ตัวแปลงพลังงานต่ำเพื่อจ่ายไฟให้กับโหลด 9 โวลต์จาก แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน 3.7 โวลต์

อุปกรณ์พลังงานต่ำที่ทันสมัยบางรุ่นใช้กระแสไฟฟ้าน้อยมาก (หลายมิลลิแอมป์) แต่สำหรับพลังงานนั้น พวกเขาต้องการแหล่งพลังงานที่แปลกใหม่เกินไป - แบตเตอรี่ 9 V ซึ่งเพียงพอสำหรับการใช้งานอุปกรณ์สูงสุด 30 ... 100 ชั่วโมง ตอนนี้มันดูแปลกเป็นพิเศษเมื่อแบตเตอรี่ Li-ion จากอุปกรณ์พกพาต่าง ๆ เกือบจะถูกกว่าแบตเตอรี่เอง - แบตเตอรี่ ดังนั้นจึงเป็นเรื่องปกติที่นักวิทยุสมัครเล่นตัวจริงจะพยายามปรับแบตเตอรี่เพื่อให้พลังงานแก่อุปกรณ์ และจะไม่มองหาแบตเตอรี่ "โบราณ" เป็นระยะ

หากเราพิจารณามัลติมิเตอร์แบบธรรมดา (และเป็นที่นิยม) ว่าเป็นโหลดที่ใช้พลังงานต่ำ M830 ขับเคลื่อนโดยองค์ประกอบประเภท "Korund" จากนั้นเพื่อสร้างแรงดันไฟฟ้า 9 V จำเป็นต้องใช้แบตเตอรี่อย่างน้อย 2-3 ก้อนที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมซึ่งไม่เหมาะกับเราพวกมันก็จะไม่พอดีในเคสของอุปกรณ์ ดังนั้น ทางออกเดียวคือใช้แบตเตอรี่หนึ่งก้อนและตัวแปลงบูสต์

การเลือกฐานองค์ประกอบ

วิธีที่ง่ายที่สุดคือการใช้ตัวจับเวลาชนิด 555 (หรือรุ่น 7555 CMOS) ใน ตัวแปลงพัลส์(ตัวแปลงคาปาซิทีฟไม่เหมาะสม เรามีความแตกต่างกันมากเกินไประหว่างแรงดันอินพุตและเอาต์พุต) "บวก" เพิ่มเติมของไมโครเซอร์กิตนี้ มีเอาต์พุตแบบ open-collector นอกจากนี้ แรงดันไฟฟ้าสูงที่เพียงพอสามารถทนต่อแรงดันไฟฟ้าได้ถึง +18 V ที่แรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานได้ ด้วยเหตุนี้จึงเป็นไปได้ที่จะประกอบคอนเวอร์เตอร์จากชิ้นส่วนราคาถูกและทั่วไปหลายสิบชิ้น (รูปที่ 1.6)

ข้าว. 1.6. ไดอะแกรมของตัวแปลงอย่างง่าย

พิน 3 ของชิปเป็นเอาต์พุตสองสถานะปกติ ใช้ในวงจรนี้เพื่อรักษารุ่น Pin 7 เป็นเอาต์พุตโอเพ่นคอลเลคเตอร์ที่สามารถทนต่อ แรงดันไฟเกินจึงสามารถต่อเข้ากับคอยล์ได้โดยตรง โดยไม่ต้องใช้ทรานซิสเตอร์ อินพุตแรงดันอ้างอิง (พิน 5) ใช้เพื่อควบคุมแรงดันเอาต์พุต

หลักการทำงานของอุปกรณ์

ทันทีหลังจากใช้แรงดันไฟฟ้า ตัวเก็บประจุ C3 จะถูกคายประจุ กระแสผ่านซีเนอร์ไดโอด VD1 ไม่ไหล แรงดันไฟฟ้าที่อินพุต REF ของไมโครเซอร์กิตคือ 2/3 ของแรงดันไฟจ่าย และรอบการทำงานของเอาต์พุต พัลส์คือ 2 (นั่นคือระยะเวลาของพัลส์เท่ากับระยะเวลาหยุดชั่วคราว) ตัวเก็บประจุ C3 จะชาร์จที่ความเร็วสูงสุด . จำเป็นต้องใช้ Diode VD2 เพื่อให้ตัวเก็บประจุ C3 ที่ปล่อยออกมาไม่ส่งผลกระทบต่อวงจร (ไม่ลดแรงดันไฟฟ้าที่ขา 5) ตัวต้านทาน R2 "ในกรณี" เพื่อการป้องกัน

เมื่อตัวเก็บประจุนี้ชาร์จ ไดโอดซีเนอร์ VD1 จะเริ่มเปิดขึ้นเล็กน้อย และแรงดันไฟฟ้าที่พิน 5 ของไมโครเซอร์กิตจะเพิ่มขึ้น จากนี้ ระยะเวลาพัลส์จะลดลง ระยะเวลาการหยุดชั่วคราวเพิ่มขึ้น จนกระทั่งเกิดสมดุลไดนามิกและแรงดันเอาต์พุตจะคงที่ที่ระดับหนึ่ง ค่าของแรงดันไฟขาออกขึ้นอยู่กับแรงดันเสถียรภาพของซีเนอร์ไดโอด VD1 เท่านั้นและอาจสูงถึง 15 ... 18 V ที่แรงดันสูงกว่าไมโครเซอร์กิตอาจล้มเหลว

เกี่ยวกับรายละเอียด

คอยล์ L1 พันบนวงแหวนเฟอร์ไรต์ K7x5x2 (เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก - 7 มม. ด้านใน - 5 มม. ความหนา - 2 มม.) ประมาณ 50 ... 100 รอบด้วยลวดที่มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 0.1 มม. คุณสามารถใช้วงแหวนที่ใหญ่กว่า จากนั้นจำนวนรอบจะลดลง หรือคุณสามารถใช้ตัวเหนี่ยวนำทางอุตสาหกรรมที่มีความเหนี่ยวนำหลายร้อยไมโครเฮนรี่ (µH)

วงจรไมโคร 555 สามารถเปลี่ยนได้ด้วยอนาล็อกในประเทศ K1006VI1 หรือ CMOS เวอร์ชัน 7555 - มีการสิ้นเปลืองกระแสไฟน้อยกว่า (แบตเตอรี่จะ "ใช้งานได้นานขึ้น" อีกเล็กน้อย) และช่วงแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานได้กว้างขึ้น แต่มีเอาต์พุตที่อ่อนแอกว่า (ถ้า มัลติมิเตอร์ต้องการมากกว่า 10 mA อาจไม่ให้กระแสดังกล่าวโดยเฉพาะอย่างยิ่งที่แรงดันไฟฟ้าต่ำ) และเช่นเดียวกับโครงสร้าง CMOS ทั้งหมด "ไม่ชอบ" แรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นที่เอาต์พุต

คุณสมบัติของอุปกรณ์

อุปกรณ์เริ่มทำงานทันทีหลังการประกอบ การตั้งค่าทั้งหมดประกอบด้วยการตั้งค่าแรงดันเอาต์พุตโดยการเลือกซีเนอร์ไดโอด VD1 ในขณะที่ตัวต้านทาน 3.1 kΩ (ตัวจำลองการโหลด) ต้องเชื่อมต่อกับเอาต์พุตขนานกับตัวเก็บประจุ C3 (ตัวจำลองการโหลด) แต่ไม่ใช่มัลติมิเตอร์!

ห้ามมิให้เปิดตัวแปลงด้วยซีเนอร์ไดโอดที่ยังไม่ได้ขาย จากนั้นแรงดันไฟขาออกจะไม่จำกัดและวงจรสามารถ "ฆ่า" ได้เอง คุณยังสามารถเพิ่มความถี่ในการทำงานได้โดยการลดความต้านทานของตัวต้านทาน R1 หรือตัวเก็บประจุ C1 (หากทำงานที่ความถี่เสียง จะได้ยินสารภาพความถี่สูง) หากความยาวของสายไฟจากแบตเตอรี่น้อยกว่า 10 ... 20 ซม. จะเลือกใช้ตัวเก็บประจุกรองพลังงานเสริม หรือจะใส่ตัวเก็บประจุที่มีความจุ 0.1 uF ขึ้นไประหว่างพิน 1 ถึง 8 ของไมโครเซอร์กิตก็ได้

ระบุข้อบกพร่อง

ประการแรก อุปกรณ์ประกอบด้วยออสซิลเลเตอร์สองตัว (ออสซิลเลเตอร์หลักหนึ่งตัวของชิป ADC - ตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิตอลของอุปกรณ์ ตัวกำเนิดที่สองของตัวแปลง) ที่ทำงานที่ความถี่เดียวกันนั่นคือพวกเขาจะส่งผลกระทบซึ่งกันและกัน (จังหวะความถี่ ) และความแม่นยำในการวัดจะลดลงอย่างมาก

ประการที่สอง ความถี่ของเครื่องกำเนิดคอนเวอร์เตอร์จะเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาขึ้นอยู่กับกระแสโหลดและแรงดันแบตเตอรี่ (เนื่องจากมีตัวต้านทานใน POS - วงจรป้อนกลับเชิงบวกและไม่ใช่เครื่องกำเนิดกระแส) ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะทำนายและแก้ไขอิทธิพลของมัน . โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับมัลติมิเตอร์ ออสซิลเลเตอร์ทั่วไปหนึ่งตัวสำหรับ ADC และคอนเวอร์เตอร์ที่มีความถี่ในการทำงานคงที่นั้นเหมาะสมที่สุด

ตัวแปลงเวอร์ชันที่สอง

วงจรของคอนเวอร์เตอร์นั้นซับซ้อนกว่าเล็กน้อยและแสดงในรูปที่ 1.7.

ข้าว. 1.7. แผนผังของคอนเวอร์เตอร์ที่มีความถี่การทำงานคงที่

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าถูกประกอบบนองค์ประกอบ DD1.1 ผ่านตัวเก็บประจุ C2 จะทำการโอเวอร์คล็อกคอนเวอร์เตอร์ และผ่าน C5 - ชิป ADC มัลติมิเตอร์ราคาไม่แพงส่วนใหญ่ใช้ ADC แบบบูรณาการสองครั้งของ ICL7106 หรือแอนะล็อก (40 พิน, 3.5 อักขระบนจอแสดงผล) เพื่อจับเวลาไมโครเซอร์กิตนี้ คุณเพียงแค่ถอดตัวเก็บประจุระหว่างพิน 38 และ 40 (ถอดขาออกจากพิน 38 และประสานเข้ากับพิน 11DD1.1) ด้วยการป้อนกลับผ่านตัวต้านทานระหว่างพิน 39 และ 40 ไมโครเซอร์กิตสามารถโอเวอร์คล็อกได้แม้สัญญาณที่อ่อนมากโดยมีแอมพลิจูดเพียงเศษเสี้ยวของโวลต์ ดังนั้นสัญญาณ 3 โวลต์จากเอาต์พุต DD1.1 จึงเพียงพอสำหรับการทำงานปกติ .

ด้วยวิธีนี้คุณสามารถเพิ่มความเร็วในการวัดได้ 5 ... 10 เท่า - เพียงแค่เพิ่มความถี่สัญญาณนาฬิกา ความแม่นยำในการวัดในทางปฏิบัติไม่ได้รับผลกระทบจากสิ่งนี้มันแย่ลงสูงสุด 3 ... 5 หน่วยของตัวเลขที่มีนัยสำคัญน้อยที่สุด ไม่จำเป็นต้องทำให้ความถี่ในการทำงานคงที่สำหรับ ADC ดังกล่าว ดังนั้น RC oscillator แบบธรรมดาจึงเพียงพอสำหรับความแม่นยำในการวัดปกติ

ในองค์ประกอบ DD1.2 และ DD1.3 จะมีการประกอบเครื่องมัลติไวเบรเตอร์ที่รอซึ่งระยะเวลาพัลส์ซึ่งใช้ทรานซิสเตอร์ VT2 อาจแตกต่างกันไปเกือบ 0 ถึง 50% ในสถานะเริ่มต้นที่เอาต์พุต (พิน 6) จะมี "หน่วยลอจิคัล" (ระดับไฟฟ้าแรงสูง) และตัวเก็บประจุ C3 จะถูกชาร์จผ่านไดโอด VD1 หลังจากการมาถึงของพัลส์ลบที่กระตุ้น "ทิป" ของเครื่องมัลติไวเบรเตอร์ "ศูนย์ตรรกะ" (ระดับแรงดันต่ำ) จะปรากฏขึ้นที่เอาต์พุต บล็อกมัลติไวเบรเตอร์ผ่านพิน 2 ของ DD1.2 และเปิดทรานซิสเตอร์ VT1 ผ่านอินเวอร์เตอร์บน DD1 .4 ในสถานะนี้วงจรจะอยู่จนถึงตอนนั้นจนกว่าตัวเก็บประจุ C3 จะถูกคายประจุ - หลังจากนั้น "ศูนย์" ที่ขา 5 ของ DD1.3 จะ "ทิป" เครื่องมัลติไวเบรเตอร์กลับเข้าสู่สถานะสแตนด์บาย (โดยขณะนี้ C2 จะมี เวลาชาร์จและจะมี "1" ที่พิน 1 ของ DD1.1) ทรานซิสเตอร์ VT1 จะปิด และคอยล์ L1 จะถูกปล่อยไปยังตัวเก็บประจุ C4 หลังจากการมาถึงของพัลส์ถัดไป กระบวนการทั้งหมดข้างต้นจะทำซ้ำอีกครั้ง

ดังนั้นปริมาณพลังงานที่เก็บไว้ในคอยล์ L1 จะขึ้นอยู่กับเวลาคายประจุของตัวเก็บประจุ C3 เท่านั้น นั่นคือการเปิดทรานซิสเตอร์ VT2 แรงแค่ไหน ซึ่งช่วยให้คายประจุได้ ยิ่งแรงดันเอาต์พุตสูงเท่าไหร่ ทรานซิสเตอร์ก็จะยิ่งเปิดมากขึ้นเท่านั้น ดังนั้นแรงดันไฟขาออกจะคงที่ที่ระดับหนึ่ง ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับแรงดันเสถียรภาพของซีเนอร์ไดโอด VD3

ใช้สำหรับชาร์จแบตเตอรี่ ตัวแปลงที่ง่ายที่สุดบนโคลงเชิงเส้นแบบปรับได้ DA1 คุณต้องชาร์จแบตเตอรี่เท่านั้นถึงแม้จะใช้มัลติมิเตอร์บ่อยๆ ปีละสองครั้ง ดังนั้นให้ใส่อันที่สลับซับซ้อนและมีราคาแพงกว่าไว้ที่นี่ สวิตช์ควบคุมมันไม่มีเหตุผล โคลงถูกตั้งค่าเป็นแรงดันเอาต์พุต 4.4 ... 4.7 V ซึ่งลดลง 0.5.0.7 V โดยไดโอด VD5 เป็นค่ามาตรฐานสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ชาร์จแล้ว (3.9 ... 4.1 V) . จำเป็นต้องใช้ไดโอดนี้เพื่อไม่ให้แบตเตอรี่หมดผ่าน DA1 ออฟไลน์ ในการชาร์จแบตเตอรี่ คุณต้องใช้แรงดันไฟฟ้า 6 ... 12 V กับอินพุต XS1 และลืมมันเป็นเวลา 3 ... 10 ชั่วโมง ด้วยแรงดันไฟฟ้าอินพุตสูง (มากกว่า 9 V) ชิป DA1 จะร้อนมาก คุณจึงต้องจัดหาฮีตซิงก์หรือลดแรงดันไฟฟ้าอินพุตลง

ในฐานะ DA1 คุณสามารถใช้ตัวปรับความคงตัว 5 โวลต์ KR142EN5A, EN5V, 7805 - แต่หลังจากนั้น เพื่อลดแรงดันไฟฟ้า "ส่วนเกิน" VD5 จะต้องประกอบด้วยไดโอดสองตัวที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม ทรานซิสเตอร์ในวงจรนี้ใช้ได้เกือบทุกชนิด โครงสร้าง npn, KT315B อยู่ที่นี่เพียงเพราะผู้เขียนได้สะสมไว้มากเกินไป

KT3102, 9014, VS547, VS817 ฯลฯ ทำงานได้ตามปกติ ไดโอด KD521 สามารถแทนที่ด้วย KD522 หรือ 1N4148, VD1 และ VD2 ควรเป็น BAV70 หรือ BAW56 ความถี่สูงในอุดมคติ VD5 ไดโอดใดๆ (ไม่ใช่ Schottky) ที่มีกำลังปานกลาง (KD226, 1N4001) ไดโอด VD4 เป็นทางเลือก เพียงแต่ว่าผู้เขียนมีซีเนอร์ไดโอดแรงดันต่ำเกินไปและแรงดันเอาต์พุตไม่ถึงขั้นต่ำ 8.5 V และไดโอดเพิ่มเติมแต่ละตัวที่เชื่อมต่อโดยตรงจะเพิ่มแรงดันเอาต์พุต 0.7 V คอยล์เหมือนกัน สำหรับวงจรก่อนหน้า (100. ..200 µH) โครงร่างสำหรับการสิ้นสุดสวิตช์มัลติมิเตอร์แสดงในรูปที่ 1.8.

ข้าว. 1.8. แผนภาพการเดินสายไฟการปรับปรุงสวิตช์มัลติมิเตอร์

ขั้วบวกของแบตเตอรี่เชื่อมต่อกับวงแหวนกลางของมัลติมิเตอร์ แต่เราเชื่อมต่อวงแหวนนี้กับ "+" ของแบตเตอรี่ วงแหวนถัดไปคือหน้าสัมผัสที่สองของสวิตช์และเชื่อมต่อกับองค์ประกอบวงจรมัลติมิเตอร์ใน 3-4 แทร็ก แทร็กเหล่านี้ที่อยู่ฝั่งตรงข้ามของบอร์ดจะต้องหักและเชื่อมต่อเข้าด้วยกัน เช่นเดียวกับเอาต์พุต +9 V ของคอนเวอร์เตอร์ วงแหวนเชื่อมต่อกับพาวเวอร์บัสคอนเวอร์เตอร์ +3 V ดังนั้นมัลติมิเตอร์จึงเชื่อมต่อกับเอาต์พุตของคอนเวอร์เตอร์ และด้วยสวิตช์มัลติมิเตอร์ เราจะเปิดและปิดไฟของคอนเวอร์เตอร์ เราต้องเผชิญกับปัญหาดังกล่าวเนื่องจากตัวแปลงใช้กระแสไฟบางส่วน (3 ... 5 mA) แม้จะปิดโหลดแล้ว และแบตเตอรี่จะคายประจุโดยกระแสไฟดังกล่าวภายในเวลาประมาณหนึ่งสัปดาห์ ที่นี่เราปิดไฟของตัวแปลงและแบตเตอรี่จะใช้งานได้นานหลายเดือน

ไม่จำเป็นต้องกำหนดค่าอุปกรณ์ที่ประกอบอย่างถูกต้องจากชิ้นส่วนที่ซ่อมบำรุงได้ บางครั้งคุณจำเป็นต้องปรับแรงดันไฟฟ้าด้วยตัวต้านทาน R7, R8 (เครื่องชาร์จ) และซีเนอร์ไดโอด VD3 (ตัวแปลง) เท่านั้น

ข้าว. 1.9 ตัวเลือก PCB

บอร์ดมีขนาดเท่ากับแบตเตอรี่มาตรฐานและติดตั้งในช่องที่เหมาะสม วางแบตเตอรี่ไว้ใต้สวิตช์ โดยปกติแล้วจะมีที่ว่างเพียงพอ ก่อนอื่นคุณต้องพันด้วยเทปพันสายไฟหลายชั้นหรืออย่างน้อยก็เทป

ในการเชื่อมต่อขั้วต่อเครื่องชาร์จในเคสมัลติมิเตอร์ คุณต้องเจาะรู พินเอาต์สำหรับคอนเน็กเตอร์ XS1 ที่แตกต่างกันในบางครั้งอาจแตกต่างออกไป ดังนั้นคุณอาจต้องปรับเปลี่ยนบอร์ดเล็กน้อย

เพื่อที่แบตเตอรี่และบอร์ดคอนเวอร์เตอร์จะไม่ "ห้อย" ภายในมัลติมิเตอร์ จึงจำเป็นต้องกดด้วยบางอย่างในเคส

ดูบทความอื่นๆส่วน.