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:

Атомный секрет вечного блеска золота 20.06.2026

Золото издавна считается символом вечности и благородства не только из-за своей редкости, но и благодаря удивительной химической стойкости. В отличие от большинства металлов, оно не окисляется на воздухе, не тускнеет и не покрывается ржавчиной даже спустя тысячелетия. Эта уникальная инертность позволила золотым артефактам сохранять первозданный блеск с древних времен. Однако точный механизм такой защиты долго оставался загадкой для ученых. Недавнее исследование американских химиков-вычислителей раскрыло, что дело не просто в слабом взаимодействии с кислородом, а в особой атомной структуре поверхности металла. Сотрудники Тулейнского университета Санту Бисвас и Мэтью М. Монтемор провели детальное компьютерное моделирование, чтобы понять, как молекулы кислорода взаимодействуют с поверхностью золота. Ученые сравнили два основных типа атомных структур: "реконструированные" и "нереконструированные" поверхности. Было доказано, что природная способность золота к перестройке атомов играет кл ...>>

Смарфон Realme 16T 5G 20.06.2026

В сегменте доступных смартфонов с акцентом на длительную работу без подзарядки компания Realme представила интересную новинку - модель Realme 16T 5G. Главным преимуществом устройства стала по-настоящему впечатляющая батарея емкостью 8000 мАч, которая способна обеспечить до трех дней автономной работы при умеренном использовании. При этом инженерам удалось сохранить относительно компактный корпус толщиной менее 9 мм и вес всего 224 грамма, что делает смартфон удобным для повседневного ношения несмотря на внушительный аккумулятор. Смартфон оснащен большим 6,8-дюймовым LCD-дисплеем с высокой частотой обновления 144 Гц и пиковой яркостью до 1200 нит. Такое сочетание обеспечивает плавную картинку в динамичных сценах и комфортное восприятие контента даже под прямыми солнечными лучами. За производительность отвечает энергоэффективный процессор MediaTek Dimensity 6300, дополненный оперативной памятью LPDDR4X и накопителем UFS 2.2. Для эффективного отвода тепла во время продолжительных нагру ...>>

Проблема набора веса после 40 19.06.2026

С возрастом многие люди замечают, что поддерживать привычный вес становится все сложнее, даже если рацион и уровень активности существенно не меняются. Ученые из Каролинского института в Швеции раскрыли одну из ключевых биологических причин этого явления. Они показали, что с годами в жировой ткани замедляется процесс обновления липидов, из-за чего организм постепенно накапливает жир. Это естественное возрастное изменение объясняет, почему после 40 лет тело начинает "работать" иначе, способствуя набору веса. В долгосрочном исследовании специалисты наблюдали за жировой тканью 54 мужчин и женщин на протяжении в среднем 13 лет. Независимо от того, набирали участники вес или, наоборот, худели, у всех без исключения скорость липидного обмена в жировых клетках заметно снижалась. Жир в клетках обновляется все медленнее, и этот процесс происходит автоматически с течением времени. Те, кто не компенсировал замедление уменьшением калорийности питания, в среднем набирали около 20% от исходного в ...>>

Случайная новость из Архива Галактические снега 01.01.2020 Многие думают, что вещество Вселенной главным образом собрано в звездах и немного - в кружащихся вокруг них планетах. Это не так: масса вещества звезд составляет лишь 5% от массы всего вещества. А основной вклад вносят облака межзвездного и межгалактического газа. Оказывается, из этих облаков может идти звездный снег. К такому выводу неожиданно пришли астрофизики во главе с доктором Джереми Ли из Гонконгского университета. А объектом их исследований были так называемые шаровые скопления звезд. Традиционно считается, что такие скопления сформировались очень давно, практически при рождении Вселенной, может быть, даже раньше, чем появились галактики. Астрономы находят шаровые скопления на периферии галактик. Например, у Млечного Пути имеется 15 таких спутников, и некоторые из них хорошо заметны на ночном небе, ведь они содержат от десятков тысяч до миллионов светящихся звезд, У крупных же галактик число шаровых скоплений исчисляется десятками тысяч. Коль скопления возникли давно, они составлены в основном старыми звездами, в общем, это сообщества угасающих миров. Но вот исследователи из группы доктора Ли решили понять, отчего самые яркие галактики расположены в центрах галактических скоплений и что придает им такую яркость. Присмотревшись, они выяснили, что это делают многочисленные шаровые скопления звезд. Но как же древние звезды могут давать столько света? Никак - был ответ, не они дают свет. Потому что исследованные скопления вовсе не старые, они сформировались от силы миллиард лет тому назад и наполнены молодыми яркими звездами! Обнаружив это интереснейшее противоречие с общеизвестными данными, астрофизики задумались: как такое могло выйти? Согласно их идее, во всем виноваты потоки горячего межгалактического газа. Они внутри скопления галактик образуют своеобразные сети, а в их узлах при столкновении потоков получаются области, где формируются облака холодного газа, причем наиболее сильно газ охлаждается именно в центре галактического кластера; там-то и концентрируются облака. По мере роста плотности вещества и его охлаждения в них начинают, подобно снежинкам в облаках Земли, формироваться звезды. Под влиянием гравитации тысячи, а то и миллионы звезд слипаются в шаровые кластеры и все вместе падают в направлении как раз центральной галактики. Так на ее периферии формируется слой яркого блестящего галактического снега, который и обеспечивает ей необычное сияние.

Другие интересные новости:

▪ Линзы из халькогенидного стекла

▪ Создана самая большая виртуальную модель Вселенной

▪ Очистка воды целлюлозой и воздухом

▪ Выращены мышцы, реагирующие на свет определенной длины волны

▪ Самовосстанавливающиеся чипы

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Нормативная документация по охране труда. Подборка статей

▪ статья Джами (Абдуррахман Нураддин ибн Ахмад Джами). Знаменитые афоризмы

▪ статья От чего зависит сила обнимания коал с деревьями? Подробный ответ

▪ статья Иван-чай. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Аддитивный формирователь сигнала треугольной формы. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Релейное устройство контроля напряжения в электросети. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026