Питание мультиметра от литий-ионного аккумулятора
При постройке электронных самоделок регулярно пользуюсь мультиметром для всевозможных измерений. Это значит постоянная покупка батареек типа крона на 9 вольт, а при интенсивном использовании прибора, как у меня, довольно частая. Решился перевести прибор на питание от литий – ионного аккумулятора, дабы не тратить много на батарейки. Ставил перед собой задачу с минимальными переделками корпуса осуществить затею. Из-за этого отказался от визуальной индикации разряженного аккумулятора, а применил звуковую. Конструктивно устройство состоит из двух плат. На одной преобразователь напряжения и контроллер заряда аккумулятора, на другой устройство индикации разряженного аккумулятора. Вполне можно от второй платы отказаться. Устройство собрано таким образом, что будет работать и без неё. В связи с ограничением батарейного отсека собрать устройство с аккумулятором типа 18650 не получилось, использовал аккумулятор размера 14500. Из-за этого у схемы есть два несущественных минуса. Во-первых: Выключатель питания вынесен наружу, во-вторых: для зарядки аккумулятора нужно открыть крышку батарейного отсека. Для переделки у меня был мой основной мультиметр Mastech MY64.
Принципиальная электрическая схема устройства:
Настройка устройства очень проста. Резистором R2 устанавливается величина тока заряда аккумулятора (зависит от его ёмкости) и частоты генератора подбором ёмкости конденсатора C3, если возникнет необходимость. Порог срабатывания сигнализации разряда устанавливается подбором резисторов R9 и R8. В моём случае сигнализация сработает при понижении напряжения аккумулятора до 3.2 вольта. Также в случае если дроссель будет пищать довольно слышимо, то необходимо подобрать ёмкость конденсатора C4, а в некоторых случаях и индуктивность дросселя.
Расположение деталей на платах.
Внешний вид плат.
Плата 1. Вид сверху.
Плата 2. Вид сверху.
Соединение между платами.
В корпусе мультиметра. Платы «сидят» очень плотно,
Не самый удобный момент-это вынесенный наружу выключатель питания. Также для зарядки аккумулятора необходимо открыть крышку прибора и подключить провод к разъёму распаянному на плате. Вывод разъёма с кусочком изоляции +На этом все недостатки схемы заканчиваются. Да и заряжать можно от чего угодно, а именно внешний аккумулятор, зарядное устройство от телефона, USB порт компьютера, автомобильное зарядное устройство, лабораторный блок питания или другой источник напряжения 5в с током от 300 ма. Надо лишь изготовить кабель переходник. Вывод разъёма с кусочком изоляции от провода — это +. Самое главное, что в любой момент можно спокойно вернуть мультиметр в прежнее состояние из-за самой минимальной переделки корпуса. Все изменения на тыльной стороне прибора, с наружной ничего не изменялось.
Источник
hardlock.org.ua
Для полноценной работы рекомендуется пройти регистрацию.
Рекламные сообщения будут удаляться вместе с пользователем. Что есть реклама — буду решать я.
Питание мультиметра от Li-ion аккумулятора.
Питание мультиметра от Li-ion аккумулятора.
hardlock » 25 июл 2016 16:21
400 мА/ч. До 4,8 Вольта. А мультиметр начинает ругаться на батарею по 7,0 Вольта, а при 6,5 Вольта уже сильно искажает показания. 
Т.е. реально из батарейки мы получаем около 250 — 300 мА/ч за 2,5 доллара. Дороговато. 
Для опытов был выбран боевой старикан UNI-T M890G, тот самый, который сожрал «последнюю каплю» )))
Для чего она нам? Есть желание сделать «правильный» преобразователь с корректным отключением работы для экономии заряда аккумулятора. Итак, что же нам даёт эта схема? Наверное придётся рассказать как «это» работает, чтобы понять что нам надо и что надо сделать.
1) Тестер выключен, переключатель в верхнем положении, конденсатор С19 заряжен от батарейки, на нём около 9В.
2) Нажимаем выключатель. Левая пара контактов запитывает только резистивный делитель R52 / R51, правая пара контактов подаёт напряжение запасённое конденсатором C19 на неинвертирующий вход операционного усилителя (далее ОУ) IC2A и через диод D14 на вывод 8 — питание ОУ. Запасённой энергии конденсатора достаточно, чтобы ОУ начал работать и сравнил напряжение с делителя R52 / R51 с напряжением на C19, а т.к. на С19 напряжение больше — на выходе появилась логическая «1» (грубо, т.к. это всё таки ОУ). Напряжение на выходе ОУ открывает транзистор Q2, который, в свою очередь, открывает транзистор Q3. Теперь ОУ (и весь тестер) питается от батарейки через открытый транзистор Q3.
3) напряжение на C19 падает, т.к. он разряжается через резистор R53 и при падении ниже напряжения с делителя R52 / R51 на выходе ОУ станет «логический 0», транзисторы закроются и питание тестера отключится.
4) Для возобновления работы схемы необходимо выключить переключатель питания, конденсатор C19 зарядится и можно снова перейти к пункту 1).
Надеюсь понятно описал ))). К чему собственно это я? А да. Питать мультик я собираюсь от одной банки li-ion АКБ через преобразователь на MT3608 (давно валяется несколько штук). И, хотя готовая конструкция этого не предусматривает, в даташите нашёл возможность управления работой преобразователя — за это отвечает 4 вывод. При замыкании его на «0» преобразователь молчит, а при замыкании на «+» — работает. Это то, что нам надо! Подключаем этот вход на вывод 1 ОУ и получаем честное автоотключение. Встаёт вопрос, а от чего же будет заряжаться С19 пока преобразователь не работает? Очень просто!
Давайте посмотрим на схему преобразователя из даташита.
Данный тип преобразователей построен так, что на выходе всегда присутствует напряжение НЕ НИЖЕ напряжения на входе (за вычетом падения на диоде) — через индуктивность L1 и диод D1, даже когда преобразователь не работает. Значит в «спящем» режиме конденсатор C19 будет заряжен до напряжения около 3-4 Вольт. Заработает ли схема? Надо пробовать! Хотя нет, надо вначале схему то нарисовать)))
Схему автоотключения срисовывал со своего мультиметра, она чуть-чуть отличается от схемы из интернета, но не критично, даже номиналы очень похожи.
При питании от 9В на выводе 2 ОУ напряжение около 1,6 Вольта. Если на конденсаторе С1+С2 (бывший С19) напряжение ниже 2,9В схема не запускается, т.к. часть энергии расходуется на питание ОУ и схемы мультиметра, да и ОУ LM358 не способен работать при напряжении ниже 3 Вольт. При 3х Вольтах на батарее — уверенный запуск. Вот Вам и защита от переразряда. Хотя в аккумах от мобильников защита есть и ниже 2,5 Вольт из разрядить не получится.
Зарядка аккумулятора это дело второстепенное, каждый заряжает как ему вздумается. Я прилепил платку с TP4056, настроенную на 240мА зарядного тока — резистор R14 на моей схеме 5,1к (2й вывод TP4056), в оригинале стоит 1,2к. Соответствие зарядного тока и номинала этого резистора берём из даташита на TP4056:
Тут можно было бы и завершить повествование, но душа требует красоты.
Красота.
Куда уж красивей? А оказывается можно!
Теперь мультиметр у нас питается от стабильных 9 Вольт, при любом напряжении литиевой батарейки. При напряжении ниже 3,0 Вольт схема просто не включается и всё. Но хотелось бы узнать заранее о садящейся батарее. Штатный индикатор нам не поможет т.к., как я уже сказал, прибор запитан от стабильных 9 вольт. Что нам остаётся? Правильно! Сделать свой индикатор. Вначале была мысль вывести светодиод для индикации, но потом на одной из схем мультиметров я обнаружил вот такой фрагмент:
Ну и остаётся показать немного фоток. Вот так мультик выглядел до переделок.
PS_1: забыл сказать об автоотключении. Если ничего не менять и оставить конденсатор С19 47mkF, то время работы до автоотключения сократиться, по сравнению с питанием от кроны, но не существенно. Теперь нам экономить нечего и я решил сделать автоотключение «подольше», т.к. частенько мультиком пользуюсь часами и каждый раз его перевключать задалбывает, да и экономить нам теперь нечего. Для этого просто параллельно штатному конденсатору добавил 100mkF. Время получилось около 21 минуты при напряжении батарейки 3,5 Вольта. Может быть ещё добавлю в будущем.
PS_2: в режиме ожидания потребление от батарейки составляет 25-30 мкА. В основном это делители в ОС преобразователя (R12/R13) и делитель контроля уровня заряда батареи (R7/R8). Теоретически делитель в преобразователе можно сделать более высокоомным, но подходящих номиналов сходу не нашёл под рукой, поэтому пока оставил так.
Потребление в рабочем режиме преобразователя составило 16мА при напряжении 3,5 Вольта (напомню, от кроны мультиметр кушает 6мА).
PS_3: насчёт помех от работы преобразователя. Я постарался разместить преобразователь как можно дальше от «процессора», переключателя и всей аналоговой части, но он располагается близко от входных клемм — в отсеке для батарейки. Несмотря на его «импульсность» внести помехи или неточность в измерения мне не удалось. Проверял на резисторе 3МОм (3 * 1МОм), водя платой преобразователя вблизи думателя и аналоговой части. Также сравнивал показания при питании от Кроны и от преобразователя. Мой вывод — однофигственно. Прибор пульсации по питанию не чувствует, ЭМ наводки на частоте преобразователя ему тоже до лампочки.
PS_4: а схему то я и забыл выложить, хоть она и от Mastech M890G, но в основном похожа. Спасибо vetalkh , ткнул меня носом в это упущение )))
Re: Питание мультиметра от Li-ion аккумулятора.
Alex_S » 25 июл 2016 16:57
Re: Питание мультиметра от Li-ion аккумулятора.
hardlock » 25 июл 2016 17:13
Re: Питание мультиметра UNI-T MY68 от 2*AAA батареек.
hardlock » 29 июл 2016 18:12
Мультиметру уже 16 лет и эксплуатировался он разными людьми, хоть и принадлежал мне, поэтому у него есть проблемы, которые попытаюсь решить в процессе переделки.
1) погрешность при измерении постоянного напряжения.
2) погрешность при измерении тока на пределах 300мА, 3мА.
3) плавают показания при измерении сопротивления.
Переделка.
Начал с поиска даташита на контроллер KAD7001. Не без проблем, но нашёл. Этот контроллер делал Samsung. Даташит во вложении. И у него есть брат близнец от Silan Semiconductors — SC7001Q, его даташит я тоже приложу, т.к. качество картинок получше )))
Первое, что бросается в глаза при просмотре даташитов, это питание этих контроллеров. А питаются они от 3 Вольт, т.е. 2 штуки АА батарейки. А мы имеем банальную крону. Будем разбираться и переделывать на питание от АА (или ААА) батарей, это даже лучше, чем литий с зарядками — один раз поставил и забыл на пару лет.
Теперь взглянем на схему нашего мультиметра (ещё раз, но с некоторыми дополнениями).
Красным прямоугольником обозначен стабилизатор питания для контроллера, который построен на стабилитроне LM385 и ОУ TL062, на выходе которого я намерял 3,42 Вольта. Контроллер питается до 3,6 Вольта, тут всё нормально. Что же у нас питается от 9 Вольт? Если верить схеме, то только вторая половинка TL062 и логика CD4011. Обе эти микросхемы отвечают за измерение частоты. Частоту мультиметром я не мерял ни разу, сколько себя помню, поэтому готов пожертвовать этой функцией, если от 3 Вольт не заработает. Полазил по печатной плате с мультиметром и обнаружил что микросхема IC5 (таймер 555) тоже запитана от 9 Вольт напрямую, хотя на схеме питается от стабилизированных 3,4 Вольта. Этот узел отвечает за измерение ёмкости. Если честно, то мультиметром ёмкость я мерял всего пару раз, т.к. точность оказалась не очень и электролиты этот прибор измеряет только до 33 мкФ — очень мало. Поэтому тоже готов пожертвовать, если не заработает при переделке.
Ну что же, выпаиваем ОУ IC2, замыкаем 8й вывод с выходом стабилизатора (на схеме 1й вывод, на плате оказался 7й). и пробуем включить от 2х батареек. И. Работает! Напряжение измеряет (с погрешностью, про которую писал ранее), ток меряет (тоже не точно), а вот с сопротивлениями — косяк. 1кОм резистор показывает 0,136 кОм, до переделки показывал 0,998 кОм, что соответствовало моему «эталону» — новому поверенному мультимеьтру UNI-T UT150D. Кстати, им и буду проверять и «калибровать» мультиметр в процессе ремонта. Начал разбираться, что же ещё питается от 9 Вольт. Судя по схеме всё должно работать, но оказалось, что на плате есть одна цепь, которой нету на схеме. Вот фрагмент (R13, R14, C8, C9 — присутствуют на оригинальной схеме).
Давайте разберёмся, почему этот узел не работает от 3 Вольт. В режиме измерения напряжения или тока на затворе транзистора напряжение около 0,85 В, что согласно даташиту на него, соответствует закрытому состоянию, т.к. напряжение отсечки (Gate-source cut-off voltage) у него от 1 до 4 Вольт. Даже если резистор Rx3 Уменьшить до 1кОм, всё равно транзистор остаётся приоткрытым и это сильно влияет на показания при измерении сопротивлений. Выхода есть 3.
1) Убрать совсем этот транзистор (медленнее измеряется напряжение и ток, и аналоговая шкала становится бесполезной) — не наш метод.
2) Замена транзистора на J177 — у него напряжение отсечки (Gate-source cut-off voltage) от 0,8 до 2,25 Вольта. Также необходимо скорректировать Rx1 и Rx2.
3) Замена транзистора на отечественный КП103E (0,4. 1,5 В) или КП103Ж (0,5. 2,2 В) с корректировкой делителя Rx1 / Rx2.
Насчёт последнего пункта я не уверен, но структура транзистора такая же, как у J176 — J177. Пока транзисторы не нашёл — отложил решение проблемы.
Замена J176 на КП103Е
Купил на рынке КП103Е аж 1986 года выпуска в металлическом корпусе. Установил вместо J176 и скорректировал сопротивления Rx1 — Rx3, как показано на схеме ниже. Всё заработало, как задумано изготовителем.
Как видно на схеме, изменились напряжения на затворе транзистора КП103Е. Теперь можно бесповоротно переводить мультиметр на питание от 2х батареек ААА.
Для этого перерезаем дорожку с выхода ОУ отвечающего за стабилизацию напряжения питания, убираем резисторы, стабилитрон в обвязке этого ОУ, входы садим на землю. Теперь этот ОУ будет запитан от 3 Вольт.
Автоотключение.
Контроллер предусматривает функцию автоотключения. Производитель мультиметра эту функцию заблокировал, посадив выводы 30,31 на землю. Смотрим даташит на контроллер.
Также я заменил резисторы R1 и R2 в цепи контроля напряжения батареи и подключил их как нарисовано в даташите, на вывод 29. Дело в том, что при автовыключении мультиметр обесточивает этот выход и ток через делитель не будет течь, как если бы он был подключен напрямую после выключателя питания. В таком варианте делителя индикатор батарейки загорается при снижении питания до 2,5 Вольт.
Осталось разобраться с питанием всей остальной схемы. Все ОУ и 555 таймеры запитаны сразу после переключателя питания и при усыпании контроллера продолжали кушать батарейку. Попробовал запитать их напрямую от выхода 29 (PWRMON), но выход оказался довольно высокоомный и напряжение на нём просаживалось, что приводило к неправильному определению разряда батарейки и заниженному питанию ОУ и 555 таймеров. Тогда я подключил на этот выход пару транзисторов, как показано на схеме с заменой транзистора КП103Е. Монтаж на плате выполнил SMD транзисторами и резисторами.
Проверяем, что у нас получилось с потреблением. При питании от 3 Вольт в разных режимах (щупы разомкнуты) мультиметр потребляет от 1,1 до 1,7 мА. 
При автовыключении потребления падает до 0 мА . Производитель заявляет 4 мкА, но мои мультиметры не смогли измерить ток даже на пределе 2мА. Выход из спячки — нажатие любой кнопки или выкл/вкл питания. Перед сном прибор 3 раза предупреждает двойными «пиками», непосредственно перед усыпанием — один «пик» подлиннее. Если нажать любую кнопку или переключить режим, то мультиметр не уснёт. Мультику также не даёт уснуть переключение диапазонов измерений (автоматическое). Т.е. если Вы пользуетесь прибором и измеряете сопротивления или напряжение и при этом диапазоны меняются автоматически, то мультиметр НЕ УСНЁТ! При фиксированном диапазоне (Range-hold) измерений мультик усыпает, даже если производить измерения. Вот это я понимаю «Автовыключение», а не то что в других мультиметрах — конденсатор разрядился и всё — спать, независимо от того, пользуюсь я им или нет. Часто было что не замечал что мультик выключился и продолжаю «прозванимать дорожки», а мультик уже крепко спит )))
После перевода на питание от 3 Вольт осталось 2 проблемы. Решаем по очереди.
Измерение частоты при питании от 3,0 В батарейки.
Источником частоты у меня служит генератор в осциллографе Velleman HPS40. Замерил частоту другим мультиметром и самим осциллографом — оба сошлись в показаниях — 2,43 кГц, а этот мультик показывает 1,65 при максимально вывернутом потенциометре VR3 (вверх по схеме). Пробуем уменьшить резистор R35 9кОм, установив параллельно ему 47кОм. Теперь мне удалось выставить показания мультиметра согласно «эталонам» приблизительно в середине хода потенциометра VR3. Удача!
Измерение ёмкости при питании от 3,0 В батарейки.
Долго я ходил вокруг этого узла, но потыкав мультиметром в районе VR4, R45, R46 понял, что нужно немного увеличить R46. Со второго раза подобрал его номинал так, чтобы правильные показания были в середине хода потенциометра VR4. Получилось 330 Ом.
Теперь мультиметр не потерял своего функционала, и питается от 3 Вольт.
1) погрешность при измерении постоянного напряжения.
Решается очень просто — подстраивает опорное напряжение регулятором VR2. Показания сверяем с эталонным мультиметром. Методика калибровки взята отсюда, почти цитата:
1) Потенциометром VR2 выставляем опорное напряжение АЦП. Для этого необходимо переключить прибор в режим измерения постоянного напряжения и подать на вход напряжение 0.3 — 0.35 В от калиброванного опорного источника. Как вариант, от любого источника с кратковременной стабильностью не хуже 0,1 %, но параллельно контролировать напряжение прибором более высокого класса. Далее с помощью VR2 нужно получить на дисплее показания, соответствующие опорному напряжению на входе. В этом случае АЦП работает «напрямую», т. е. никакие входные делители здесь не участвуют, а следовательно, мы имеем дело с базовой погрешностью прибора.
2) После этого, если очень хочется, можно выполнить настройку прибора в режиме измерения переменного напряжения с помощью VR1 .
3) в режиме измерения частоты с помощью VR3 .
4) ёмкости конденсаторов с помощью VR4 (именно в такой последовательности!).
Конечно же снова понадобятся соответствующие эталоны или мультиметр более высокого класса точности.
2) погрешность при измерении тока на пределах 300мА, 3мА.
Тут чуть сложнее. Точность измерения тока связана тоже с опорным напряжением, которое мы отрегулировали в первом пункте. Если показания не пришли в норму, то необходимо подбирать сопротивления шунтов (нижний левый угол схемы) 0,005 Ом, 5 Ом, 495 Ом. В моём случае беда была только с резистором 5 Ом (обычно выгорает только он). Даже при измерении его сопротивления я намерял 6,9 Ом, ну и состояние его говорило о необходимости замены.
Источник