Три схемы замены Кроны в мультиметре

Предлагаю вашему вниманию три разных схемы, позволяющие переделать в мультиметре систему питания. Первых две схемы мои, а третья моего ученика (прошу заметить, что мне уже 57 лет, а моему ученику около пятидесяти). Тема переделки – отказ в использовании гальванического элемента типа Крона (1604, 6F22, 6R61) [1] для питания мультиметра, так как его ёмкости хватает максимум на два месяца работы. Многие радиолюбители хотят отказаться использовать эти батареи в своей практике. Вот и я задался целью создать подобную схему, для чего я ранее и «поднимал» схему своего мультиметра M890G. За основу взял мою любимую микросхему К561ЛН2, это может быть видно по предыдущим конструкциям на этом сайте.

Первая конструкция, можно сказать, классическая. Её можно встроить в практически любой мультиметр с питанием от Кроны. Плата получится небольшой, если собирать схему не только на SMD, но и на обычных радиодеталях, так как отсек для батареи «Крона» в мультиметрах достаточно большой. В этой конструкции предполагалось больше функциональных возможностей, чем получилось. Но когда сумею воплотить все свои замыслы в «железо», то тогда и опубликую. А сейчас предлагаю вашему вниманию только этот вариант схемы:

Схема электронного выключателя мультиметра с преобразователем напряжения
Электронный выключатель мультиметра с преобразователем напряжения. Схема

Объяснять работу схемы подробно, не вижу смысла, поэтому расскажу нужное и по порядку схемы. J1 – это разъём microUSB, предназначен для зарядки Li-Ion аккумулятора GB1 отслужившего свой срок работы в мобильном телефоне (можно конечно применить и новый) со своим контроллером защиты при заряде и разряде. Заряд происходит через резистор R2 сопротивлением 8,2 Ома. Такая схема зарядки, даёт не только малый ток заряда, в течении примерно 8 часов, но и не требует каких-то схемных ухищрений по контролю температуры аккумулятора. Схема контроля заряда состоит из транзистора VT1 и резисторов R2 и R3. Индикация заряда – это сверхяркий светодиод VD1, который погаснет по окончании зарядки аккумулятора GB1. Номинал резистора R1 нужно подобрать по требуемой яркости светодиода. Кнопка SB1, светодиод HL1, стабилитрон VD1 и резистор R3 – схема контроля заряда аккумулятора при работе. Как настроить этот узел описано здесь. Так же, там же, описана и схема работы узлов на логических элементах DD1.1-DD1.3. На DD1.1 собран таймер отключения. При указанном номинале конденсатора C2 и диоде VD2 (его нужно подобрать по времени удержания таймера примерно 3 секунды, при ёмкости конденсатора C2 – 0,01 микрофарад) таймер отключится примерно через 30 минут. Если вам нужно другое время, то придётся «поиграться» ёмкостью конденсатора C2 и/или rобр. диода VD2. При срабатывании таймера (DD1.1) откроется транзистор VT2 и перебросит триггер, состоящий из логических элементов DD1.2 и DD1.3, в закрытое состояние. При закрытом (выключенном) состоянии триггера включения (выв. 4 DD1.3 низкий уровень) тормозится работа генератора преобразователя напряжения через открытый диод VD3, разряжается конденсатор таймера C2 через токоограничительный резистор R4 и закрывается ключ включения нагрузки на транзисторе VT3. Так же, низкий логический уровень на выводах 6 и 8 микросхемы DD1 закроет выходной транзистор преобразователя VT5.

Если нажать на кнопку включения/выключения SB2, то на выводе 4 DD1.3 появится высокий уровень и запустит всё то, что до этого тормозил. Начнёт заряжаться конденсатор таймера C2 через rобр. диода VD2. Закроется диод VD3 и разрешит работу задающему генератору (частота работы примерно 50 кГц) на логических элементах DD1.4 — DD1.6 (генератор прекрасно работает и без DD1.6, он просто «лишний» и поэтому его, если потребуется, можно и исключить). Далее следует ключ преобразователя напряжения на высокочастотном транзисторе VT5 запитанный через дроссель L1 нагруженный на потребителя в виде мультиметра с током потребления 5-10 миллиампера через выпрямительный диод Шоттки — VD4. После этого диода также включена схема стабилизации выходного напряжения на транзисторах VT3, VT5 и стабилитроне VD5. Эта схема была взята из схем стабилизации напряжения китайских скутеров и показала прекрасную работу. Выходное напряжение колеблется от 9,0 до 9,1 вольт при питании преобразователя от 3,0 до 4,2 вольт. При простой схеме стабилизации (без VT6), выходное напряжение колебалось примерно в районе одного -двух вольт.

Так же, после включения триггера, был включен ключ включения нагрузки на транзисторе VT3. Почему ключ стоит по выходу? Просто, потому, что такое схемное решение оказалось проще, чем, если бы ставить ключ в разрыв питания выходного ключа преобразователя. А почему по «минусу»? И опять из-за простоты реализации. Кстати, ради интереса ставил вместо транзистора VT3 полевой транзистор с изолированным затвором. И да, всё работает и без резистора R9.

Конденсатор C8 нужно поставить как можно большего номинала. Если нужно организовать лучше защиту от ВЧ помех, то можно порекомендовать экранировку и ВЧ фильтра по выходу. Но думаю, что это будет лишним.

Все транзисторы нужно подбирать с возможно большим коэффициентом усиления по постоянному току, и они должны быть не менее 200.

Так же я опробовал в роли выходного ключа VT5 разные транзисторы. На схеме указан самый лучший. Чем «хуже» транзистор, тем больший разброс выходного напряжения, с отключенной схемой стабилизации. Далее список транзисторов начиная от лучших: BC337-25, 2SD1616YC, SS8050D, 2N5551, 2SC945, SS9014, КТ972А, КТ503Б, КТ3102Б, КТ315Е.

Я также подстраивал частоту генератора преобразователя по максимальному напряжению на выходе с отключенной схемой стабилизации резистором R11. В моём случае номинал этого резистора оказался 123,35 кОм при выходной частоте 46,65 кГц. Выходное напряжение было примерно 14 вольт.

Дроссель L1 типа «гантелька» с внешним диаметром 4 мм., и высотой 5,4 мм. Использовал то, что было под рукой. Кажется, этот дроссель был изъят из наручных электронных часов типа «Монтана». Для объективности схемы с дросселя была срезана термоусадка и смотаны витки с подсчётом последних. Их оказалось 126 витков. Диаметр определил штангенциркулем – 0,1 мм. Индуктивность дросселя до разборки была 0,27 мГн. Намотать обратно виток к витку не представлялось возможным (отсутствует нужная оснастка для намотки, да и зрение подводит уже), поэтому мотал внавал. Количество витков уменьшилось до 116, а индуктивность до 0,22 мГн. На работоспособность эти манипуляции не повлияли.

J2 – от «старой» Кроны. Хотя можно запаять и на прямую.

Li-Ion аккумулятор GB1 нужно разместить в корпусе мультиметра. К примеру, в мультиметре M890G, между монтажной платой и пластиком корпуса довольно большое пространство и можно там разместить большую аккумуляторную батарею. Если в вашем мультиметре не будет возможности расположить аккумулятор, то его можно вынести за пределы корпуса, и приклеить там клеевым пистолетом. А там уже закрыть её как кусочками пластика, так и банально примотать изолентой.

Если такую схему встраивать в мультиметр M890G, то придётся «выбрасывать» внутреннюю схему включения/выключения/автоотключения и использовать «сломанную» кнопку включения. А можно организовать кнопку включения прямо на плате и соответственно включать мультиметр новой кнопкой, а освободившуюся кнопку (бывшая вкл./выкл.) отдать для включения подсветки индикатора. Я на своём мультиметре M890G пытался так сделать. Получилось не так как хотелось, но получилось.

Так что, дерзайте, кому понравилось!

 

Вторая схема родилась после прочтения очередных возгласов: — Низзя!.. Нельзя ставить в корпус мультиметра всякие там преобразователи напряжения, так как они будут сбивать правильные показания (к примеру, посмотрите вот здесь [2])! И подумалось, что и им нужно помочь…. Схема родилась почти сразу….

Схема замены Кроны тремя Li-Ion аккумуляторами
Замена Кроны тремя Li-Ion аккумуляторами. Схема

Вот здесь я нарисовал три варианта одной идеи. Первый вариант — а., самый «правильный» и самый простой (по количеству деталей). Три аккумулятора, три схемы контроля заряда и один переключатель на пять переключаемых групп (к примеру – ПКн61). И всё! Аккумуляторы лучше применить одинаковые, но можно и разные, всё равно у каждого своя линия зарядки и индикации. По показанию светодиодных индикаторов при заряде, можно увидеть, кто из аккумуляторов уже «слабое звено».

Второй вариант – б. тоже правильный, но добавлены развязывающие диоды. Здесь три группы на переключателе.

Третий вариант – в. самый «не правильный» :), так как при заряде аккумуляторов на выходе будет присутствовать напряжение порядка 4,5 вольт. Но зато, здесь переключатель всего с двумя переключаемыми группами.

У всех вариантов так же присутствует интегральный стабилизатор напряжения 78L09. Конденсаторов не ставил, так как они есть на платах мультиметров (ну, или должны быть)!

Третий вариант сделал мой ученик для своего мультиметра M890B. У этого мультиметра немного другой корпус, чем у M890G, он более прямоугольный, более «правильный». И поэтому ему удалось расположить внутри корпуса бэушный Li-Ion аккумулятор от планшетного компьютера с начальной ёмкостью 2400 мАч. По его отзывам, схема показала прекрасную работу и работает от одной зарядки уже полтора года. Схема собрана из готовых модулей: модуля зарядки на TP4056, модуля повышающего преобразователя MT3608 и собственно аккумулятора. И ещё добавлен выключатель.

Схема DC-DC преобразователя для мультиметра
DC-DC преобразователь для мультиметра. Схема

Кроме схемы, представляю несколько фотографий, любезно предоставленных моим учеником, его «конструкции выходного дня». Как видно по фотографиям, монтаж вёлся с помощью клеевого пистолета. Так же видно, что маленькая дырочка в корпусе и клей создали своеобразный световод для индикаторных светодиодов платы TP4056.

Фото расположение радиокомпонентов в корпусе мультиметра
Расположение радиокомпонентов в корпусе мультиметра. Фото
Фото вида с внешней стороны
Вид с внешней стороны. Фото

Литература:

  1. https://ru.wikipedia.org/wiki/Батарея_«Крона»
  2. https://habr.com/ru/post/444076/ (смотрите в комментариях)