Питание мультиметра от батарейки АА

Батарейка 6F22, она же «Крона», от которой питаются китайские мультиметры — штука довольно недолговечная, да и стоит прилично (особенно в щелочном варианте). Поэтому у многих (в том числе и меня) возникает желание пересадить мультиметр на батарейку попроще — пальчиковую. Попутно реализуется (по необходимости) вторая популярная доработка — отдельный выключатель (если его еще нет, иначе можно к нему и подключиться).


Схема базируется на достаточно популярном у китайцев step-up преобразователе на двух транзисторах, обычно применяемом как драйвер в дешевых светодиодных фонариках (он не обеспечивает стабилизации выходных параметров, только преобразование для питания от одной АА/ААА). Как работает схема я толком не вкуривал, поэтому переведу (и дополню) описание отсюда.

  1. Ток через R1 открывает транзистор VT1.
  2. Ток через открывшийся VT1, ограниченный R2, открывает VT2 (кстати, некоторые китайцы экономят на R2 при питании 1.5В)

  3. Ток через открывшийся VT2 течет через катушку L1 (левую половину, в оригинале только она и есть), которая при этом запасает энергию в магнитном поле. Через C1 сигнал положительной обратной связи дополнительно открывает транзисторы, вводя VT2 в насыщение. Ток через катушку линейно нарастает.
  4. Когда ток через катушку достигает тока насыщения транзистора (зависит от тока базы, т.е. значения R2 и h21э транзистора), напряжение на нем начинает расти. Через конденсатор C1 этот сигнал подается на VT1, закрывая его (т.е. как только транзистор начал закрываться из-за выхода из насыщения, ПОС это подхватывает) и увеличивая падение тока. Транзисторы лавинообразно закрываются.
  5. Поскольку транзистор VT2 закрылся, ток через него прекращается. Но ток через катушку мгновенно прекратиться не может — она должна сбросить запасенную энергию. Единственный путь — через VD2. Чтобы протолкнуть ток туда (напряжение на C2 выше напряжения батарейки) — напряжение на катушке повышается (это стандартно для топологии step-up, подробней и с традиционными канализационными аналогами здесь).
  6. Покуда катушка сбрасывает энергию в C2, конденсатор C1 перезаряжается через R1. После закрытия транзисторов на левой обкладке C1 напряжение выше, чем на правой, а катушка дополнительно удерживает правую обкладку выше питания. Это, во первых, приводит к тому, что на стадии сброса VT1 надежно закрыт, а во вторых, ускоряет заряд C1. Когда катушка сбросит всю энергию — напряжение на правой обкладке упадет до напряжения питания и через ПОС это изменение приведет к открыванию VT1. После чего все повторяется с пункта 2.
Выводы:
Время заряда C1 и время сброса энергии в нагрузку определяют время закрытого состояния VT2 (toff). Слишком малый C1 успеет зарядиться до напряжения открывания VT1 еще до окончания сброса энергии в выходной конденсатор и схема перейдет в непрерывный режим работы. Слишком большой будет долго заряжаться после цикла сброса энергии и существенно снизит частоту преобразования (а значит — и передаваемую мощность).
Индуктивность L1 и ток насыщения VT2 (определяемый его базовым током, т.е. номиналом R2) определяют время открытого состояния транзистора (ton) и запасаемую при этом энергию.
ton и toff определяют частоту преобразования.
По сравнению с описанной схемой есть пара отличий.
Во первых, это вторая половина L1. Поскольку повысить напряжение требуется довольно сильно (в 6 раз, и это не считая падения напряжения на диоде и транзисторе) — правая половина катушки работает как автотрансформатор, дополнительно повышая напряжение.
Цепь стабилизации напряжения. Дело в том, что исходная схема хоть как-то стабилизирует только выходную мощность (причем только по изменениям нагрузки — при повышени напряжения питания передаваемая мощность будет расти). Это немного не то — без нагрузки на выходе будет напряжение, ограничиваемое только утечками. У меня получалось 30В — вполне достаточно для пробоя конденсатора C2. Ну и мультиметр не одобрит тоже. А потребление его меняется достаточно сильно, примерно в пределах 2-10 мА, т.е. 5 раз. При постоянной мощности во столько же раз будет изменяться и выходное напряжение. Ffffuuuu~. Но проблема довольно просто решается введением стабилитрона VD1. При повышении выходного напряжения выше, чем напряжение открывания стабилитрона (точнее, выше чем Vcc + VVD1 — 0.7V) — он откроется и закроет транзистор VT1, сорвав генерацию. Генерация возобновится только тогда, когда напряжение на выходе снизится ниже порога открывания стабилитрона. Получается вполне типичная стабилизация включением/выключением. Пульсации выходного напряжение у такой схемы довольно велики, но мультиметру они не мешают.

Плата в аттаче. Рассчитана на выведение выключателя SA1 через боковую стенку батарейного отсека мультиметра DT83x, ставится непосредственно в него, на термоклей или что-то подобное. Правда, я лоханулся с отзеркаливанием и у меня оно попало на сторону с гнездами :) Пришлось выводить в другом месте, где уже была дырка от предыдущей доработки.

Детали.
VT1 — любой PNP, наш КТ3107 сойдет. А вот к VT2 дополнительное требование — он должен иметь малое напряжение насыщения и приличный ток коллектора. Я пробовал с указанным на схеме SS8050, который часто попадается в китайских девайсах. Возможно, подойдут SS9013, КТ503, КТ645Б, КТ646Б, КТ817Б1/Б2/Г2 (последние два здоровые), FMMT617.
VD1 — любой стабилитрон на 8.2В, я использовал КС182. VD2 — любой быстрый диод на ток не менее 50 мА — прекрасно подойдут наши КД521, КД522, маломощные диоды шоттки.
Дроссель также можно намотать на практически любом примерно похожем по размерам колечке, количество витков вторички определяется местом (у меня влезло 100, больше 150 тоже не стоит). Вообще, ферритовое колечко — далеко не лучший вариант для такого преобразователя, но работает и их у меня было дофига. Можно намотать на небольшой гантельке, число витков скорее всего можно сократить — левая половина должна иметь индуктивность 50-100 мкГн. В правой половине должно быть в 2-3 раза больше витков, чем в левой. Можно попробовать вообще отказаться от правой половины (тогда анод VD2 подсоединяется к коллектору VT2) и поставить готовый дроссель, но может не выдать требуемого напряжения.

Также есть одна грабля. При выключении преобразователя напряжение на выходе падает довольно медленно, поэтому при включении менее чем через минуту-другую после выключения микросхема АЦП может не сброситься и заглючить. Правда, я такого ни разу не наблюдал, но инструкция от мультиметра рекомендует при переключении пределов через положение OFF задержаться на нем — именно для этого.

Готовая конструкция:

Слева заметен страшный колхоз :) Это неспроста — примерно лет так 10-11 назад этот мультиметр спалили) Годик-два назад я счел себя достаточно крутым, чтобы его починить (а главное — переборол лень и нагуглил схему и инфу о работе, хе-хе), купил новую микру АЦП (родная сгорела, и она была капелькой). В общем, менять микру-капельку (причем без альтернативной разводки под QFP или DIP) развлечение то еще, экономически выгоднее купить новый мультметр :)
Ну а красная стрелочка указывает, где примерно стоит выключатель на боковой стенке.

22.08.2012
Прошло полтора года и появились некоторые данные о сроке службы батареек. Все это время мультиметр питался от одной щелочной батарейки AA, причем сдохла она традиционно — забыл выключить (либо сам случайно включился). Эксперименты с полудохлыми батарейками показали, что преобразователь нормально работает где-то до 0.8-0.9В на батарейке (под нагрузкой, естественно — одна из батареек имела на холостом ходу 1.05В, под нагрузкой просела до 0.75В и преобразователь выдал 6.3В на выходе, что недостаточно для мультиметра). Не особо высокие параметры (тот же NCP1400 при 0.8В на ХХ еще запускается, а выжрать вроде как способен до 0.5-0.6), но вполне приемлемо. Возможно, параметры можно улучшить, более тщательно подойдя к выбору дросселя.
Поставил в мультиметр батарейку из мышки, где она отработала полгода (1.23В на ХХ, 1.12В под нагрузкой). Посмотрим, насколько хватит. По мнению мышки в батарейке осталось 10% заряда.

02.10.2016
Батарейка из мышки до сих пор стоит. Зараза.

  • +9
  • 21 марта 2011, 03:20
  • Vga
  • 1
Файлы в топике: Multimeter PS.zip

Комментарии (42)

RSS свернуть / развернуть
почему недолговечная? щелочные(дурасел тот же) набраны из 6 штук ААА.
0
И стоят 150 р. Нафиг, АА энерджайзер 30 р стоит. Китайцы (да и не только) обещают 150 ч работы от батареек (ибо при максимальном потреблении нужна емкость батареи 1.5 Ач). Врядли на солевой батарейке и при максимальном потреблении. Эта штука жрет 80 мА чтоли при максимальном потреблении и 3.5 мА без нагрузки. Если взять емкость щелочной АА за 3 Ач (недалеко от истины) — получаем не менее 40 ч. Неплохо, при ее цене.
Щелочные кроны (6LF22) кстати по идее тоже должны набираться из плоских батареек, но некоторые производители их из АААА набирают (6 ААА туда просто не влезет). Емкость в районе 0.7-0.8 Ач. 70-80 ч — вдвое дольше, вполне согласуется с соотношением размеров АА и кроны. Но АА в 5 раз дешевле!
Да и просто душу греет, когда работаешь не чисто китайским девайсом, а тем, куда часть души вложена (во первых, это мой первый DMM, во вторых, ремонт и в третьих этот питальник).
0
Ну и вторая причина — большая часть батареек сдыхает не от работы (40 часов — это дохрена), а от забывания мультиметра включенным. Проебать впустую таким образом 150-рублевую батарейку куда обидней.
0
ну тогда логичнее сделать автоотключение :)
0
Да на здоровье. Я правда не хочу, чтобы мультиметр отключился как только я встану в неестественную позу и приткнусь щупами в самые неудобные для этого точки. Ну и к тому же лень было придумывать автоотключатель и скрещивать его с этим БП. Ну и плюс к тому — над преобразователем для питания я задумался давно, примерно те же лет 10 назад, а давно мучающую задачу решить интереснее)
0
ну с другой стороны да, автоотключение меня тоже бесило. меряешь-меряешь, а тут взял и начал пищать — ткни меня, а то вырублюсь. но, в тоже время, батарея там жива до сих пор.
0
Какой вежливый. Любительские конструкции обычно не пищат — там простенькое реле времени. А МК на такую хрень жаба давит.
0
а реле времени на чем?
а еще понимаю, когда жалко ардуйню. а тину13?
0
На КП303 например. Цена 0р (ибо кроме как в запасах хрен где найдешь). Или 561ЛА7. Цена та же.
А тинька как четверть мультиметра стоит. Плюс пищалка (хотя, тут-то ресурсов хватит, чтобы пищать тупой пьезой из часов).
0
альтернатива — покупать батарейки, которые стоят как четверть тиньки)
0
Се ля ви. Да и батарейки вот они, за углом, а тиньки воооооооооооооон там, в ебурге. Если забывчивый — есть батарейки по три рубля :) Говно, но не большее, чем крона за 20р.
И главная причина, приведенная выше, менее рациональна :)
0
Смотря какого мультиметра. С другой стороны, те, что подороже, уходят в ждущий режим сами, да.
0
Если уж ставить МК для автоотключения, то есть мысля подпаяться куда-нибудь к схеме, чтоб таймер сбрасывался при любом изменении показаний индикатора, т.е. 5 минут не меняются показания — вырубаем.

ИМХО так логичней…
0
ну к экрану и паяться. пару младшых разрадом через резисторы с диодами.
хотя ладно еще сопротивление мерять — будет бесконечность. а если мерять напряжение, то в некоторых мультиметрах последний разряд может дергаться.
0
А если не разряд, то знак "-" дёргается всегда.
0
К разряду и кому. Там же переменка. В принципе, на пределах старше 2В показания стабильные, на остальных типах измерения вообще всегда стабильные.
0
Куда интересней вопрос — из моих (от исходного текста цитаты там мало что осталось после перевода) объяснений работы схемы хоть что-то понятно? Особенно чайникам)
0
  • avatar
  • Vga
  • 21 марта 2011, 04:40
Вроде понятно. Я правда не чайник, а кофейник медный, но почему-то расчет схем и тем более намотка катушек на сердечники на меня до сих пор наводит суеверный ужас… :)
0
Интересно влияет ли такой преобразователь на точность измерения? Он же гадит в питание по страшному. или нет?
0
Я не заметил. В принципе, АЦП свое питание, где ему надо, стабилизирует сам (и 90% вылетов — это пробой этого стабилизатора). Стабилизатор там прецизионный, опорное напряжение получают из него, делителем.
А питание там довольно гадкое, да. Приемник «нейва» на 174ХА10, запитанный от него для проверки, фонил знатно.
0
А как переделать эту схему под меньшие напряжения? Я так понял — увеличить сопротивление R2, возможно уменьшить число витков левой части катушки. Да, и еще один вопрос: что выполняет стабилитрон в схеме, и нужно ли его менять во время подобной переделки?
0
-_-' значит, таки плохо объяснил.
В принципе да, без ОС параметры подкручиваются резисторами, кондером и катушкой. Но стабилизацией там пайхнуть и не будет. Хотя, фонарики у китайцев работают. Но 5мм СИДы белые вполне допускают токи до 100 мА, не сгорая (хотя деградируют еще быстрее при этом, но кого это волнует).
Здесь же сам преобразователь должен обеспечить нужное напряжение на максимальной нагрузке (т.е. достаточную мощность, т.к. стабилитрон ее может только уменьшить), это зависит от перечисленных компонентов. А вот стабилитрон как раз и ограничивает-стабилизирует выходное напряжение. И в принципе, я это написал в статье, пояснив и механизм ограничения.
0
Cхемка интересная. Спасибо. :)
Необыкновенно интересно, какой же КПД у этого step-up?
хоть 80% есть?
Я к тому что, автор написал что не вникал как эта схема работает.
Может был бы сммысл сразу делать на микросхеме DC-DC step-up?
0
А черт знает. Мультиметр жрет до 10 мА, потребление преобразователя в этом режиме я мерял… Но забыл) Вероятно, 80-100 мА. Еще помню цифру 40 мА, но не помню в каком режиме)
КПД так себе, напряжение питания очень низкое, а напряжение насыщения ключа редко ниже 0.2-0.3В (FMMT17 я по понятным причинам искать не стал).
Смысл на микросхеме есть конечно, но у меня не было подходящей, да и по большей части известные мне низковольтные степ-апы (особенно MAX17xx) стоят негуманно. А ехать за ней в ебург — как обычно, лень. Думаю, эту тему опишет dcoder :)
В работу схемы я вникал на этапе разработки, но не очень глубоко и к моменту написания статьи уже забыл.
0
Полезная статья, спасибо!
ЗЫ. У меня валяется полудохлый мультиметр, которым пытались померять сопротивление в розетке))) Индикация работает, но ничего не меряет, нули. Может тоже стоит повозится с ним?
0
Прежде всего следует померять напряжение между COM и минусом батарейки. Должно быть примерно 3В. Если 0 — микросхему менять. Иначе можно колупать дальше.
Кстати, если COM и минус батарейки закоротить — АЦП умрет, так что аккуратно.
0
VGA, благодарю за совет, сегодня померяю напряжение.
0
Небольшой апдейт о сроке службы батареек.
0
  • avatar
  • Vga
  • 22 августа 2012, 08:18
Хорошие результаты. Переделать себе что ли.
0
Схема работает! Спасибо автору! VT1 использовал 8550S, а VT2 C945 из компьютерного БП. Наивысший КПД добился при С1=1нФ R1=10кОм. При этом КПД при батарейке 1.3В и мультиметре DT-832 составил 59-63%. Маловато. Мультиметр работал до 0,75В на входе, при этом на выходе было 2,8В!!! :) Склоняюсь к микросхеме TPS61040. Попробую на ней, правда там надо 2 батарейки, но схема стабилизирована и работает до 1,8В (то есть до 0,9В на элементе) по даташиту.
0
  • avatar
  • tlsr
  • 14 декабря 2012, 14:48
Да, довольно немного. 2.8В для мультиметра слишком мало, он начинает врать при 6-7В на входе, Так что более реалистичные цифры — порядка 0.9В.
По поводу КПД — ему не с чего быть высоким, входное напряжение низкое, а транзистор биполярный. Возможно с другим ключевым транзистором результаты будут лучше. У меня при 0.75В на входе на выходе 6.3В.
0
Насколько я помню, какой-то из TPS61040/41 от одной батарейки вполне работает, где-то до 0.8В на входе. Ну и NCP1400/NCP1450. Но эта схема зато из говна и палок, а батарейка живет вполне приемлемое время.
0
для схемы нада добавить еще схему отключения в случае перехода мультиметра в спящий режим. иначе забудеш выключить и высосет вхолостую ту батарейку.
0
Мультиметры 83х не имеют спящего режима. А батарейку высасывает, еще как. Впрочем, на сейчас он уже 4 месяца работает на батарейке из мыши, а мышь поставляет две полувысосанные батарейки за полгода.
0
одна AA быстро садится. Лучше 2 или 3.
0
Мне на полтора года хватило и еще минимум на столько же хватило бы, если б я его не забыл включенным. А три туда просто не влезут (да и две со скрипом, если вообще влезут).
0
Здравствуйте.
У меня вопрос насчет дросселя. Если у нас две обмотки то у дросселя получается 4-ре вывода на на схеме задействованы только 3. Почему? и куда девать лишний вывод?
0
Это одна обмотка с отводом. Отвод можно сделать, если не ошибаюсь, просто оставив «хвост» небольшой длины. Получится как бы два проводка, идущих к одной точке.
0
Во первых, как уже сказал yars, это одна обмотка с отводом. Во вторых, глядя на схему можно было бы догадаться, что если трактовать это как две обмотки, то начало второй соединяется с концом первой, в итоге имеем опять же три вывода — начало первой, конец второй и точка соединения.
0
Ну я уже понял.
Спасибо!
0
У меня уже не осталось мультиметров без авто отключения, но если бы были, то учитывая ток потребления мультиметра.
Собрал бы схему с контроллером (простейшим за 0.30 бакса) несколько кондюков и пару диодов. Использовал бы 2 элемента питания АА (минимальное у питание контроллера обычно уверенно за 1.5в).
Как озвучили идею выше, информация для авто отключения == время (3-6 часа) и слежение за разрядами индикации (нужно продумать какое).
Напряжение необходимое == умножение меандра на конденсаторах и диоде, использовать встроенный ШИМ а ядро отправить баиньки(проверить рабочее напряжение 12 в. 3*4).
Кнопка включение отключение == тактовая кнопка без фиксации на ногу контроллера что выводит ядро из сна.
В итоге сам контроллер будет кушать совсем мало, а логику работы можно запихнуть большую.
0
Меня полностью устраивает текущий вариант. А автоотключение не использую ни в одном из мультиметров. Хотя один из них таки напрягает. Он питается от 12В батарейки и высаживает ее запросто, а стоит она дорого. И забываю вырубить его я нередко. Ставить туда преобразователь смысла нет, т.к. на место 23А не влезет ни одна нормальная батарейка.
Что до того, где стоит описанный в статье питальник — при разряде старой батарейки (скорее всего от забывания включенным) она просто выкидывается и заменяется на разряженную мышкой батарейку. Хватает надолго, а батареек таких запас солидный. Надо перевести на такое же питание как минимум еще один девайс.
0
Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.