Питание мультиметра от Li-ion аккумулятора.
Posted: 25 Jul 2016 16:21
Последней каплей терпения стала свежекупленная батарейка, да не простая, а "хорошая", аж за $2,5... Но она почему-то сдохла за неделю. Автоотключение есть, работает, работал мультиком много (по несколько часов в день). Для интереса померял потребление тестера. Получилось около 6 мА в ждущем режиме и 53 мА при прозвонке (щупы замкнуты). Погуглил ёмкость стандартной кроны и вот что нашёл: в даташите на Energizer Eveready Silver 9V (6F22) указана типовая ёмкость:
Для опытов был выбран боевой старикан UNI-T M890G, тот самый, который сожрал "последнюю каплю" ))) Точную схему найти его не удалось, в интернете есть только на Mastech M890G, который отличается от UNI-T отсутствием автоотключения. Но не беда, китайцы не сильно разнообразят схемы автоотключения, поэтому немного покопавшись на форумах нашёл вот такую схемку: Для чего она нам? Есть желание сделать "правильный" преобразователь с корректным отключением работы для экономии заряда аккумулятора. Итак, что же нам даёт эта схема? Наверное придётся рассказать как "это" работает, чтобы понять что нам надо и что надо сделать.
1) Тестер выключен, переключатель в верхнем положении, конденсатор С19 заряжен от батарейки, на нём около 9В.
2) Нажимаем выключатель. Левая пара контактов запитывает только резистивный делитель R52 / R51, правая пара контактов подаёт напряжение запасённое конденсатором C19 на неинвертирующий вход операционного усилителя (далее ОУ) IC2A и через диод D14 на вывод 8 - питание ОУ. Запасённой энергии конденсатора достаточно, чтобы ОУ начал работать и сравнил напряжение с делителя R52 / R51 с напряжением на C19, а т.к. на С19 напряжение больше - на выходе появилась логическая "1" (грубо, т.к. это всё таки ОУ). Напряжение на выходе ОУ открывает транзистор Q2, который, в свою очередь, открывает транзистор Q3. Теперь ОУ (и весь тестер) питается от батарейки через открытый транзистор Q3.
3) напряжение на C19 падает, т.к. он разряжается через резистор R53 и при падении ниже напряжения с делителя R52 / R51 на выходе ОУ станет "логический 0", транзисторы закроются и питание тестера отключится.
4) Для возобновления работы схемы необходимо выключить переключатель питания, конденсатор C19 зарядится и можно снова перейти к пункту 1).
Надеюсь понятно описал ))). К чему собственно это я? А да. Питать мультик я собираюсь от одной банки li-ion АКБ через преобразователь на MT3608 (давно валяется несколько штук). И, хотя готовая конструкция этого не предусматривает, в даташите нашёл возможность управления работой преобразователя - за это отвечает 4 вывод. При замыкании его на "0" преобразователь молчит, а при замыкании на "+" - работает. Это то, что нам надо! Подключаем этот вход на вывод 1 ОУ и получаем честное автоотключение. Встаёт вопрос, а от чего же будет заряжаться С19 пока преобразователь не работает? Очень просто!
Давайте посмотрим на схему преобразователя из даташита. Данный тип преобразователей построен так, что на выходе всегда присутствует напряжение НЕ НИЖЕ напряжения на входе (за вычетом падения на диоде) - через индуктивность L1 и диод D1, даже когда преобразователь не работает. Значит в "спящем" режиме конденсатор C19 будет заряжен до напряжения около 3-4 Вольт. Заработает ли схема? Надо пробовать! Хотя нет, надо вначале схему то нарисовать)))
Схема. Схему автоотключения срисовывал со своего мультиметра, она чуть-чуть отличается от схемы из интернета, но не критично, даже номиналы очень похожи.
При питании от 9В на выводе 2 ОУ напряжение около 1,6 Вольта. Если на конденсаторе С1+С2 (бывший С19) напряжение ниже 2,9В схема не запускается, т.к. часть энергии расходуется на питание ОУ и схемы мультиметра, да и ОУ LM358 не способен работать при напряжении ниже 3 Вольт. При 3х Вольтах на батарее - уверенный запуск. Вот Вам и защита от переразряда.... Хотя в аккумах от мобильников защита есть и ниже 2,5 Вольт из разрядить не получится.
Зарядка аккумулятора это дело второстепенное, каждый заряжает как ему вздумается. Я прилепил платку с TP4056, настроенную на 240мА зарядного тока - резистор R14 на моей схеме 5,1к (2й вывод TP4056), в оригинале стоит 1,2к. Соответствие зарядного тока и номинала этого резистора берём из даташита на TP4056: Тут можно было бы и завершить повествование, но душа требует красоты...
Красота.
Куда уж красивей? А оказывается можно!
Теперь мультиметр у нас питается от стабильных 9 Вольт, при любом напряжении литиевой батарейки. При напряжении ниже 3,0 Вольт схема просто не включается и всё. Но хотелось бы узнать заранее о садящейся батарее. Штатный индикатор нам не поможет т.к., как я уже сказал, прибор запитан от стабильных 9 вольт. Что нам остаётся? Правильно! Сделать свой индикатор. Вначале была мысль вывести светодиод для индикации, но потом на одной из схем мультиметров я обнаружил вот такой фрагмент: Я не совсем понял как это работает, но решил проверить на своём мультиметре. Чёрный проводок идёт на несуществующий вывод ICL7106. Т.е. китайцы упростили схему с транзистором (он не впаян) и вывели из "капли" дополнительный вывод. Ну что же, отпаиваем проводок и пробуем присобачить транзистор. Получается! Если базу подтянуть к плюсу - "батарейка" горит, если притянуть к минусу - не горит. Делаем пороговое устройство наОУ... Нафик нам ОУ? Есть же TL431! Всего 3 ноги и функционал как нам надо! Вобщем всё это уже нарисовано на моей схеме, а параметры получились такие: при напряжении батареи более 3,3 Вольта индикатор батареи не горит, чуть ниже 3,3 Вольта - индикатор горит! Теперь Вы всегда успеете зарядить Ваш мультиметр! Размещение схемы индикатора на плате:
Ну и остаётся показать немного фоток. Вот так мультик выглядел до переделок.
Первое испытание:
Преобразователь. Подстроечник выкинул. Дельтиель ОС на постоянных резисторах, добавил разъёмы для удобства сборки и ремонта.
Организация места под зарядку - отверстие, крепление, беспроводной светодиод )))
Все токопроводящие части необходимо изолировать, т.к. сверху будет накрыто фольгой-экраном.
Ну и готовый вид:
Заряжаемся! По окончанию зарядки красный светодиод погаснет и загорится синий. Как Вы наверное уже поняли, светодиод в корпусе нужен только для того, чтобы пропустить свет от светодиодов на плате зарядки. Вот такой "Беспроводной светодиод".
PS_1: забыл сказать об автоотключении. Если ничего не менять и оставить конденсатор С19 47mkF, то время работы до автоотключения сократиться, по сравнению с питанием от кроны, но не существенно. Теперь нам экономить нечего и я решил сделать автоотключение "подольше", т.к. частенько мультиком пользуюсь часами и каждый раз его перевключать задалбывает, да и экономить нам теперь нечего. Для этого просто параллельно штатному конденсатору добавил 100mkF. Время получилось около 21 минуты при напряжении батарейки 3,5 Вольта. Может быть ещё добавлю в будущем.
PS_2: в режиме ожидания потребление от батарейки составляет 25-30 мкА. В основном это делители в ОС преобразователя (R12/R13) и делитель контроля уровня заряда батареи (R7/R8). Теоретически делитель в преобразователе можно сделать более высокоомным, но подходящих номиналов сходу не нашёл под рукой, поэтому пока оставил так.
Потребление в рабочем режиме преобразователя составило 16мА при напряжении 3,5 Вольта (напомню, от кроны мультиметр кушает 6мА).
PS_3: насчёт помех от работы преобразователя. Я постарался разместить преобразователь как можно дальше от "процессора", переключателя и всей аналоговой части, но он располагается близко от входных клемм - в отсеке для батарейки. Несмотря на его "импульсность" внести помехи или неточность в измерения мне не удалось. Проверял на резисторе 3МОм (3 * 1МОм), водя платой преобразователя вблизи думателя и аналоговой части. Также сравнивал показания при питании от Кроны и от преобразователя. Мой вывод - однофигственно. Прибор пульсации по питанию не чувствует, ЭМ наводки на частоте преобразователя ему тоже до лампочки.
PS_4: а схему то я и забыл выложить, хоть она и от Mastech M890G, но в основном похожа. Спасибо vetalkh, ткнул меня носом в это упущение )))
400 мА/ч... До 4,8 Вольта... А мультиметр начинает ругаться на батарею при 7,0 Вольта, а при 6,5 Вольта уже сильно искажает показания. Т.е. реально из батарейки мы получаем около 250 - 300 мА/ч за 2,5 доллара. Дороговато.Typical Capacity: 400 mAh* (to 4.8 volts)
Для опытов был выбран боевой старикан UNI-T M890G, тот самый, который сожрал "последнюю каплю" ))) Точную схему найти его не удалось, в интернете есть только на Mastech M890G, который отличается от UNI-T отсутствием автоотключения. Но не беда, китайцы не сильно разнообразят схемы автоотключения, поэтому немного покопавшись на форумах нашёл вот такую схемку: Для чего она нам? Есть желание сделать "правильный" преобразователь с корректным отключением работы для экономии заряда аккумулятора. Итак, что же нам даёт эта схема? Наверное придётся рассказать как "это" работает, чтобы понять что нам надо и что надо сделать.
1) Тестер выключен, переключатель в верхнем положении, конденсатор С19 заряжен от батарейки, на нём около 9В.
2) Нажимаем выключатель. Левая пара контактов запитывает только резистивный делитель R52 / R51, правая пара контактов подаёт напряжение запасённое конденсатором C19 на неинвертирующий вход операционного усилителя (далее ОУ) IC2A и через диод D14 на вывод 8 - питание ОУ. Запасённой энергии конденсатора достаточно, чтобы ОУ начал работать и сравнил напряжение с делителя R52 / R51 с напряжением на C19, а т.к. на С19 напряжение больше - на выходе появилась логическая "1" (грубо, т.к. это всё таки ОУ). Напряжение на выходе ОУ открывает транзистор Q2, который, в свою очередь, открывает транзистор Q3. Теперь ОУ (и весь тестер) питается от батарейки через открытый транзистор Q3.
3) напряжение на C19 падает, т.к. он разряжается через резистор R53 и при падении ниже напряжения с делителя R52 / R51 на выходе ОУ станет "логический 0", транзисторы закроются и питание тестера отключится.
4) Для возобновления работы схемы необходимо выключить переключатель питания, конденсатор C19 зарядится и можно снова перейти к пункту 1).
Надеюсь понятно описал ))). К чему собственно это я? А да. Питать мультик я собираюсь от одной банки li-ion АКБ через преобразователь на MT3608 (давно валяется несколько штук). И, хотя готовая конструкция этого не предусматривает, в даташите нашёл возможность управления работой преобразователя - за это отвечает 4 вывод. При замыкании его на "0" преобразователь молчит, а при замыкании на "+" - работает. Это то, что нам надо! Подключаем этот вход на вывод 1 ОУ и получаем честное автоотключение. Встаёт вопрос, а от чего же будет заряжаться С19 пока преобразователь не работает? Очень просто!
Давайте посмотрим на схему преобразователя из даташита. Данный тип преобразователей построен так, что на выходе всегда присутствует напряжение НЕ НИЖЕ напряжения на входе (за вычетом падения на диоде) - через индуктивность L1 и диод D1, даже когда преобразователь не работает. Значит в "спящем" режиме конденсатор C19 будет заряжен до напряжения около 3-4 Вольт. Заработает ли схема? Надо пробовать! Хотя нет, надо вначале схему то нарисовать)))
Схема. Схему автоотключения срисовывал со своего мультиметра, она чуть-чуть отличается от схемы из интернета, но не критично, даже номиналы очень похожи.
При питании от 9В на выводе 2 ОУ напряжение около 1,6 Вольта. Если на конденсаторе С1+С2 (бывший С19) напряжение ниже 2,9В схема не запускается, т.к. часть энергии расходуется на питание ОУ и схемы мультиметра, да и ОУ LM358 не способен работать при напряжении ниже 3 Вольт. При 3х Вольтах на батарее - уверенный запуск. Вот Вам и защита от переразряда.... Хотя в аккумах от мобильников защита есть и ниже 2,5 Вольт из разрядить не получится.
Зарядка аккумулятора это дело второстепенное, каждый заряжает как ему вздумается. Я прилепил платку с TP4056, настроенную на 240мА зарядного тока - резистор R14 на моей схеме 5,1к (2й вывод TP4056), в оригинале стоит 1,2к. Соответствие зарядного тока и номинала этого резистора берём из даташита на TP4056: Тут можно было бы и завершить повествование, но душа требует красоты...
Красота.
Куда уж красивей? А оказывается можно!
Теперь мультиметр у нас питается от стабильных 9 Вольт, при любом напряжении литиевой батарейки. При напряжении ниже 3,0 Вольт схема просто не включается и всё. Но хотелось бы узнать заранее о садящейся батарее. Штатный индикатор нам не поможет т.к., как я уже сказал, прибор запитан от стабильных 9 вольт. Что нам остаётся? Правильно! Сделать свой индикатор. Вначале была мысль вывести светодиод для индикации, но потом на одной из схем мультиметров я обнаружил вот такой фрагмент: Я не совсем понял как это работает, но решил проверить на своём мультиметре. Чёрный проводок идёт на несуществующий вывод ICL7106. Т.е. китайцы упростили схему с транзистором (он не впаян) и вывели из "капли" дополнительный вывод. Ну что же, отпаиваем проводок и пробуем присобачить транзистор. Получается! Если базу подтянуть к плюсу - "батарейка" горит, если притянуть к минусу - не горит. Делаем пороговое устройство на
PS_2: в режиме ожидания потребление от батарейки составляет 25-30 мкА. В основном это делители в ОС преобразователя (R12/R13) и делитель контроля уровня заряда батареи (R7/R8). Теоретически делитель в преобразователе можно сделать более высокоомным, но подходящих номиналов сходу не нашёл под рукой, поэтому пока оставил так.
Потребление в рабочем режиме преобразователя составило 16мА при напряжении 3,5 Вольта (напомню, от кроны мультиметр кушает 6мА).
PS_3: насчёт помех от работы преобразователя. Я постарался разместить преобразователь как можно дальше от "процессора", переключателя и всей аналоговой части, но он располагается близко от входных клемм - в отсеке для батарейки. Несмотря на его "импульсность" внести помехи или неточность в измерения мне не удалось. Проверял на резисторе 3МОм (3 * 1МОм), водя платой преобразователя вблизи думателя и аналоговой части. Также сравнивал показания при питании от Кроны и от преобразователя. Мой вывод - однофигственно. Прибор пульсации по питанию не чувствует, ЭМ наводки на частоте преобразователя ему тоже до лампочки.
PS_4: а схему то я и забыл выложить, хоть она и от Mastech M890G, но в основном похожа. Спасибо vetalkh, ткнул меня носом в это упущение )))