Convertidor de baja potencia para alimentar la carga 9 voltios desde batería de iones de litio 3,7 voltios

Algunos dispositivos modernos de baja potencia consumen una corriente muy pequeña (unos pocos miliamperios), pero para su suministro de energía requieren una fuente demasiado exótica: una batería de 9 V que, además, dura un máximo de 30 ... 100 horas de dispositivo operación. Parece especialmente extraño ahora, cuando las baterías de iones de litio de varios dispositivos móviles son casi más baratas que las propias baterías: baterías. Por lo tanto, es natural que un verdadero radioaficionado intente adaptar las baterías para alimentar su dispositivo y no busque periódicamente baterías "antiguas".

Si consideramos un multímetro convencional (y popular) como una carga de baja potencia. M830, alimentado por un elemento del tipo "Korund", luego, para crear un voltaje de 9 V, se necesitan al menos 2-3 baterías conectadas en serie, lo que no nos conviene, simplemente no caben dentro de la caja del dispositivo. Por lo tanto, la única salida es usar una batería y un convertidor elevador.

Selección base de elementos

La solución más sencilla es utilizar el temporizador de tipo 555 (o su versión 7555 CMOS) en convertidor de pulso(los convertidores capacitivos no son adecuados, tenemos demasiada diferencia entre los voltajes de entrada y salida). Un "plus" adicional de este microcircuito, tiene una salida de colector abierto, además, una de voltaje suficientemente alto capaz de soportar voltajes de hasta +18 V en cualquier voltaje de suministro operativo. Gracias a esto, es posible ensamblar un convertidor a partir de literalmente una docena de piezas comunes y baratas (Fig. 1.6).

Arroz. 1.6. Diagrama de un convertidor simple

El pin 3 del chip es una salida normal de dos estados, se usa en este circuito para mantener la generación. El pin 7 es una salida de colector abierto capaz de soportar sobretensión, por lo que se puede conectar directamente a la bobina, sin seguidor de transistor. La entrada de voltaje de referencia (pin 5) se utiliza para regular el voltaje de salida.

El principio de funcionamiento del dispositivo.

Inmediatamente después de aplicar la tensión de alimentación, el condensador C3 se descarga, la corriente no fluye a través del diodo zener VD1, la tensión en la entrada REF del microcircuito es 2/3 de la tensión de alimentación y el ciclo de trabajo de la salida pulsos es 2 (es decir, la duración del pulso es igual a la duración de la pausa), el capacitor C3 se carga a la velocidad máxima. Se necesita el diodo VD2 para que el condensador C3 descargado no afecte el circuito (no reduce el voltaje en el pin 5), la resistencia R2 "por si acaso", para protección.

A medida que este capacitor se carga, el diodo zener VD1 comienza a abrirse levemente y aumenta el voltaje en el pin 5 del microcircuito. A partir de ahí, la duración del pulso disminuye, la duración de la pausa aumenta, hasta que se produce el equilibrio dinámico y la tensión de salida se estabiliza en un determinado nivel. El valor del voltaje de salida depende solo del voltaje de estabilización del diodo zener VD1 y puede ser de hasta 15 ... 18 V a un voltaje más alto, el microcircuito puede fallar.

Acerca de los detalles

La bobina L1 está enrollada en un anillo de ferrita. K7x5x2 (diámetro exterior - 7 mm, interior - 5 mm, espesor - 2 mm), aproximadamente 50 ... 100 vueltas con un alambre con un diámetro de 0,1 mm. Puede tomar un anillo más grande, luego se puede reducir el número de vueltas, o puede tomar un inductor industrial con una inductancia de cientos de microhenrios (µH).

El microcircuito 555 se puede reemplazar con el análogo doméstico K1006VI1 o con la versión CMOS 7555: tiene menos consumo de corriente (la batería "durará" un poco más) y un rango de voltaje operativo más amplio, pero tiene una salida más débil (si el el multímetro requiere más de 10 mA, es posible que no proporcione tal corriente, especialmente con un voltaje de suministro tan bajo) y a ella, como a todas las estructuras CMOS, "no le gusta" el aumento de voltaje en su salida.

Características del dispositivo

El dispositivo comienza a funcionar inmediatamente después del montaje, toda la configuración consiste en configurar el voltaje de salida seleccionando el diodo zener VD1, mientras que una resistencia de 3,1 kΩ (simulador de carga) debe conectarse a la salida en paralelo con el condensador C3 (simulador de carga), ¡pero no un multímetro!

Está prohibido encender el convertidor con un diodo zener sin soldar, entonces el voltaje de salida será ilimitado y el circuito puede "matar" a sí mismo. También puede aumentar la frecuencia de funcionamiento reduciendo la resistencia de la resistencia R1 o el condensador C1 (si funciona en una frecuencia de audio, se escucha un chirrido de alta frecuencia). Si la longitud de los cables de la batería es inferior a 10 ... 20 cm, un condensador de fuente de alimentación de filtrado es opcional, o puede colocar un condensador con una capacidad de 0,1 uF o más entre los pines 1 y 8 del microcircuito.

deficiencias identificadas

Primero, el dispositivo contiene dos osciladores (un oscilador maestro del chip ADC, un convertidor de analógico a digital del dispositivo, el segundo generador del convertidor) que operan a las mismas frecuencias, es decir, se afectarán entre sí (frecuencia beat) y la precisión de la medición se deteriorará seriamente.

En segundo lugar, la frecuencia del generador del convertidor cambia constantemente según la corriente de carga y el voltaje de la batería (porque hay una resistencia en el POS, un circuito de retroalimentación positiva y no un generador de corriente), por lo que es imposible predecir y corregir su influencia. . Específicamente para un multímetro, sería ideal un oscilador común para el ADC y un convertidor con una frecuencia operativa fija.

La segunda versión del convertidor.

El circuito de dicho convertidor es un poco más complicado y se muestra en la Fig. 1.7.

Arroz. 1.7. Esquema del convertidor con una frecuencia de operación fija

Se ensambla un generador en el elemento DD1.1, a través del capacitor C2, sincroniza el convertidor y, a través de C5, el chip ADC. La mayoría de los multímetros económicos se basan en el ADC de doble integración ICL7106 o sus análogos (40 pines, 3,5 caracteres en la pantalla), para cronometrar este microcircuito, solo necesita quitar el condensador entre los pines 38 y 40 (desoldar su pata del pin 38 y soldar al pin 11DD1.1). Gracias a la retroalimentación a través de una resistencia entre los pines 39 y 40, el microcircuito puede sincronizarse incluso con señales muy débiles con una amplitud de una fracción de voltio, por lo que las señales de 3 voltios de la salida DD1.1 son suficientes para su funcionamiento normal. .

Por cierto, de esta manera es posible aumentar la velocidad de medición de 5 a 10 veces, simplemente aumentando la frecuencia del reloj. La precisión de la medición prácticamente no sufre por esto, empeora en un máximo de 3 ... 5 unidades del dígito menos significativo. No es necesario estabilizar la frecuencia de operación para un ADC de este tipo, por lo que un oscilador RC convencional es suficiente para una precisión de medición normal.

En los elementos DD1.2 y DD1.3, se ensambla un multivibrador en espera, cuya duración de pulso, utilizando el transistor VT2, puede variar de casi 0 a 50%. En el estado inicial, en su salida (pin 6) hay una "unidad lógica" (nivel de alto voltaje) y el capacitor C3 se carga a través del diodo VD1. Luego de la llegada de un pulso negativo de disparo, el multivibrador "punta", aparece en su salida un "cero lógico" (nivel de voltaje bajo), bloqueando el multivibrador a través del pin 2 de DD1.2 y abriendo el transistor VT1 a través del inversor en DD1 .4 En este estado, el circuito permanecerá hasta entonces hasta que el capacitor C3 se descargue, después de lo cual el "cero" en el pin 5 de DD1.3 "inclinará" el multivibrador nuevamente al estado de espera (para este momento, C2 habrá tiempo para cargar y también habrá "1" en el pin 1 de DD1.1), el transistor VT1 se cerrará y la bobina L1 se descargará al capacitor C4. Después de la llegada del siguiente pulso, todos los procesos anteriores se repetirán nuevamente.

Por lo tanto, la cantidad de energía almacenada en la bobina L1 depende solo del tiempo de descarga del capacitor C3, es decir, de la fuerza con la que el transistor VT2 está abierto, lo que ayuda a que se descargue. Cuanto mayor sea el voltaje de salida, más fuerte se abre el transistor; así, el voltaje de salida se estabiliza en un cierto nivel, dependiendo del voltaje de estabilización del diodo zener VD3.

Sirve para cargar la batería el convertidor más simple sobre un estabilizador lineal regulable DA1. Solo hay que cargar la batería, incluso con el uso frecuente del multímetro, solo un par de veces al año, así que pongo aquí uno más complejo y costoso. regulador de conmutación no tiene sentido. El estabilizador está ajustado a una tensión de salida de 4,4 ... 4,7 V, que se reduce en 0,5.0,7 V por el diodo VD5 a los valores estándar para una batería de iones de litio cargada (3,9 ... 4,1 V). Este diodo es necesario para que la batería no se descargue a través de DA1 fuera de línea. Para cargar la batería, debe aplicar un voltaje de 6 ... 12 V a la entrada XS1 y olvidarse de eso durante 3 ... 10 horas. Con un voltaje de entrada alto (más de 9 V), el chip DA1 se calienta mucho, por lo que debe proporcionar un disipador de calor o reducir el voltaje de entrada.

Como DA1, puede usar estabilizadores de 5 voltios KR142EN5A, EN5V, 7805, pero luego, para amortiguar el "exceso" de voltaje, VD5 debe estar compuesto por dos diodos conectados en serie. Los transistores en este circuito se pueden usar en casi cualquier estructuras n-p-n, KT315B están aquí solo porque el autor ha acumulado demasiados.

KT3102, 9014, VS547, VS817, etc. funcionarán normalmente. Los diodos KD521 se pueden reemplazar con KD522 o 1N4148, VD1 y VD2 deben ser BAV70 o BAW56 ideales de alta frecuencia. VD5 cualquier diodo (no Schottky) de potencia media (KD226, 1N4001). El diodo VD4 es opcional, es solo que el autor tenía diodos zener de muy bajo voltaje y el voltaje de salida no alcanzó el mínimo de 8,5 V, y cada diodo adicional en conexión directa agrega 0,7 V al voltaje de salida. La bobina es la misma como para el circuito anterior (100...200 µH). El esquema para finalizar el interruptor del multímetro se muestra en la fig. 1.8.

Arroz. 1.8. Diagrama de cableado mejoras en el interruptor del multímetro

El terminal positivo de la batería está conectado al anillo central del multímetro, pero conectamos este anillo al "+" de la batería. El siguiente anillo es el segundo contacto del interruptor y está conectado a los elementos del circuito del multímetro en 3-4 pistas. Estas pistas del lado opuesto de la placa deben romperse y conectarse entre sí, así como con la salida de +9 V del convertidor. El anillo está conectado al bus de alimentación del convertidor de +3 V. Por lo tanto, el multímetro está conectado a la salida del convertidor, y con el interruptor del multímetro encendemos y apagamos el convertidor. Tenemos que pasar por tales dificultades debido al hecho de que el convertidor consume algo de corriente (3 ... 5 mA) incluso con la carga apagada, y la batería se descargará con esa corriente en aproximadamente una semana. Aquí apagamos la alimentación del convertidor y la batería durará varios meses.

No es necesario configurar un dispositivo ensamblado correctamente a partir de piezas reparables, a veces solo necesita ajustar el voltaje con las resistencias R7, R8 (cargador) y un diodo zener VD3 (convertidor).

Arroz. 1.9 Opciones placa de circuito impreso

La placa tiene las dimensiones de una batería estándar y se instala en el compartimento correspondiente. La batería se coloca debajo del interruptor, por lo general hay suficiente espacio, primero debes envolverla con varias capas de cinta aislante o al menos cinta adhesiva.

Para conectar el conector del cargador en la caja del multímetro, debe perforar un orificio. El pinout para diferentes conectores XS1 a veces es diferente, por lo que es posible que deba modificar un poco la placa.

Para que la batería y la placa del convertidor no "cuelguen" dentro del multímetro, deben presionarse con algo dentro de la caja.

Ver otros artículos sección.

El circuito del convertidor se muestra en la Fig. La base del dispositivo es un autooscilador de ciclo único con acoplamiento de transformador y conmutación de diodo inverso. El generador convertidor está hecho en VT2. El transistor de germanio tiene una baja resistencia de saturación, y esto asegura un fácil arranque y trabajo normal convertidor a baja tensión de alimentación. En VT1, se ensambla el estabilizador de corriente base del transistor VT2, diseñado para reducir la dependencia del voltaje de salida de la fuente de alimentación. VD1 y C1 forman un rectificador de media onda.

Cuando la fuente de alimentación cae a 1,5 V, el voltaje de salida del convertidor disminuirá solo en un 20%. La frecuencia de generación es de 60 kHz y depende de la tensión de alimentación (tensión de alimentación 2V - 30 kHz).

Para simplificar el diseño y reducir las dimensiones, el dispositivo no está montado sobre una placa de circuito impreso.

Detalles:
El transformador está hecho en el circuito magnético K20 * 10 * 5 de 2 anillos de ferrita encolados de la marca 2000NM1. Los devanados están hechos con cable PEV-2 0.57 y están distribuidos uniformemente alrededor de la circunferencia, I - 8 vueltas, II - 11 vueltas.
VT2 - GT122V con un coeficiente. ganancia de al menos 100, pero también se puede reemplazar con MP37A (38A).
VT1 - KP303 V (G D E)
* R1 - ajuste de voltaje de salida. El consumo de corriente de la fuente de alimentación (baterías) es de 36mA.

Literatura:
Revista Radio 02 2000 - Convertidor de potencia para receptores.

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¿Alguna vez has experimentado que cuando necesitas algo con urgencia, nunca lo encuentras? Eso es lo que me pasó con una batería de 9 voltios para mi multímetro. Y con una batería descargada, comienza a mentir descaradamente. ¡Transferir el multímetro a una batería de litio 18650 lo ayudará a deshacerse de esos problemas!

Para hacer esto, necesitamos soldar un convertidor elevador de 3.7 V - 9 V, así como obtener una batería 18650 (puede desmontar una batería innecesaria de una computadora portátil o de un automóvil Modelo Tesla S, hay lo mismo).

Paso 1. Transferencia del multímetro a la batería. Ajustamos el lugar bajo 18650.

Primero debemos colocar todos los elementos dentro de la caja del multímetro. Para hacer esto, colocamos la batería en su lugar y cortamos todos los elementos de plástico de la carcasa que interfieren. No olvide perforar un agujero para el conector de carga de la batería.

Paso 2. Convertidor de voltaje elevador.

Ahora necesitamos soldar un convertidor elevador que elevará el voltaje de la batería de 3.7 a 9 voltios. Lo ensamblé en el chip MC34063A. Aquí está su hoja de datos. Los valores de los elementos no son tan críticos en cuanto a valores como yo solía resistencia de sintonización, con el que puede establecer con precisión el voltaje que necesitamos en 9 voltios.

Aquí está la lista de componentes:

• 1 batería de litio 18650
• 1 conector de CC
• 1 resistencia de 22k o 27k
• 1 resistencia de 180 ohmios
• 1 resistencia variable de 10k o 5k
• 1 capacitor electrolítico de 22uF o 47uF
• Condensador electrolítico de 1 100uF
• 1 capacitor cerámico de 10pF a 50pF
• 1 MC34063A
• 1 diodo IN5819
• 1 inductancia de 170uH.

Desde este enlace puedes descargar el diseño de PCB en formato Eagle.

Paso 3. Ponerlo todo junto.

Aquí necesitas soldar un poco.

Suelde el pin central del conector de alimentación al terminal positivo de la batería.

Suelde el contacto lateral del conector de alimentación al terminal negativo de la batería.

Desde aquí, soldamos el cable a la entrada negativa del convertidor.

Suelde el terminal positivo de la batería al terminal no utilizado en el interruptor del multímetro.

Suelde el cable del otro lado del interruptor del multímetro a la entrada positiva del transductor.

Ahora suelde los cables de la entrada de alimentación de 9V del multímetro a los terminales de salida del convertidor.

Ajuste el voltaje de salida del convertidor a 9 voltios usando el trimmer.

¡Luego vuelva a montar el multímetro! La transferencia del multímetro a la batería puede considerarse completa.

Ahora nunca tendrás que comprar baterías Kron para tu multímetro, solo necesitas cargar su batería.

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