Маломощный преобразователь для питания нагрузки 9 вольт от Li-ion аккумулятора 3,7 вольта. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Зарядные устройства, аккумуляторы, гальванические элементы

 Комментарии к статье

Некоторые современные маломощные устройства потребляют очень небольшой ток (несколько миллиампер), но для своего питания требуют уж слишком экзотического источника - батарейки напряжением 9 В, которой к тому же хватает максимум на 30...100 часов работы прибора. Особенно странно это выглядит сейчас, когда Li-ion аккумуляторы от разнообразных мобильных гаджетов стоят чуть ли не дешевле самих батареек - элементов питания. Поэтому естественно, что настоящий радиолюбитель постарается приспособить аккумуляторы для питания своего прибора, а не будет периодически разыскивать "антикварные" батарейки.

Если рассмотреть в качестве маломощной нагрузки обычный (и популярный) мультиметр. М830, питающийся от элемента типа "Корунд", то для создания напряжения 9 В нужны минимум 2-3 последовательно соединенных аккумулятора, что нам не подходит они просто не влезут внутрь корпуса прибора. Поэтому единственный выход использование одного аккумулятора и повышающего преобразователя напряжения.

Выбор элементной базы

Самое простое решение это использование таймера типа 555 (или его КМОП-версии 7555) в импульсном преобразователе (емкостные преобразователи не подходят у нас слишком большая разница между входным и выходным напряжениями). Дополнительный "плюс" этой микросхемы у нее имеется выход с открытым коллектором, причем достаточно высоковольтный способный выдерживать напряжение до +18 В при любом рабочем напряжении питания. Благодаря этому можно собрать преобразователь буквально из десятка дешевых и распространенных деталей (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Схема простого преобразователя

Вывод 3 микросхемы обычный выход с двумя состояниями, он используется в этой схеме для поддержания генерации. Вывод 7 выход с открытым коллектором, способный выдерживать повышенное напряжение, поэтому его можно подключить непосредственно к катушке, без повторителя на транзисторе. Вход образцового напряжения (вывод 5) используется для регулирования выходного напряжения.

Принцип работы устройства

Сразу после подачи напряжения питания конденсатор С3 разряжен, ток через стабилитрон VD1 не течет, напряжение на входе REF микросхемы равно 2/3 напряжения питания, и скважность выходных импульсов равна 2 (то есть длительность импульса равна длительности паузы), конденсатор С3 заряжается с максимальной быстротой. Диод VD2 нужен для того, чтобы разряженный конденсатор С3 не влиял на схему (не уменьшал напряжение на выводе 5), резистор R2 "на всякий случай", для защиты.

По мере заряда этого конденсатора стабилитрон VD1 начинает приоткрываться, и напряжение на выводе 5 микросхемы повышается. От этого длительность импульса уменьшается, длительность паузы возрастает, пока не наступит динамическое равновесие и выходное напряжение не стабилизируется на определенном уровне. Величина выходного напряжения зависит только от напряжения стабилизации стабилитрона VD1 и может быть до 15...18 В при большем напряжении микросхема может выйти из строя.

О деталях

Катушка L1 намотана на ферритовом кольце. К7х5х2 (внешний диаметр - 7 мм, внутренний - 5 мм, толщина - 2 мм), примерно 50...100 витков проводом диаметром 0,1 мм. Кольцо можно взять и побольше, тогда число витков можно будет уменьшить, или взять промышленный дроссель индуктивностью сотни микрогенри (мкГн).

Микросхему 555 можно заменить на отечественный аналог К1006ВИ1 или на КМОП-версию 7555 - у нее меньше потребляемый ток (аккумулятор "продержится" чуть дольше) и шире диапазон рабочих напряжений, однако у нее более слабый выход (если мультиметру требуется более 10 мА она может не выдать такой ток, особенно при столь малом напряжении питания) и она, как и все КМОП-структуры, "не любит" повышенное напряжение на своем выходе.

Особенности устройства

Устройство начинает работать сразу после сборки, вся настройка заключается в установке выходного напряжения подбором стабилитрона VD1, при этом к выходу параллельно конденсатору С3 нужно подключить резистор сопротивлением 3,1 кОм (имитатор нагрузки), но не мультиметр!

Запрещается включать преобразователь с неприпаянным стабилитроном тогда выходное напряжение будет ничем не ограничено и схема может "убить" сама себя. Также можно увеличить рабочую частоту, уменьшив сопротивление резистора R1 или конденсатора С1 (если она работает на звуковой частоте слышан высокочастотный писк). При длине проводов от аккумулятора менее 10...20 см фильтрующий конденсатор питания необязателен, или можно между выводами 1 и 8 микросхемы поставить конденсатор емкостью 0,1 мкФ и более.

Выявленные недостатки

Во-первых, в устройстве оказываются два генератора (один задающий генератор микросхемы АЦП - аналогово-цифрового преобразователя прибора, второй генератор преобразователя), работающих на одинаковых частотах, то есть они будут влиять друг на друга (биение частот) и точность измерений серьезно ухудшится.

Во-вторых, частота генератора преобразователя постоянно меняется в зависимости от тока нагрузки и напряжения батареи (потому что в цепи ПОС - положительной обратной связи стоит резистор, а не генератор тока), поэтому предсказать и скорректировать его влияние становится невозможно. Конкретно для мультиметра идеальным будет один общий генератор для АЦП и преобразователя с фиксированной рабочей частотой.

Второй вариант преобразователя

Схема такого преобразователя чуть сложнее и изображена на рис. 1.7.

Рис. 1.7. Схема преобразователя с фиксированной рабочей частотой

На элементе DD1.1 собран генератор, через конденсатор С2 он тактирует преобразователь, а через С5 - микросхему АЦП. Большинство недорогих мультиметров собраны на базе АЦП двойного интегрирования ICL7106 или ее аналогов (40 выводов, 3,5 знака на дисплее), для тактирования этой микросхемы нужно всего лишь удалить конденсатор между выводами 38 и 40 (отпаять его ножку от вывода 38 и припаять к выводу 11 DD1.1). Благодаря обратной связи через резистор между выводами 39 и 40 микросхема может тактироваться даже очень слабыми сигналами амплитудой доли вольта, поэтому 3-вольтовых сигналов с выхода DD1.1 вполне достаточно для ее нормальной работы.

Кстати, таким образом можно в 5...10 раз увеличить скорость измерения - просто повысив тактовую частоту. Точность измерения от этого практически не страдает ухудшается максимум на 3...5 единиц младшего разряда. Стабилизировать рабочую частоту для такого АЦП не нужно, поэтому обычного RC-генератора вполне достаточно для нормальной точности измерений.

На элементах DD1.2 и DD1.3 собран ждущий мультивибратор, длительность импульса которого с помощью транзистора VT2 может изменяться почти от 0 до 50%. В исходном состоянии на его выходе (вывод 6) присутствует "логическая единица" (высокий уровень напряжения), и конденсатор С3 заряжен через диод VD1. После поступления запускающего отрицательного импульса мультивибратор "опрокидывается", на его выходе появляется "логический нуль" (низкий уровень напряжения), блокирующий мультивибратор через вывод 2 DD1.2 и открывающий транзистор VT1 через инвертор на DD1.4 В таком состоянии схема будет до тех пор, пока не разрядится конденсатор С3 - после чего "нуль" на выводе 5 DD1.3 "опрокинет" мультивибратор обратно в ждущее состояние (к этому времени С2 успеет зарядиться и на выводе 1 DD1.1 также будет "1"), транзистор VT1 закроется, и катушка L1 разрядится на конденсатор С4. После прихода очередного импульса снова повторятся все вышеперечисленные процессы.

Таким образом, количество запасаемой в катушке L1 энергии зависит только от времени разряда конденсатора С3, то есть от того, насколько сильно открыт транзистор VT2, помогающий ему разряжаться. Чем выше выходное напряжение тем сильнее открывается транзистор; таким образом, выходное напряжение стабилизируется на некотором уровне, зависящем от напряжения стабилизации стабилитрона VD3.

Для зарядки аккумулятора используется простейший преобразователь на регулируемом линейном стабилизаторе DA1. Заряжать аккумулятор, даже при частом пользовании мультиметром, приходится всего пару раз в год, поэтому ставить сюда более сложный и дорогой импульсный стабилизатор нет смысла. Стабилизатор настроен на выходное напряжение 4,4...4,7 В, которое диодом VD5 понижается на 0,5.0,7 В до стандартных для заряженного литий-ионного аккумулятора значений (3,9...4,1 В). Этот диод нужен для того, чтобы аккумулятор не разряжался через DA1 в автономном режиме. Для зарядки аккумулятора нужно подать на вход XS1 напряжение 6...12 В и забыть о нем на 3...10 часов. При высоком входном напряжении (более 9 В) микросхема DA1 сильно греется, поэтому нужно или предусмотреть теплоотвод, или понизить входное напряжение.

В качестве DA1 можно использовать 5-вольтовые стабилизаторы КР142ЕН5А, ЕН5В, 7805 - но тогда, для гашения "лишнего" напряжения, VD5 нужно составить из двух соединенных последовательно диодов. Транзисторы в этой схеме можно использовать практически любых структур n-p-n, КТ315Б здесь стоят только потому, что у автора их скопилось слишком много.

Нормально будут работать КТ3102, 9014, ВС547, ВС817 и др. Диоды КД521 можно заменить на КД522 или 1N4148, VD1 и VD2 должны быть высокочастотными идеальны BAV70 или BAW56. VD5 любой диод (не Шоттки) средней мощности (КД226, 1N4001). Диод VD4 необязателен просто у автора были слишком низковольтные стабилитроны и выходное напряжение не дотягивало до минимальных 8,5 В а каждый дополнительный диод в прямом включении прибавляет к выходному напряжению по 0,7 В. Катушка та же, что и для предыдущей схемы (100...200 мкГн). Схема доработки переключателя мультиметра показана на рис. 1.8.

Рис. 1.8. Электрическая схема доработки переключателя мультиметра

К центральной дорожке-кольцу мультиметра подключен положительный вывод батарейки, мы же соединяем это кольцо с "+" аккумулятора. Следующее кольцо второй контакт переключателя, и оно соединено с элементами схемы мультиметра 3-4 дорожками. Эти дорожки с противоположной стороны платы нужно разорвать и соединить вместе, а также с выходом +9 В преобразователя. Кольцо же соединяем с шиной питания +3 В преобразователя. Таким образом, мультиметр соединен с выходом преобразователя, а переключателем мультиметра мы включаем-выключаем питание преобразователя. На такие сложности приходится идти из-за того, что преобразователь потребляет некоторый ток (3...5 мА) даже при отключенной нагрузке, а аккумулятор таким током разрядится примерно за неделю. Здесь же мы отключаем питание самого преобразователя, и аккумулятора хватит на несколько месяцев.

В настройке правильно собранное из исправных деталей устройство не нуждается, иногда нужно только отрегулировать напряжение резисторами R7, R8 (зарядное устройство) и стабилитроном VD3 (преобразователь).

Рис. 1.9 Варианты печатной платы

Плата имеет размеры стандартной батарейки и устанавливается в соответствующем отсеке. Аккумулятор укладывается под переключателем обычно там достаточно места, предварительно его нужно обмотать несколькими слоями изоленты или хотя бы скотчем.

Для подключения разъема зарядного устройства в корпусе мультиметра нужно просверлить отверстие. Расположение выводов у разных разъемов XS1 иногда отличается, поэтому, возможно, придется несколько доработать плату.

Чтобы аккумулятор и плата преобразователя не "болтались" внутри мультиметра, их нужно чем-нибудь прижать внутри корпуса.

Авторы: Кошкаров А.П., Колдунов А.С.

Смотрите другие статьи раздела Зарядные устройства, аккумуляторы, гальванические элементы.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Экраны влияют на детей неравномерно в разном возрасте 01.08.2026

Планшеты и смартфоны давно стали привычной частью повседневной жизни даже самых маленьких детей. Родители часто используют гаджеты, чтобы успокоить малыша или занять его на время, однако ученые все чаще задаются вопросом, как экранное время сказывается на развитии мозга и будущей способности к обучению. Новое исследование показывает, что значение имеет не только продолжительность просмотра, но и возраст, в котором ребенок проводит время перед экраном. Ученые наблюдали детей от рождения до 8 лет. Оказалось, что больше всего экраны влияют на мозг в два периода - в раннем младенческом возрасте и перед поступлением в школу. У детей, много времени проводивших перед экранами в эти возрастные точки, в 9 лет были несколько хуже успехи в обучении, а в 10,5 лет хуже работала рабочая память - способность удерживать и обрабатывать информацию здесь и сейчас. Исследователи из Франции и Сингапура проанализировали данные 502 детей и выделили два ключевых этапа. У младенцев мозг развивается очень ...>>

Умные жилеты, спасающие от жары 01.08.2026

Летняя жара в больших городах все чаще становится серьезным испытанием для людей, работающих на открытом воздухе. Мусорщики, строители и другие специалисты вынуждены проводить часы под палящим солнцем, рискуя перегревом. Китайские инженеры предложили практичное решение - специальные охлаждающие жилеты, которые помогают снизить ощущаемую температуру примерно на 10 градусов. Пока мир страдает от сильной жары, китайские инженеры разработали "умные" жилеты с климат-контролем. Жилеты с кондиционированием почти не отличаются от обычной рабочей одежды. Главное отличие - в системе охлаждения. В городе Нанкин в жилет вмонтированы два вентилятора, работающих от портативных аккумуляторов. Одного заряда хватает на 3-4 часа непрерывной работы. В Чанчжоу решили разместить в карманах охлаждающие элементы с материалом, который при нагревании переходит из твердого состояния в жидкое, активно поглощая тепло. Это поддерживает комфортную температуру в течение 2,5-4 часов. Такие жилеты выглядят почти ...>>

Летающие ветротурбины 3 МВт вышли в серию 31.07.2026

Традиционные ветряные электростанции зависят от силы и стабильности ветра у поверхности земли, где воздушные потоки часто бывают слабыми и порывистыми. На больших высотах ветер обычно сильнее и постояннее, поэтому инженеры уже давно рассматривают возможность подъема турбин в воздух. Китайская компания сделала важный шаг в этом направлении, перейдя от испытаний к мелкосерийному производству. Компания Beijing Linyi Yunchuan Energy Technology запустила мелкосерийное производство летающей ветротурбины S2000, а в провинции Чжэцзян возводят отдельный завод по производству материалов для оболочки аппарата. У компании уже есть предварительные договоренности с прибрежными городами и горными регионами, которые рассматривают возможность использования этой технологии для удовлетворения собственных энергетических потребностей. Прототип, который полгода назад только что поднялся в небо над Сычуанем, теперь превращается в целую отрасль. Идея S2000 проста: вместо того чтобы устанавливать ветряну ...>>

Случайная новость из Архива Микроскопические перестраиваемые лазеры 27.09.2017 Резонаторы, использующие в своих целях так называемый эффект шепчущей галереи (whispering gallery mode, WGM), уже используются некоторое время для создания микролазеров, датчиков, оптических переключателей, маршрутизаторов и т.п. Эти крошечные устройства используют явление, подобное акустическому эффекту, возникающему в круглых помещениях, таких, как некоторые соборы, музеи и художественные галереи. Распространение, отражение, наложение и фокусировка звуковых волн в таких помещениях позволяет четко услышать на его одной стороне то, что было произнесено шепотом на противоположной стороне. Подобный эффект может наблюдаться и по отношению к электромагнитным волнам оптического диапазона. Когда свет запускается внутрь и храниться внутри активного сферического резонатора, на этот резонатор можно оказать дополнительное воздействие, что превратит его в источник монохроматического когерентного излучения, в лазер, другими словами. Однако, параметры WGM-резонатора, как и резонаторов других типов, определяются материалом и размерами устройства, в первую очередь, и некоторыми другими параметрами, в другую. Поэтому лазер, созданный на основе такого резонатора, может излучать свет, имеющий строго определенную частоту, которая напрямую зависит от резонансной частоты устройства. Тем не менее, исследователям из Технологического института Карлсруэ (Karlsruhe Institute of Technology), Германия, удалось создать WGM-резонатор с перестраиваемой частотой, который является основой перестраиваемого нанолазера, лазера, способного излучать свет с различными длинами волн. Настройка резонатора производится путем изменения размеров и формы гибкого основания, на котором он установлен. Растяжение этого основания увеличивает расстояние между двумя половинками диска резонатора, что приводит к увеличению длины волны излучаемого лазером света. Диск WGM-резонатора имеет диаметр 25 микронов, а его половинки разделены промежутком в 2.5 микрона. Половинки диска удерживается в пространстве двумя "ножками", которые являются частью пластикового основания, изготовленного из эластомера, материала, поддающегося сжатию или растяжению. При минимальной ширине промежутка, разделяющего половинки диска резонатора, спектр излучения лазера смешается в область синего света, а диапазон регулировки длины волны света лазера составляет несколько микрометров, что перекрывает весь видимый диапазон.

Другие интересные новости:

▪ Планшет Asus Transformer Pad TF701T

▪ Самый опасный день в году

▪ LMX243x - синтезаторы частоты на основе схем ФАПЧ

▪ Слуховой аппарат ReSound LiNX Quattro

▪ Робот Google заменит служебную собаку

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Видеотехника. Подборка статей

▪ статья На ходу подметки режет. Крылатое выражение

▪ статья Какое заболевание вылечил 19-летний американец, выстрелив себе в голову? Подробный ответ

▪ статья Смоковница обыкновенная. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Калибратор осциллографа. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Цифровой термометр. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026