Маломощний перетворювач для живлення навантаження 9 вольт від Li-ion акумулятора 3,7 вольт. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Зарядні пристрої, акумулятори, гальванічні елементи

 Коментарі до статті

Деякі сучасні малопотужні пристрої споживають дуже невеликий струм (кілька міліампер), але для свого живлення вимагають занадто екзотичного джерела - батарейки напругою 9 В, якої до того ж вистачає максимум на 30 ... 100 годин роботи приладу. Особливо дивно це виглядає зараз, коли Li-ion акумулятори від різноманітних мобільних гаджетів коштують чи не дешевше від самих батарей - елементів живлення. Тому природно, що справжній радіоаматор намагатиметься пристосувати акумулятори для живлення свого приладу, а не періодично розшукуватиме "антикварні" батареї.

Якщо розглянути як малопотужне навантаження звичайний (і популярний) мультиметр. М830, що живиться від елемента типу "Корунд", то для створення напруги 9 В потрібні мінімум 2-3 послідовно з'єднані акумулятори, що нам не підходить вони просто не влізуть всередину корпусу приладу. Тому єдиний вихід використання одного акумулятора і перетворювача напруги, що підвищує.

Вибір елементної бази

Найпростіше рішення це використання таймера типу 555 (або його КМОП-версії 7555) в імпульсному перетворювачі (ємнісні перетворювачі не підходять у нас занадто велика різниця між вхідною та вихідною напругою). Додатковий "плюс" цієї мікросхеми у неї є вихід з відкритим колектором, причому досить високовольтний здатний витримувати напругу до +18 при будь-якій робочій напрузі живлення. Завдяки цьому можна зібрати перетворювач буквально з десятка дешевих та поширених деталей (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Схема простого перетворювача

Висновок 3 мікросхеми звичайний вихід із двома станами, він використовується в цій схемі для підтримки генерації. Висновок 7 вихід з відкритим колектором, здатний витримувати підвищену напругу, тому його можна підключити безпосередньо до котушки без повторювача на транзисторі. Вхід зразкової напруги (висновок 5) використовується для регулювання вихідної напруги.

Принцип роботи пристрою

Відразу після подачі напруги живлення конденсатор С3 розряджений, струм через стабілітрон VD1 не тече, напруга на вході REF мікросхеми дорівнює 2/3 напруги живлення, і шпаруватість вихідних імпульсів дорівнює 2 (тобто тривалість імпульсу дорівнює тривалості паузи), конденсатор С3 заряджається з максимальною швидкістю . Діод VD2 потрібен для того, щоб розряджений конденсатор С3 не впливав на схему (не зменшував напругу на виведенні 5), резистор R2 "про всяк випадок", для захисту.

У міру заряду цього конденсатора стабілітрон VD1 починає відкриватися, і напруга на виведенні мікросхеми 5 підвищується. Від цього тривалість імпульсу зменшується, тривалість паузи зростає, поки не настане динамічна рівновага та вихідна напруга не стабілізується на певному рівні. Величина вихідної напруги залежить тільки від напруги стабілізації стабілітрона VD1 і може бути до 15...18 при більшій напрузі мікросхема може вийти з ладу.

Про деталі

Котушка L1 намотана на феритовому кільці. К7х5х2 (зовнішній діаметр - 7 мм, внутрішній - 5 мм, товщина - 2 мм), приблизно 50...100 витків дротом діаметром 0,1 мм. Кільце можна взяти і більше, тоді число витків можна буде зменшити, або взяти промисловий дросель індуктивністю сотні мікрогенрі (мкГн).

Мікросхему 555 можна замінити на вітчизняний аналог К1006ВІ1 або на КМОП-версію 7555 - у неї менше споживаний струм (акумулятор "протримається" трохи довше) і ширший діапазон робочих напруг, однак у неї слабший вихід (якщо мультиметру потрібно більше 10 мА вона може видати такий струм, особливо при такій малій напрузі харчування) і вона, як і всі КМОП-структури, "не любить" підвищену напругу на своєму виході.

особливості пристрою

Пристрій починає працювати відразу після збирання, все налаштування полягає в установці вихідної напруги підбором стабілітрона VD1, при цьому до виходу паралельно конденсатору С3 потрібно підключити резистор опором 3,1 кОм (імітатор навантаження), але не мультиметр!

Забороняється включати перетворювач з неприпаяним стабілітроном, тоді вихідна напруга буде нічим не обмежена і схема може "вбити" сама себе. Також можна збільшити робочу частоту, зменшивши опір резистора R1 або конденсатора С1 (якщо вона працює на звуковій частоті чути високочастотний писк). При довжині проводів від акумулятора менше 10...20 см конденсатор живлення необов'язковий, або можна між висновками 1 і 8 мікросхеми поставити конденсатор ємністю 0,1 мкФ і більше.

Виявлені недоліки

По-перше, у пристрої виявляються два генератори (один задає генератор мікросхеми АЦП - аналогово-цифрового перетворювача приладу, другий генератор перетворювача), що працюють на однакових частотах, тобто вони впливатимуть один на одного (биття частот) і точність вимірювань серйозно погіршиться.

По-друге, частота генератора перетворювача постійно змінюється в залежності від струму навантаження і напруги батареї (тому що в ланцюзі ПОС - позитивного зворотного зв'язку стоїть резистор, а не генератор струму), тому передбачити та скоригувати його вплив стає неможливо. Саме для мультиметра ідеальним буде один загальний генератор для АЦП та перетворювача з фіксованою робочою частотою.

Другий варіант перетворювача

Схема такого перетворювача трохи складніша і зображена на рис. 1.7.

Мал. 1.7. Схема перетворювача з фіксованою робочою частотою

На елементі DD1.1 зібраний генератор через конденсатор С2 він тактує перетворювач, а через С5 - мікросхему АЦП. Більшість недорогих мультиметрів зібрані на базі АЦП подвійного інтегрування ICL7106 або її аналогів (40 висновків, 3,5 знака на дисплеї), для тактування цієї мікросхеми потрібно лише видалити конденсатор між висновками 38 і 40 (відпаяти його ніжку від висновку 38 і припаяти до висновку 11 DD1.1). Завдяки зворотному зв'язку через резистор між висновками 39 і 40 мікросхема може тактуватися навіть дуже слабкими сигналами амплітудою частки вольта, тому 3-вольтових сигналів з виходу DD1.1 цілком достатньо її нормальної роботи.

До речі, у такий спосіб можна в 5...10 разів збільшити швидкість виміру - просто підвищивши тактову частоту. Точність виміру від цього практично не страждає, погіршується максимум на 3...5 одиниць молодшого розряду. Стабілізувати робочу частоту такого АЦП не потрібно, тому звичайного RC-генератора цілком достатньо для нормальної точності вимірювань.

На елементах DD1.2 і DD1.3 зібраний мультивібратор, що чекає, тривалість імпульсу якого за допомогою транзистора VT2 може змінюватися майже від 0 до 50%. У вихідному стані на його виході (висновок 6) є "логічна одиниця" (високий рівень напруги), і конденсатор С3 заряджений через діод VD1. Після надходження негативного імпульсу, що запускає, мультивібратор "перекидається", на його виході з'являється "логічний нуль" (низький рівень напруги), блокуючий мультивібратор через виведення 2 DD1.2 і відкриває транзистор VT1 через інвертор на DD1.4 У такому стані схема буде доти , поки не розрядиться конденсатор С3 - після чого "нуль" на виведенні 5 DD1.3 "перекине" мультивібратор назад в стан, що чекає (до цього часу С2 встигне зарядитися і на виведенні 1 DD1.1 також буде "1"), транзистор VT1 закриється і котушка L1 розрядиться на конденсатор С4. Після приходу чергового імпульсу знову повторяться всі перераховані вище процеси.

Таким чином, кількість енергії, що запасається в котушці L1, залежить тільки від часу розряду конденсатора С3, тобто від того, наскільки сильно відкритий транзистор VT2, що допомагає йому розряджатися. Чим вище вихідна напруга, тим сильніше відкривається транзистор; таким чином, вихідна напруга стабілізується на певному рівні, що залежить від напруги стабілізації стабілітрона VD3.

Для заряджання акумулятора використовується найпростіший перетворювач на регульованому лінійному стабілізаторі DA1. Заряджати акумулятор, навіть при частому користуванні мультиметром, доводиться всього кілька разів на рік, тому ставити сюди складніший і найдорожчий імпульсний стабілізатор немає сенсу. Стабілізатор налаштований на вихідну напругу 4,4...4,7 В, яка діодом VD5 знижується на 0,5.0,7 до стандартних для зарядженого літій-іонного акумулятора значень (3,9...4,1 В). Цей діод потрібний для того, щоб акумулятор не розряджався через DA1 в автономному режимі. Для заряджання акумулятора потрібно подати на вхід XS1 напругу 6...12 і забути про нього на 3...10 годин. При високій вхідній напрузі (більше 9 В) мікросхема DA1 сильно гріється, тому потрібно або передбачити тепловідведення, або знизити вхідну напругу.

Як DA1 можна використовувати 5-вольтові стабілізатори КР142ЕН5А, ЕН5В, 7805 - але тоді, для гасіння "зайвої" напруги, VD5 потрібно скласти з двох послідовно з'єднаних діодів. Транзистори в цій схемі можна використовувати практично будь-яких структур npn, КТ315Б тут стоять тільки тому, що у автора їх накопичилося дуже багато.

Нормально будуть працювати КТ3102, 9014, ВС547, ВС817 та ін. Діоди КД521 можна замінити на КД522 або 1N4148, VD1 та VD2 повинні бути високочастотними ідеальними BAV70 або BAW56. VD5 будь-який діод (не Шоттка) середньої потужності (КД226, 1N4001). Діод VD4 необов'язковий просто у автора були занадто низьковольтні стабілітрони і вихідна напруга не дотягувала до мінімальних 8,5 В а кожен додатковий діод у прямому включенні додає до вихідної напруги по 0,7 В. Котушка та ж, що й для попередньої схеми (100). ..200 мкГн). Схема доопрацювання перемикача мультиметра показано на рис. 1.8.

Мал. 1.8. Електрична схема доопрацювання перемикача мультиметра

До центральної доріжки-кільця мультиметра підключений позитивний висновок батарейки, ми ж з'єднуємо це кільце з акумулятора "+". Наступне кільце другий контакт перемикача і воно з'єднане з елементами схеми мультиметра 3-4 доріжками. Ці доріжки з протилежного боку плати потрібно розірвати і з'єднати разом, а також з виходом +9 перетворювача. Кільце ж з'єднуємо з шиною живлення +3 перетворювача. Таким чином, мультиметр з'єднаний з виходом перетворювача, а перемикачем мультиметра ми вмикаємо-вимикаємо живлення перетворювача. На такі складності доводиться йти через те, що перетворювач споживає деякий струм (3...5 мА) навіть при відключеному навантаженні, а акумулятор таким струмом розрядиться приблизно за тиждень. Тут ми відключаємо живлення самого перетворювача, і акумулятора вистачить на кілька місяців.

У налаштуванні правильно зібраний із справних деталей пристрій не потребує, іноді потрібно лише відрегулювати напругу резисторами R7, R8 (зарядний пристрій) та стабілітроном VD3 (перетворювач).

Рис. 1.9 Варіанти друкованої плати

Плата має розміри стандартної батареї та встановлюється у відповідному відсіку. Акумулятор укладається під перемикачем зазвичай там достатньо місця, заздалегідь його потрібно обмотати кількома шарами ізолятори або хоч би скотчем.

Для підключення роз'єму зарядного пристрою в корпусі мультиметра потрібно просвердлити отвір. Розташування висновків у різних роз'ємів XS1 іноді відрізняється, тому, можливо, доведеться дещо доопрацювати плату.

Щоб акумулятор і плата перетворювача не "бовталися" всередині мультиметра, їх потрібно притиснути всередині корпусу.

Автори: Кошкаров А.П., Колдунов О.С.

Дивіться інші статті розділу Зарядні пристрої, акумулятори, гальванічні елементи.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих ​​для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву Портативний принтер для моментального виготовлення друкованих плат 15.11.2015 Сучасне життя неможливо уявити без друкованих плат, оскільки вони становлять основу будь-якого електронного виробу – їх можна знайти як у смартфонах, так і в біомедичних пристроях. Для створення нових електронних приладів багатьом інженерам, винахідникам та студентам дуже важливий швидкий та низьковитратний процес створення друкованих плат. Але зазвичай на практиці все інакше. Найчастіше креслення друкованих плат доводиться відправляти на реалізацію до спеціалізованих компаній, які перебувають закордоном. А якщо потрібно буде внести в плату навіть найменшу зміну, цей тривалий і витратний процес потрібно починати спочатку. 3D-друк, свого часу, кардинально змінила уявлення про швидкість виробництва різних пристроїв та їх складових елементів, і тепер тривалий процес створення друкованих плат вибивається із загальної картини сучасного прогресу. Більше того, неминуче високі витрати на виготовлення прототипів нових електронних приладів можуть лише посилити ситуацію з уже існуючим браком інженерів у Росії. Подібні фінансові вкладення у виробництво друкованих плат можуть негативно позначатися на продуктивності підприємств, що належать до малого та середнього бізнесу, і особливо на роботі стартапів. Водночас довгий процес створення плат неминуче призводить до затримки випуску на ринок нових технологій. Чотири нещодавні випускники Університету Ватерлоо (The University of Waterloo) у Канаді поставили перед собою завдання знайти вирішення цієї проблеми. Пройшовши довгий шлях до своєї мети, інженери-початківці представили світу винахід VolteraV-One. Пристрій є принтером для друкованих плат величиною з ноутбук, який за лічені хвилини може перетворити креслення в кінцевий продукт. Більше ніяких затримок та додаткових витрат на відправлення замовлень за кордон. Цей винахід дозволив команді юних інженерів здобути почесне звання міжнародного переможця конкурсу James Dyson Award 2015. У Voltera V-One застосовуються ті самі принципи швидкого прототипування, що лежать в основі 3D-друку. Пристрій використовує для друку струмопровідне та ізолююче чорнило, яке утворює двошарову друковану плату. Крім того, у пристрої використовується диспенсер з паяльною пастою для нанесення на плату додаткових компонентів, які припаюються до неї за допомогою модуля нагрівання потужністю 550 Вт. Алрой Алмеїда (AlroyAlmeida), співзасновник Voltera, розповідає про становлення компанії: "Коли ми тільки відкрили свою компанію, ми радилися з багатьма експертами, які вважали нас надто амбітними та доводили, що просто неможливо розробити інструмент для швидкого та дешевого створення друкованих плат. вирішили прийняти цей виклик та довести, що у нас це вийде!" Деталі для пристрою зараз виготовляються в Китаї, а розробники проводять додаткове тестування в офісі та на складальній лінії в Канаді. Адитивні технології, які передбачають формування деталі шляхом послідовного "нарощування" матеріалу шар за шаром, відкрили нові можливості у створенні пристроїв навіть для тих, хто раніше ними не мав. Voltera V-One має потенціал для проведення такої ж революції у сфері електроніки. Ставши міжнародним переможцем конкурсу James Dyson Award, команда отримає премію 30 000 USD на подальше вдосконалення винаходу.

Інші цікаві новини:

▪ Вогневі випробування теплоізоляції SpaceX Starship

▪ Мобільний телефон – друг туриста

▪ Перетворювачі MAX20343/MAX20344

▪ Приватні компанії для польотів на Місяць

▪ Ігрові гарнітури Sony Inzone з об'ємним звуком

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Будинок, присадибне господарство, хобі. Добірка статей

▪ стаття Не треба боротися за чистоту, треба підмітати! Крилатий вислів

▪ стаття Що таке дельфін? Детальна відповідь

▪ стаття Автомаляр. Посадова інструкція

▪ стаття Фотореле на симисторі. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Протиугінний пристрій. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024