17,2 тыс подписчиков

Питание мультиметра от литий-ионного аккумулятора. Вариант 2. Две версии.

6 минут

1415 прочтений

18 мая 2022

Ранее уже создавалось подобное устройство для питания мультиметра от литий ионного аккумулятора, но схема вышла весьма сложной и для её упрощения, а также для того, чтобы уменьшить габариты устройства, была разработана представленная в этой статье схема.

Первая версия. Без индикатора разряда

По сравнению с предыдущим вариантом схема претерпела значительные изменения, а именно:

Из схемы исключены следующие узлы.Звуковой индикатор разряда аккумулятора.
Источник опорного напряжения на TL431 и компаратор LM2903.
В преобразователе напряжения вместо MC34063 применён обладающий лучшими характеристиками LM2733XMF, что позволило с применением одного некоторых схемного решения снизить ток, потребляемый схемой при отключенном мультиметре до 30 мкА. Также благодаря этому решению получилось отказаться от выключателя в схеме, баз которого первый вариант не мог обойтись. Важное примечание: так как устройство не имеет узла, который бы отключил аккумулятор при его разряде, то аккумулятор обязательно должен иметь свою плату защиты от сильного разряда.

Характеристики устройства:

Напряжение аккумулятора 3.7 в.
Выходное напряжение 9.1в.
Потребляемый ток от аккумулятора при выключенном мультиметре 24 мкА при напряжении аккумулятора 3в и 30 мкА при 4.2в.
Ток потребления от аккумулятора при включенном мультиметре при 3в – 18ма, при 4.2 – 15ма.
Выходной ток - 15 ма.

Электрическая принципиальная схема устройства:

Принцип работы устройства

В выключенном состоянии база транзистора VT1 через низкоомный резистор R7 притянута на минус питания и транзистор закрыт. Одновременно с этим затвор полевого транзистора уже через резистор R3 притянут к плюсу питания, и он также закрыт, питание на DA2 не поступает преобразователь не работает. Благодаря дросселю L1 и диоду VD1 в выключенном состоянии на выходе схемы присутствует напряжение почти равное по величине напряжению аккумулятора. При включении мультиметра на резисторе R7 (нужно его тщательно подобрать) создаётся падение напряжение достаточное для открытия транзистора VT1 и тот открывшись притянет затвор полевика на минус, тот откроется и преобразователь заработает. Применение полевого транзистора в цепи питания преобразователя позволило значительно сократить потребляемый ток схемой при выключенном мультиметре. Без него он составлял 120 мкА.

Настройка схемы

Подбором резистора R7 при номинальном токе потребления выставить напряжение на базе транзистора VT1 не менее 0.6в. Для этого его лучше заменить на время настройки переменным резистором. Резистором R6 выставить выходное напряжение преобразователя. Резистором R2 выставляется ток зарядки аккумулятора.

Расположение деталей на плате устройства.

Внешний вид платы со стороны компонентов поверхностного монтажа.

Вид платы со стороны выводных компонентов.

Устройство размещено в корпусе от китайского аккумулятора, да и сама плата разрабатывалась с таким расчётом чтобы её можно было припаять на контакты колодки аккумулятора. Также длина платы такова, чтобы на задней части корпуса можно было вывести светодиод индикации заряда и гнездо для штекера зарядного устройства.

Устройство готово к установке в корпус с подключенным аккумулятором. Аккумулятор обмотан двумя слоями малярного бумажного скотча.

Полностью собранное устройство не чем внешне не отличается от типичного китайского аккумулятора.

Вторая версия

По своим характеристикам абсолютна аналогична первой версии (ну разве что на 2ма больший потребляемый от аккумулятора ток), но содержит одно полезное усовершенствование схемы, заключающееся в следующем. В схему добавлен индикатор разряда. Дело в том, что первая версия, как и многие промышленные устройства будут работать до тех пор, пока аккумулятор не разрядится, а пользователь об этом знать не будет и мультиметр может лишиться питания в неподходящий момент. В этой версии при разряде аккумулятора до 3.3в преобразователь напряжение снижает выходное напряжение до 6 вольт, при которых на дисплее мультиметра отображается символ элемента питания, говорящий о снижении питающего напряжения. Это будет напоминать пользователю о необходимости зарядить аккумулятор устройства.

Электрическая принципиальная схема устройства версии 2:

Принцип работы устройства

Часть схемы собранная на T1, VT2, DA3 и внешних элементах работает абсолютно так же, как и в первой версии. Внимание лучше обратить на DA2, VR1, VT1, VT3. Работает эта часть схемы следующим образом. Опорное напряжение, формируемое микросхемой TL431 (VR1), величиной 2.5в поступает на вывод 1 DA2 и сравнивается с напряжением на выводе 3. При величине напряжения аккумулятора более 3.3в напряжение на выводе 3 больше, чем на первом выводе, а так как LMV331 компаратор с выходом типа открытый коллектор, то выходной транзистор в этому случае открыт и садит базу VT1 на минус, закрывая его. Это также приводит к закрытию VT3, так как его база через R14 притянута к плюсу выходного напряжения, и резисторы R13 и R15 соединяются, последовательно образуя сопротивление в цепи обратной связи преобразователя необходимое для получения 9в на выходе устройства. При падении напряжения аккумулятора ниже 3.3в выходной транзистора компаратора закрывается и транзистор VT1 благодаря R8 открывается и через резистор R9 тянет базу VT3 на минус открывая его. Транзистора VT3 начинает шунтировать резистор R15, тем самым снижая суммарное сопротивление резисторов обратной связи преобразователя, что приводит к падению напряжения на выходе схемы до установленных 6в. При этом на экране мультиметра начинает отображаться символ элемента питания, штатная индикация низкого питающего напряжения.

Настройка устройства

Для настройки устройство нужно вместо аккумулятора подключить к устройству лабораторный блок питания. Для подстраховки на начальном этапе настройки вместо мультиметра нужно включить резистор от 470 ом до 1 кОм и выставить напряжение на выходе не более 6 в. И уже после этого можно подключить мультиметр и приступать к настройке уже с ним. Установив на выходе ЛБП напряжение величиной 3.32в вращением движка резистора R13 при подключенном мультиметре, выставляют напряжение равное 6в, добиваясь отображения батарейки на экране мультиметра. После установить любое напряжение от 3.4 до 4.2в и вращением движка резистора R15 нужно выставить выходное напряжение 9в. Резисторами R6, R6 можно выставить порог срабатывания индикации разряда аккумулятора. Резистором R7 выставляется ток зарядки аккумулятора. Также подбор необходим и для резистора R16 чтобы обеспечить стабильное включение и работу мультиметра.

Важное замечание для обоих версий устройства. При ёмкости аккумулятора до 250 ма/ч сопротивление резистора, задающего ток зарядки (R2 первая и R7 вторая версии устройства) нужно увеличить до 18k.

Расположение деталей на плате устройства.

Вид платы со стороны компонентов поверхностного монтажа.

Вид платы со стороны выводных компонентов. Изначально не планировал использовать двухсторонний фольгированный текстолит, но мои запасы одностороннего подходят к концу. Плата разрабатывалась под односторонний. Гнездо для подключения зарядного устройства укреплено на плате при помощи эпоксидной смолы замешанной с порошком перетёртого гетинакса.

Устройство готово к окончательной сборке. Подключение аккумулятора аналогично первой версии, так что сделал это за кадром так сказать.

Ну вот и устройство окончательно собрано. Внешне не чем не отличается от первой версии, так как у меня было два таких аккумулятора в корпусах которых и были собраны устройства. Только цифра 2 отличает вторую версию от первой.