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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Un convertidor de baja potencia para alimentar una carga de 9 voltios desde una batería de iones de litio de 3,7 voltios. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Cargadores, baterías, celdas galvánicas Algunos dispositivos modernos de baja potencia consumen una corriente muy pequeña (unos pocos miliamperios), pero requieren una fuente demasiado exótica para su potencia: una batería de 9 V que, además, dura un máximo de 30 ... 100 horas de funcionamiento del dispositivo. . Parece especialmente extraño ahora, cuando las baterías de iones de litio de varios dispositivos móviles son casi más baratas que las propias baterías: baterías. Por lo tanto, es natural que un verdadero radioaficionado intente adaptar las baterías para alimentar su dispositivo y no busque periódicamente baterías "antiguas". Si consideramos un multímetro convencional (y popular) como una carga de baja potencia. M830, alimentado por un elemento del tipo "Korund", luego, para crear un voltaje de 9 V, se necesitan al menos 2-3 baterías conectadas en serie, lo que no nos conviene, simplemente no caben dentro de la caja del dispositivo. Por lo tanto, la única salida es usar una batería y un convertidor elevador. Selección base de elementos La solución más sencilla es usar un temporizador tipo 555 (o su versión 7555 CMOS) en un convertidor de pulsos (los convertidores capacitivos no son adecuados, tenemos demasiada diferencia entre los voltajes de entrada y salida). Un "plus" adicional de este microcircuito, tiene una salida de colector abierto, además, una de voltaje suficientemente alto capaz de soportar voltajes de hasta +18 V en cualquier voltaje de suministro operativo. Gracias a esto, es posible ensamblar un convertidor a partir de literalmente una docena de piezas comunes y baratas (Fig. 1.6).
El pin 3 del chip es una salida normal de dos estados, se usa en este circuito para mantener la generación. El pin 7 es una salida de colector abierto que puede soportar un aumento de voltaje, por lo que se puede conectar directamente a la bobina, sin un seguidor de transistor. La entrada de voltaje de referencia (pin 5) se usa para regular el voltaje de salida. Principio de funcionamiento del dispositivo. Inmediatamente después de aplicar la tensión de alimentación, el condensador C3 se descarga, la corriente a través del diodo zener VD1 no fluye, la tensión en la entrada REF del microcircuito es 2/3 de la tensión de alimentación y el ciclo de trabajo de la salida pulsos es 2 (es decir, la duración del pulso es igual a la duración de la pausa), el capacitor C3 se carga a la velocidad máxima. Se necesita el diodo VD2 para que el condensador C3 descargado no afecte el circuito (no reduce el voltaje en el pin 5), la resistencia R2 "por si acaso", para protección. A medida que este capacitor se carga, el diodo zener VD1 comienza a abrirse levemente y aumenta el voltaje en el pin 5 del microcircuito. A partir de ahí, la duración del pulso disminuye, la duración de la pausa aumenta, hasta que se produce el equilibrio dinámico y la tensión de salida se estabiliza en un determinado nivel. El valor del voltaje de salida depende solo del voltaje de estabilización del diodo zener VD1 y puede ser de hasta 15 ... 18 V a un voltaje más alto, el microcircuito puede fallar. Acerca de los detalles La bobina L1 está enrollada en un anillo de ferrita. K7x5x2 (diámetro exterior - 7 mm, interior - 5 mm, espesor - 2 mm), aproximadamente 50 ... 100 vueltas con un alambre con un diámetro de 0,1 mm. Puede tomar un anillo más grande, luego se puede reducir el número de vueltas, o puede tomar un estrangulador industrial con una inductancia de cientos de microhenrios (µH). El microcircuito 555 se puede reemplazar con el analógico doméstico K1006VI1 o con la versión CMOS 7555: tiene menos consumo de corriente (la batería "durará" un poco más) y un rango de voltaje operativo más amplio, pero tiene una salida más débil (si el el multímetro requiere más de 10 mA, es posible que no proporcione tal corriente, especialmente con un voltaje de suministro tan bajo) y a ella, como a todas las estructuras CMOS, "no le gusta" el aumento de voltaje en su salida. Características del dispositivo El dispositivo comienza a funcionar inmediatamente después del montaje, toda la configuración consiste en configurar el voltaje de salida seleccionando el diodo zener VD1, mientras que una resistencia de 3 kΩ (simulador de carga) debe conectarse a la salida en paralelo con el condensador C3,1 (simulador de carga), ¡pero no un multímetro! Está prohibido encender el convertidor con un diodo zener sin soldar, entonces el voltaje de salida será ilimitado y el circuito puede "matar" a sí mismo. También puede aumentar la frecuencia de funcionamiento reduciendo la resistencia de la resistencia R1 o el condensador C1 (si funciona en una frecuencia de audio, se escucha un chirrido de alta frecuencia). Si la longitud de los cables de la batería es inferior a 10 ... 20 cm, un condensador de fuente de alimentación de filtrado es opcional, o puede colocar un condensador con una capacidad de 1 uF o más entre los pines 8 y 0,1 del microcircuito. Desventajas identificadas En primer lugar, el dispositivo contiene dos osciladores (un oscilador maestro del chip ADC - convertidor de analógico a digital del dispositivo, el segundo generador del convertidor) que funcionan a las mismas frecuencias, es decir, se afectarán entre sí (latido de frecuencia ) y la precisión de la medición se deteriorará gravemente. En segundo lugar, la frecuencia del generador del convertidor cambia constantemente según la corriente de carga y el voltaje de la batería (porque hay una resistencia en el POS, un circuito de retroalimentación positiva y no un generador de corriente), por lo que es imposible predecir y corregir su influencia. . Específicamente para un multímetro, sería ideal un oscilador común para el ADC y un convertidor con una frecuencia operativa fija. La segunda versión del convertidor. El circuito de dicho convertidor es un poco más complicado y se muestra en la Fig. 1.7.
Se ensambla un generador en el elemento DD1.1, a través del capacitor C2, sincroniza el convertidor y, a través de C5, el chip ADC. La mayoría de los multímetros económicos se basan en el ADC de doble integración ICL7106 o sus análogos (40 pines, 3,5 caracteres en la pantalla), para cronometrar este microcircuito, solo necesita quitar el capacitor entre los pines 38 y 40 (desoldar su pata del pin 38 y soldar al pin 11DD1.1). Gracias a la retroalimentación a través de una resistencia entre los pines 39 y 40, el microcircuito puede sincronizarse incluso con señales muy débiles con una amplitud de una fracción de voltio, por lo que las señales de 3 voltios de la salida DD1.1 son suficientes para su funcionamiento normal. . Por cierto, de esta manera es posible aumentar la velocidad de medición de 5 a 10 veces, simplemente aumentando la frecuencia del reloj. La precisión de la medición prácticamente no sufre por esto, empeora en un máximo de 3 ... 5 unidades del dígito menos significativo. No es necesario estabilizar la frecuencia de operación para un ADC de este tipo, por lo que un oscilador RC convencional es suficiente para una precisión de medición normal. En los elementos DD1.2 y DD1.3, se ensambla un multivibrador en espera, cuya duración de pulso, utilizando el transistor VT2, puede variar de casi 0 a 50%. En el estado inicial, en su salida (pin 6) hay una "unidad lógica" (nivel de alto voltaje) y el capacitor C3 se carga a través del diodo VD1. Después de la llegada de un pulso negativo de disparo, el multivibrador "punta", un "cero lógico" (nivel de voltaje bajo) aparece en su salida, bloqueando el multivibrador a través del pin 2 de DD1.2 y abriendo el transistor VT1 a través del inversor en DD1.4 .3 En este estado, el circuito permanecerá hasta que el capacitor C5 se descargue, después de lo cual el "cero" en el pin 1.3 de DD2 "inclinará" el multivibrador nuevamente al estado de espera (para este momento, C1 tendrá tiempo para cargar y también habrá "1.1" en el pin 1 de DD1), el transistor VT1 se cerrará y la bobina L4 se descargará al capacitor CXNUMX. Después de la llegada del siguiente pulso, todos los procesos anteriores se repetirán nuevamente. Por lo tanto, la cantidad de energía almacenada en la bobina L1 depende solo del tiempo de descarga del capacitor C3, es decir, de la fuerza con la que el transistor VT2 está abierto, lo que ayuda a que se descargue. Cuanto mayor sea el voltaje de salida, más fuerte se abre el transistor; así, el voltaje de salida se estabiliza en un cierto nivel, dependiendo del voltaje de estabilización del diodo zener VD3. Para cargar la batería, se utiliza un convertidor simple en un estabilizador lineal ajustable DA1. Solo hay que cargar la batería, incluso con el uso frecuente del multímetro, solo un par de veces al año, por lo que no tiene sentido poner aquí un regulador de conmutación más complejo y costoso. El estabilizador se ajusta a una tensión de salida de 4,4 ... 4,7 V, que el diodo VD5 reduce en 0,5.0,7 V a valores estándar para una batería de iones de litio cargada (3,9 ... 4,1 V) . Este diodo es necesario para que la batería no se descargue a través de DA1 fuera de línea. Para cargar la batería, debe aplicar un voltaje de 1 ... 6 V a la entrada XS12 y olvidarse de eso durante 3 ... 10 horas. Con un voltaje de entrada alto (más de 9 V), el chip DA1 se calienta mucho, por lo que debe proporcionar un disipador de calor o reducir el voltaje de entrada. Como DA1, puede usar estabilizadores de 5 voltios KR142EN5A, EN5V, 7805, pero luego, para amortiguar el "exceso" de voltaje, VD5 debe estar compuesto por dos diodos conectados en serie. Los transistores en este circuito se pueden usar en casi cualquier estructura npn, KT315B está aquí solo porque el autor ha acumulado demasiados. KT3102, 9014, VS547, VS817, etc. funcionarán normalmente. Los diodos KD521 se pueden reemplazar con KD522 o 1N4148, VD1 y VD2 deben ser BAV70 o BAW56 ideales de alta frecuencia. VD5 cualquier diodo (no Schottky) de potencia media (KD226, 1N4001). El diodo VD4 es opcional, es solo que el autor tenía diodos zener de muy bajo voltaje y el voltaje de salida no alcanzó el mínimo de 8,5 V, y cada diodo adicional en conexión directa agrega 0,7 V al voltaje de salida. La bobina es la misma como para el circuito anterior (100...200 µH). El esquema para finalizar el interruptor del multímetro se muestra en la fig. 1.8.
El terminal positivo de la batería está conectado al anillo central del multímetro, pero conectamos este anillo al "+" de la batería. El siguiente anillo es el segundo contacto del interruptor y está conectado a los elementos del circuito del multímetro en 3-4 pistas. Estas pistas del lado opuesto de la placa deben romperse y conectarse entre sí, así como con la salida de +9 V del convertidor. El anillo está conectado al bus de alimentación del convertidor de +3 V. Por lo tanto, el multímetro está conectado a la salida del convertidor, y con el interruptor del multímetro encendemos y apagamos el convertidor. Tenemos que pasar por tales dificultades debido al hecho de que el convertidor consume algo de corriente (3 ... 5 mA) incluso con la carga apagada, y la batería se descargará con esa corriente en aproximadamente una semana. Aquí apagamos la alimentación del convertidor y la batería durará varios meses. No es necesario configurar un dispositivo ensamblado correctamente a partir de piezas reparables, a veces solo necesita ajustar el voltaje con las resistencias R7, R8 (cargador) y un diodo zener VD3 (convertidor).
La placa tiene las dimensiones de una batería estándar y se instala en el compartimento correspondiente. La batería se coloca debajo del interruptor, por lo general hay suficiente espacio, primero debes envolverla con varias capas de cinta aislante o al menos cinta adhesiva. Para conectar el conector del cargador en la caja del multímetro, debe perforar un orificio. El pinout para diferentes conectores XS1 a veces es diferente, por lo que es posible que deba modificar un poco la placa. Para que la batería y la placa del convertidor no "cuelguen" dentro del multímetro, deben presionarse con algo dentro de la caja. Autores: Koshkarov A.P., Koldunov A.S.
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