開關(guān)984電連接到電源存儲源108。電源選擇開關(guān)984可以是任何能夠輸出多個離散信號的公知的開關(guān)。該系統(tǒng)900還包括可控開關(guān)988。該開關(guān)被控制器978控制，控制器978輸出控制信號給開關(guān)，從而1)閉合開關(guān)從而使電可以從電源流到加熱元件，或者2)打開開關(guān)從而阻止電流到加熱元件。控制器978可以包括用于測定開關(guān)以及以下描述的其它元件的操作的邏輯系統(tǒng)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，邏輯可以由多種結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，包括但不限制于模擬電路、數(shù)字電路、處理單元等等?？蛇x的是，可控開關(guān)988可以由合適的脈沖電路代替，例如脈寬調(diào)制(PWM)電路，用于調(diào)制提供給加熱元件的電源。應(yīng)當(dāng)理解，脈沖電路可以由本領(lǐng)域的技術(shù)人員實現(xiàn)，因此這里就不詳細描述了。
在一個實施例中，控制器978可以包括以傳統(tǒng)方式連接的處理單元、存儲器以及輸入/輸出(I/O)電路。存儲器可以包括隨機存儲器(RAM)，只讀存儲器(ROM)或者其它類型的數(shù)字資料存儲裝置。I/O電路可包括傳統(tǒng)緩沖器、驅(qū)動器、繼電器等等，以用于發(fā)送設(shè)備合適信號給開關(guān)或者脈寬調(diào)制(PWM)電路以及其它電路元件。
在操作中，控制器從電源選擇開關(guān)接收指示用戶期望的電平的多個離散信號之一。響應(yīng)于接收信號，控制器輸出設(shè)備合適控制信號給開關(guān)或者PWM電路?；陔娫催x擇開關(guān)的輸出，由控制器傳送的信號控制開關(guān)或者PWM電路的操作，以建立用戶期望的功率輸出。應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)建立期望的焊鐵焊頭的功率輸出時，控制器可以被編程化，以持續(xù)或選擇性地改變PWM電路的占空度。電路可以包括其它公知的元件，例如反饋傳感器，以獲得期望的功率輸出。
圖20示出了可以結(jié)合根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的焊鐵使用的電路1000的另一個實施例。該電路除了將描述的差異以外，基本上與參考圖15所描述的電路類似。在這個實施例中，當(dāng)開關(guān)105A在低和高位置之間轉(zhuǎn)換時，代替使用二極管去改變焊鐵焊頭102的輸出功率，焊鐵101包括兩個具有不同電阻值的加熱元件132A和132B。因此，當(dāng)開關(guān)105A在低位置時，電流通過加熱元件132B。當(dāng)開關(guān)105A在高位置時，電流通過加熱元件132A，該加熱元件的電阻值大于加熱元件132B。
本發(fā)明的優(yōu)選實施例已經(jīng)被說明和描述，然而，應(yīng)當(dāng)理解，不脫離本發(fā)明的精神和范圍可以作出各種改變。無線焊鐵被示出并被描述，然而，應(yīng)當(dāng)理解，通過本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的合適電路，焊鐵可以包括連接到焊鐵的元件的電源線，從而焊鐵可以被AC電源單獨供電，AC電源例如是普通家用電源接口。應(yīng)當(dāng)理解，可以在電源接口提供的電源端采用降壓變壓器和/或整流器電路來運行焊鐵的元件。
權(quán)利要求
1.一種焊接工具，包括電源存儲源，其中所述電源存儲源具有低功率態(tài)；電連接到電源存儲源、用于提供焊接連接的加熱設(shè)備；以及電連接到電源存儲源和加熱設(shè)備的電壓比較器，該電壓比較器能夠檢測電源存儲源的低功率態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電路，其中當(dāng)負載通過加熱設(shè)備位于電源存儲源上時，電源存儲源實現(xiàn)低功率態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的電路，其中所述加熱設(shè)備包括以隔開方式設(shè)置的第一和第二電極，其中第一電極連接到電源存儲源的正端，并且第二電極連接到電源存儲源的負端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的電路，其中當(dāng)提供焊接連接時，如果一個電導(dǎo)體位于第一和第二電極之間，電源存儲源實現(xiàn)低功率態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的電路，其中電導(dǎo)體是焊料或者工件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的電路，其中低功率態(tài)是電源存儲源撤換或再充電狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的電路，其中當(dāng)電源存儲源充分放電時，電源存儲源發(fā)生撤換或者再充電狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的電路，其中電壓比較器包括集成電路，它比較供給電壓和內(nèi)部產(chǎn)生的參考電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的電路，還包括參考電壓發(fā)生器，電壓比較器能夠接收來自參考電壓發(fā)生器的參考電壓以及電源存儲源的操作電壓，比較接收到的電壓，以及輸出指示低功率態(tài)的信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的電路，其中當(dāng)電源存儲設(shè)備的操作電壓比參考電壓低時，低壓態(tài)被確定。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的電路，其中電源存儲源包括至少一個電池。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的電路，其中電源存儲源具有5至10伏的電壓。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的電路，其中電源存儲源產(chǎn)生大于700毫安的DC電流。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的電路，還包括產(chǎn)生指示低功率態(tài)的信號的狀態(tài)指示器。
15.根據(jù)權(quán)利要求16的電路，其中狀態(tài)指示器是燈。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的電路，還包括選擇性地控制加熱設(shè)備的功率輸出的功率輸出開關(guān)。
17.一種電子裝置，包括主體；與所述主體相聯(lián)的電源存儲源，所述電源存儲源包括正負端，其中電源存儲源具有額定功率態(tài)和低功率態(tài)；與所述主體相聯(lián)的加熱設(shè)備，其中加熱設(shè)備的第一部分連接到正端，并且加熱設(shè)備的第二部分連接到負端，從而電可以被傳送到加熱設(shè)備；以及電連接到電源存儲源和加熱設(shè)備的狀態(tài)指示器，狀態(tài)指示器能夠產(chǎn)生指示電源存儲源的低功率態(tài)的信號。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的裝置，還包括可控開關(guān)，其中該開關(guān)基于確定低功率態(tài)發(fā)生而被激活，開關(guān)的激活將電源存儲源從加熱設(shè)備電斷開。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的裝置，其中當(dāng)跨過電源存儲源的壓降被影響時，發(fā)生低功率態(tài)。
20.根據(jù)權(quán)利要求17的裝置，其中當(dāng)電源存儲源被完全放電時發(fā)生低功率態(tài)。
21.根據(jù)權(quán)利要求17的裝置，其中加熱設(shè)備包括與第二電極分隔開的第一電極，第一電極電連接到電源存儲源的正端，第二電極電連接到電源存儲源的負端。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，其中當(dāng)跨過第一和第二電極發(fā)生短路時，發(fā)生低功率態(tài)。
23.根據(jù)權(quán)利要求17的裝置，其中該裝置是無線焊鐵。
24.根據(jù)權(quán)利要求17的裝置，其中電源存儲源包括至少一個電池。
25.根據(jù)權(quán)利要求17的裝置，其中狀態(tài)指示器是燈。
26.一種電子裝置，包括具有至少一個低功率態(tài)的電源；電連接到電源的加熱設(shè)備；用于檢測電源的至少一個低功率態(tài)的裝置；以及用于指示至少一個功率態(tài)的裝置。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的裝置，其中電源包括至少一個電池。
28.根據(jù)權(quán)利要求26的裝置，其中指示裝置是燈。
29.根據(jù)權(quán)利要求26的裝置，其中該裝置是焊鐵。
30.一種由電源供電的電子裝置，包括接收來自電源的電的加熱設(shè)備；以及當(dāng)加熱設(shè)備從電源接收電時，用于檢測電源的至少一個低功率態(tài)的裝置。
31.一種適于接收來自電源的電的焊鐵，該焊鐵包括可電連接到電源的焊頭，該焊頭當(dāng)施加電時產(chǎn)生熱量；以及電連接到焊頭和電源之間的開關(guān)，該開關(guān)具有至少第一和第二位置，當(dāng)開關(guān)位于第一位置時，使得焊頭產(chǎn)生第一功率輸出，當(dāng)開關(guān)位于第二位置時，焊頭產(chǎn)生更高的功率輸出。
32.一種焊鐵，包括具有低功率態(tài)的電源存儲源；電連接到電源的焊頭，該焊頭當(dāng)施加電時可產(chǎn)生熱量；以及電連接到電源存儲源和焊頭的電壓比較器，該電壓比較器能夠檢測電源存儲源的低功率態(tài)。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的焊鐵，其中當(dāng)負載通過加熱設(shè)備位于電源存儲源上時，電源存儲源實現(xiàn)低功率態(tài)。
34.根據(jù)權(quán)利要求33的焊鐵，其中焊頭包括以隔開方式設(shè)置的第一和第二電極。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的焊鐵，其中當(dāng)跨過第一和第二電極存在短路時，電源存儲源實現(xiàn)低功率態(tài)。
36.根據(jù)權(quán)利要求35的焊鐵，其中通過設(shè)置電導(dǎo)體與第一和第二電極電聯(lián)通，使得跨過第一和第二電極存在短路。
37.根據(jù)權(quán)利要求36的焊鐵，其中電導(dǎo)體是焊料或者是工件。
38.根據(jù)權(quán)利要求32的焊鐵，其中低功率態(tài)是電源存儲源撤換或者再充電狀態(tài)。
39.根據(jù)權(quán)利要求38的焊鐵，其中當(dāng)電源存儲源部分或完全放電時，發(fā)生源存儲源撤換或者再充電狀態(tài)。
40.根據(jù)權(quán)利要求32的焊鐵，其中電壓比較器包括集成電路，它比較供給電壓和內(nèi)部產(chǎn)生的參考電壓。
41.根據(jù)權(quán)利要求32的焊鐵，還包括參考電壓發(fā)生器，電壓比較器能夠接收參考電壓發(fā)生器的參考電壓和電源存儲源的操作電壓，比較接收到的電壓，并且輸出指示低功率態(tài)的信號。
42.根據(jù)權(quán)利要求32的焊鐵，其中電源存儲源包括至少一個電池。
43.一種焊鐵，包括產(chǎn)生直流(DC)和具有低功率態(tài)的電源存儲源；電連接到電源的焊頭，該焊頭包括當(dāng)施加電時產(chǎn)生熱量的第一和第二電極；電連接到電源存儲源和焊頭的電壓比較器，該電壓比較器能夠檢測低功率態(tài)；以及狀態(tài)指示器，其響應(yīng)于檢測低功率態(tài)的電壓比較器而產(chǎn)生信號提供給用戶。
全文摘要
一種便攜式電子設(shè)備，例如焊鐵，具有由電阻性材料形成或者包含電阻性材料的兩個電極。電極電連接到電源。當(dāng)兩個電極被施加到電導(dǎo)體材料上時，例如被焊接的材料，就實現(xiàn)了電極和電源之間的電路。
文檔編號B23K3/04GK1820886SQ200510048400
公開日2006年8月23日 申請日期2005年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月13日
發(fā)明者杰弗·坎貝爾, 約翰·盧, 拉塞爾·博格曼, 格里戈雷·阿克辛特 申請人:亥伯龍創(chuàng)新公司