Convertitore a bassa potenza per alimentare il carico a 9 volt da Batteria agli ioni di litio 3,7 volt

Alcuni moderni dispositivi a bassa potenza consumano una corrente molto piccola (diversi milliampere), ma per la loro potenza richiedono una fonte troppo esotica: una batteria da 9 V, che è anche sufficiente per un massimo di 30 ... 100 ore di funzionamento del dispositivo. Sembra particolarmente strano ora, quando le batterie agli ioni di litio di vari gadget mobili sono quasi più economiche delle batterie stesse: le batterie. Pertanto, è naturale che un vero radioamatore cercherà di adattare le batterie per alimentare il suo dispositivo, e non cercherà periodicamente batterie "antiche".

Se considerato come basso carico di potenza multimetro convenzionale (e popolare). M830, alimentato da un elemento del tipo "Korund", quindi per creare una tensione di 9 V, sono necessarie almeno 2-3 batterie collegate in serie, il che non ci soddisfa, semplicemente non staranno all'interno della custodia del dispositivo. Pertanto, l'unica via d'uscita è utilizzare una batteria e un convertitore boost.

Selezione della base dell'elemento

La soluzione più semplice è utilizzare il timer di tipo 555 (o la sua versione CMOS 7555) in convertitore di impulsi(i convertitori capacitivi non sono adatti, abbiamo troppa differenza tra le tensioni di ingresso e di uscita). Un ulteriore "plus" di questo microcircuito, ha un'uscita a collettore aperto, inoltre, una tensione sufficientemente alta in grado di resistere a tensioni fino a +18 V a qualsiasi tensione di alimentazione operativa. Grazie a ciò, è possibile assemblare un convertitore da letteralmente una dozzina di parti economiche e comuni (Fig. 1.6).

Riso. 1.6. Schema di un semplice convertitore

Il pin 3 del chip è una normale uscita a due stati, viene utilizzato in questo circuito per mantenere la generazione. Il pin 7 è un'uscita a collettore aperto in grado di resistere sovratensione, quindi può essere collegato direttamente alla bobina, senza un inseguitore di transistor. L'ingresso della tensione di riferimento (pin 5) viene utilizzato per regolare la tensione di uscita.

Il principio di funzionamento del dispositivo

Immediatamente dopo l'applicazione della tensione di alimentazione, il condensatore C3 si scarica, la corrente attraverso il diodo zener VD1 non scorre, la tensione all'ingresso REF del microcircuito è 2/3 della tensione di alimentazione e il ciclo di lavoro dell'uscita impulsi è 2 (cioè la durata dell'impulso è uguale alla durata della pausa), il condensatore C3 si carica alla massima velocità . Il diodo VD2 è necessario in modo che il condensatore scaricato C3 non influisca sul circuito (non riduca la tensione al pin 5), il resistore R2 "per ogni evenienza", per protezione.

Quando questo condensatore si carica, il diodo zener VD1 inizia ad aprirsi leggermente e la tensione sul pin 5 del microcircuito aumenta. Da ciò, la durata dell'impulso diminuisce, la durata della pausa aumenta, fino a quando non si verifica l'equilibrio dinamico e la tensione di uscita si stabilizza a un certo livello. Il valore della tensione di uscita dipende solo dalla tensione di stabilizzazione del diodo zener VD1 e può arrivare fino a 15 ... 18 V a una tensione più alta, il microcircuito potrebbe guastarsi.

Informazioni sui dettagli

La bobina L1 è avvolta su un anello di ferrite. K7x5x2 (diametro esterno - 7 mm, interno - 5 mm, spessore - 2 mm), circa 50 ... 100 giri con un filo con un diametro di 0,1 mm. Puoi prendere un anello più grande, quindi il numero di giri può essere ridotto, oppure puoi prendere un induttore industriale con un'induttanza di centinaia di microhenry (µH).

Il microcircuito 555 può essere sostituito con l'analogico domestico K1006VI1 o con la versione CMOS 7555 - ha un minor consumo di corrente (la batteria "durerà" un po' più a lungo) e una gamma di tensioni di funzionamento più ampia, ma ha un'uscita più debole (se il il multimetro richiede più di 10 mA, potrebbe non fornire una tale corrente, specialmente a una tensione di alimentazione così bassa) e a lei, come tutte le strutture CMOS, "non piace" l'aumento della tensione alla sua uscita.

Caratteristiche del dispositivo

Il dispositivo entra in funzione subito dopo il montaggio, tutta l'impostazione consiste nell'impostare la tensione di uscita selezionando il diodo zener VD1, mentre all'uscita deve essere collegata una resistenza da 3,1 kΩ (simulatore di carico) in parallelo con il condensatore C3 (simulatore di carico), ma non un multimetro!

È vietato accendere il convertitore con un diodo zener non saldato, quindi la tensione di uscita sarà illimitata e il circuito può "uccidersi". È inoltre possibile aumentare la frequenza operativa riducendo la resistenza del resistore R1 o del condensatore C1 (se funziona a una frequenza audio, si sente un cigolio ad alta frequenza). Se la lunghezza dei fili della batteria è inferiore a 10 ... 20 cm, un condensatore di alimentazione di filtraggio è opzionale oppure è possibile inserire un condensatore con una capacità di 0,1 uF o più tra i pin 1 e 8 del microcircuito.

Difetti individuati

In primo luogo, il dispositivo contiene due oscillatori (un oscillatore principale del chip ADC - convertitore analogico-digitale del dispositivo, il secondo generatore del convertitore) che funzionano alle stesse frequenze, ovvero si influenzeranno a vicenda (battito di frequenza ) e la precisione della misurazione si deteriorerà seriamente.

In secondo luogo, la frequenza del generatore del convertitore cambia costantemente a seconda della corrente di carico e della tensione della batteria (perché nel POS è presente un resistore - circuito di feedback positivo e non un generatore di corrente), quindi diventa impossibile prevederne e correggerne l'influenza . In particolare per un multimetro, l'ideale sarebbe un oscillatore comune per l'ADC e un convertitore con una frequenza operativa fissa.

La seconda versione del convertitore

Il circuito di un tale convertitore è leggermente più complicato ed è mostrato in Fig. 1.7.

Riso. 1.7. Schema del convertitore con frequenza operativa fissa

Un generatore è assemblato sull'elemento DD1.1, attraverso il condensatore C2 sincronizza il convertitore e attraverso C5 - il chip ADC. I multimetri più economici si basano sull'ADC a doppia integrazione ICL7106 o sui suoi analoghi (40 pin, 3,5 caratteri sul display), per sincronizzare questo microcircuito, è sufficiente rimuovere il condensatore tra i pin 38 e 40 (dissaldare la gamba dal pin 38 e saldare al pin 11DD1.1). Grazie al feedback attraverso un resistore tra i pin 39 e 40, il microcircuito può essere sincronizzato anche con segnali molto deboli con un'ampiezza di una frazione di volt, quindi i segnali a 3 volt dall'uscita DD1.1 sono abbastanza per il suo normale funzionamento .

A proposito, in questo modo è possibile aumentare la velocità di misurazione di 5 ... 10 volte, semplicemente aumentando la frequenza di clock. La precisione della misurazione praticamente non ne risente, peggiora di un massimo di 3 ... 5 unità della cifra meno significativa. Non è necessario stabilizzare la frequenza operativa per un tale ADC, quindi un oscillatore RC convenzionale è abbastanza sufficiente per la normale precisione di misurazione.

Sugli elementi DD1.2 e DD1.3 è assemblato un multivibratore in attesa, la cui durata dell'impulso, utilizzando il transistor VT2, può variare da quasi lo 0 al 50%. Nello stato iniziale, alla sua uscita (pin 6) c'è una "unità logica" (livello di alta tensione) e il condensatore C3 viene caricato attraverso il diodo VD1. Dopo l'arrivo di un impulso negativo di innesco, alla sua uscita compare la "punta" del multivibratore, uno "zero logico" (livello di bassa tensione), che blocca il multivibratore tramite il pin 2 di DD1.2 e apre il transistor VT1 tramite l'inverter su DD1 .4 In questo stato, il circuito sarà fino ad allora fino a quando il condensatore C3 non sarà scaricato - dopodiché lo "zero" al pin 5 di DD1.3 "rimetterà" il multivibratore nello stato di attesa (a questo punto C2 avrà tempo per caricare e ci sarà anche "1" al pin 1 di DD1.1), il transistor VT1 si chiuderà e la bobina L1 verrà scaricata sul condensatore C4. Dopo l'arrivo dell'impulso successivo, tutti i processi di cui sopra si ripeteranno nuovamente.

Pertanto, la quantità di energia immagazzinata nella bobina L1 dipende solo dal tempo di scarica del condensatore C3, cioè dalla forza di apertura del transistor VT2, che lo aiuta a scaricarsi. Maggiore è la tensione di uscita, più forte si apre il transistor; quindi, la tensione di uscita viene stabilizzata ad un certo livello, in funzione della tensione di stabilizzazione del diodo zener VD3.

Usato per caricare la batteria il convertitore più semplice su stabilizzatore lineare regolabile DA1. Devi solo caricare la batteria, anche con un uso frequente del multimetro, solo un paio di volte l'anno, quindi mettendone una più complessa e costosa qui regolatore di commutazione non ha senso. Lo stabilizzatore è impostato su una tensione di uscita di 4,4 ... 4,7 V, che viene ridotta di 0,5,0,7 V dal diodo VD5 ai valori standard per una batteria agli ioni di litio carica (3,9 ... 4,1 V) . Questo diodo è necessario affinché la batteria non venga scaricata tramite DA1 offline. Per caricare la batteria, è necessario applicare una tensione di 6 ... 12 V all'ingresso XS1 e dimenticarsene per 3 ... 10 ore. Con un'elevata tensione di ingresso (più di 9 V), il chip DA1 diventa molto caldo, quindi è necessario fornire un dissipatore di calore o abbassare la tensione di ingresso.

Come DA1 si possono utilizzare stabilizzatori a 5 volt KR142EN5A, EN5V, 7805 - ma poi, per smorzare la tensione "in eccesso", il VD5 deve essere composto da due diodi collegati in serie. I transistor in questo circuito possono essere utilizzati in quasi tutti n-p-n strutture, KT315B sono qui solo perché l'autore ne ha accumulati troppi.

KT3102, 9014, VS547, VS817, ecc. funzioneranno normalmente.I diodi KD521 possono essere sostituiti con KD522 o 1N4148, VD1 e VD2 dovrebbero essere BAV70 o BAW56 ideali per le alte frequenze. VD5 qualsiasi diodo (non Schottky) di media potenza (KD226, 1N4001). Il diodo VD4 è opzionale, è solo che l'autore aveva diodi zener a tensione troppo bassa e la tensione di uscita non ha raggiunto il minimo di 8,5 V, e ogni diodo aggiuntivo in connessione diretta aggiunge 0,7 V alla tensione di uscita.La bobina è la stessa come per il circuito precedente (100. ..200 µH). Lo schema per finalizzare l'interruttore del multimetro è mostrato in fig. 1.8.

Riso. 1.8. Schema elettrico miglioramenti dell'interruttore del multimetro

Il polo positivo della batteria è collegato al track-ring centrale del multimetro, ma colleghiamo questo anello al "+" della batteria. L'anello successivo è il secondo contatto dell'interruttore ed è collegato agli elementi del circuito del multimetro in 3-4 tracce. Queste tracce sul lato opposto della scheda devono essere interrotte e collegate tra loro, oltre che con l'uscita +9 V del convertitore. L'anello è collegato al bus di alimentazione del convertitore +3 V. Pertanto, il multimetro è collegato all'uscita del convertitore e con l'interruttore del multimetro accendiamo e spegniamo l'alimentazione del convertitore. Dobbiamo affrontare tali difficoltà a causa del fatto che il convertitore consuma un po 'di corrente (3 ... 5 mA) anche con il carico spento e la batteria verrà scaricata da tale corrente in circa una settimana. Qui spegniamo l'alimentazione del convertitore stesso e la batteria durerà per diversi mesi.

Non è necessario configurare un dispositivo correttamente assemblato da parti riparabili, a volte è sufficiente regolare la tensione con resistori R7, R8 (caricatore) e un diodo zener VD3 (convertitore).

Riso. 1.9 Opzioni scheda a circuito stampato

La scheda ha le dimensioni di una batteria standard ed è installata nell'apposito vano. La batteria è posizionata sotto l'interruttore, di solito c'è abbastanza spazio, devi prima avvolgerla con diversi strati di nastro isolante o almeno del nastro adesivo.

Per collegare il connettore del caricabatterie nella custodia del multimetro, è necessario praticare un foro. La piedinatura per diversi connettori XS1 a volte è diversa, quindi potrebbe essere necessario modificare un po' la scheda.

In modo che la batteria e la scheda del convertitore non "pendano" all'interno del multimetro, devono essere premuti con qualcosa all'interno della custodia.

Vedi altri articoli sezione.

Il circuito del convertitore è mostrato in Fig. La base del dispositivo è un auto-oscillatore a ciclo singolo con accoppiamento del trasformatore e commutazione del diodo inverso. Il generatore del convertitore è realizzato su VT2. Il transistor al germanio ha una bassa resistenza di saturazione, e questo garantisce un facile avviamento e lavoro normale convertitore a bassa tensione di alimentazione. Su VT1 è assemblato lo stabilizzatore di corrente di base del transistor VT2, progettato per ridurre la dipendenza della tensione di uscita dalla fonte di alimentazione. VD1 e C1 formano un raddrizzatore a semionda.

Quando l'alimentazione scende a 1,5 V, la tensione di uscita del convertitore diminuirà solo del 20%. La frequenza di generazione è di 60 kHz e dipende dalla tensione di alimentazione (tensione di alimentazione 2V - 30 kHz).

Per semplificare la progettazione e ridurre gli ingombri, il dispositivo non è assemblato su una scheda a circuito stampato.

Particolari:
Il trasformatore è realizzato sul circuito magnetico K20 * 10 * 5 di 2 anelli di ferrite incollati del marchio 2000NM1. Gli avvolgimenti sono realizzati con filo PEV-2 0,57 e sono distribuiti uniformemente sulla circonferenza, I - 8 giri, II - 11 giri.
VT2 - GT122V con un coefficiente. guadagno di almeno 100, ma può anche essere sostituito con MP37A (38A).
VT1 - KP303 V (G D E)
* R1 - regolazione della tensione di uscita. Il consumo di corrente dalla fonte di alimentazione (batterie) è di 36 mA.

Letteratura:
Radio Magazine 02 2000 - Convertitore di potenza per ricevitori.

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Hai spesso sperimentato che quando hai bisogno di qualcosa con urgenza, non la troverai mai? Questo è quello che è successo a me con una batteria da 9 volt per il mio multimetro. E con una batteria scarica, inizia a mentire spudoratamente una testimonianza. Il trasferimento del multimetro a una batteria al litio 18650 ti aiuterà a sbarazzarti di questi problemi!

Per fare ciò, dobbiamo saldare un convertitore boost da 3,7 V - 9 V e ottenere una batteria 18650 (puoi smontare una batteria non necessaria da un laptop o da un'auto Modello Tesla S, ci sono gli stessi).

Passaggio 1. Trasferimento del multimetro alla batteria. Adeguiamo il posto sotto 18650.

Per prima cosa dobbiamo posizionare tutti gli elementi all'interno della custodia del multimetro. Per fare ciò, applichiamo la batteria in posizione e seghiamo tutti gli elementi di plastica che interferiscono con la custodia. Non dimenticare di praticare un foro per il connettore di ricarica della batteria.

Passaggio 2. Convertitore di tensione incrementale.

Ora dobbiamo saldare un convertitore boost che aumenterà la tensione della batteria da 3,7 a 9 volt. L'ho assemblato sul chip MC34063A. Ecco la sua scheda tecnica. I valori degli elementi non sono così critici in termini di valori come ho usato io resistenza di sintonia, con il quale è possibile impostare con precisione la tensione di cui abbiamo bisogno a 9 volt.

Ecco l'elenco dei componenti:

• 1 Batteria al litio 18650
• 1 connettore CC
• 1 resistore da 22k o 27k
• 1 resistenza da 180 ohm
• 1 resistore variabile da 10k o 5k
• 1 condensatore elettrolitico da 22uF o 47uF
• 1 condensatore elettrolitico da 100uF
• 1 condensatore ceramico da 10 pF a 50 pF
• 1 MC34063A
• 1 diodo IN5819
• 1 induttanza 170uH.

Da questo link è possibile scaricare il progetto PCB in formato Eagle.

Passaggio 3. Mettere tutto insieme.

Qui devi saldare un po '.

Saldare il pin centrale del connettore di alimentazione al terminale positivo della batteria.

Saldare il contatto laterale del connettore di alimentazione al terminale negativo della batteria.

Da qui, saldiamo il filo all'ingresso negativo del convertitore.

Saldare il terminale positivo della batteria al terminale non utilizzato sull'interruttore del multimetro.

Saldare il filo dall'altro lato dell'interruttore del multimetro all'ingresso positivo del trasduttore.

Ora saldare i fili dall'ingresso di alimentazione 9V del multimetro ai terminali di uscita del convertitore.

Regolare la tensione di uscita del convertitore a 9 volt utilizzando il trimmer.

Quindi rimontare il multimetro! Il trasferimento del multimetro alla batteria può considerarsi completo.

Ora non dovrai più acquistare batterie Kron per il tuo multimetro, devi solo caricare la sua batteria.

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