В один прекрасный момент я пришел к выводу, что питать мультиметр, особенно если им часто пользоваться - экономически целесообразнее заряжаемым аккумулятором вместо солевых или щелочных батарей типа 6F22, 6R61, 6LF22, 6LR61 и т.д., в простонародии именуемые как "Крона". Цена хорошей батареи и аккумулятора сейчас практически одинаковая. Прибор у меня хороший, поэтому лютые варианты с внедрением в корпус литий-ионных 18650 или телефонных типа BL5C отпали сразу. Кроме них в прибор так же пришлось бы встраивать модуль зарядки.
Поэтому я обзавелся аккумулятором штатного типоразмера Varta 7HR9V емкостью 200 mA/ч. Зарядку такого аккумулятора производитель рекомендует производить током 1/10С (20мА) в течении 16 часов. Требования к любому заводскому или самодельному ЗУ для небольших "бытовых" аккумуляторов у меня следующие:
1. Максимально короткое время зарядки в рамках требований производителя аккумулятора.
2. Автоматическое отключение аккумулятора по окончании зарядки.
Именно ОТКЛЮЧЕНИЕ, с контролем нижнего и верхнего порога напряжений аккумулятора и желательно - температуры его корпуса. А не всякие там "плавное снижение тока" или отключение зарядного тока по таймеру. Такими функциями можно дополнять любое ЗУ, но считать это "автоматическим отключением" - нельзя. Человек склонен к забывчивости, поэтому оставленное на сутки зарядное устройство не должно повредить аккумулятор перезарядом или наоборот - глубоким разрядом в случае отключения питающей сети.
3. Питание от ЗУ для телефона с разъемом USB или от USB порта компьютера или ноутбука, так как при наличии скопившихся у меня зарядок для различных телефонов делать отдельный источник питания было бы нецелесообразным.
Разбор схемы зарядного устройства
За основу взял схему заводского зарядного устройства для АКБ типа 7Д-0,125Д. Называется оно ЗУ-3М и производилось в стародавние времена в славном городе Мукачево Закарпатской области на славном заводе "Мукачевприбор". Основой зарядного устройства является советский клон всемирно известного 555 таймера, называвшийся у нас КР1006ВИ1.
Схема этого ЗУ имеет ряд существенных с моей точки зрения недостатков. Это отсутствие гальванической развязки от питающей сети, наличие подстроечных резисторов, которые увеличивают габариты устройства и значительно падающий ток в процессе зарядки, что сильно увеличивает время окончания зарядки без каких либо технически обоснованных для этого причин. Есть еще один схемотехнический косяк для промышленно выпускавшегося устройства, но об этом ближе к концу.
Схема была немного изменена и получилось следующее:
Схема условно разделена на две части пунктирными линиями. В левой части находится повышающий преобразователь на дешевой микросхеме DA2 MC34063. Включение сделал строго по документации производителя, в левом верхнем углу исходные и расчетные данные преобразователя. Выходное напряжение составляет почти 18 В., такой "запас" сделан для компенсации падения напряжения на стабилизаторе тока и других элементах.
В правой части - измененная схема ЗУ-3М.
На ZD1, ZD2, C8 и R5 выполнен простой параметрический стабилизатор, с которого подается питание на микросхему NE555N и он же выполняет роль источника опорного напряжения для внутренних компараторов таймера, подаваемого на выв. 5 микросхемы от нижнего по схеме стабилитрона ZD2. В этой схеме отдельное питание для DA3 обусловлено верхним пределом для таймера, который составляет 16В.
Индикация организована практически без изменений - вывод 7 таймера представляет собой выход открытого коллектора. Когда на выходе таймера (выв.3) логический ноль, выв.7 "притянут" к минусу источника питания. Если на выв.3 логическая единица - транзистор на выв.7 закрыт и его коллектор "висит" в воздухе. Таким образом в процессе зарядки в большей степени светится красный светодиод, а синий - светится слабо, что дает один из оттенков фиолетового цвета. Когда зарядка завершена, HL2 шунтируется выводом 7 на землю, и светит в большей степени уже HL1 синего цвета. Резисторы R6 и R7 ограничивают ток через светодиоды HL1 и HL2.
Стабилизатор тока выполнен на другой не менее популярной микросхеме - TL431. Включение так же сделал строго по документации производителя, а сопротивление R1 в 120 Ом соответствует расчетному току 20 мА. На схеме узел стабилизации выделен пунктиром оранжевого цвета и включает в себя кроме микросхемы TL431 и шунта 120 Ом транзистор Q2 и резистор R3.
Транзистор Q1 служит непосредственно для коммутации аккумулятора с зарядным устройством. В процессе зарядки, как говорилось выше, на выв.3 DA3 присутствует высокий уровень. Через резистор R12 открывается транзистор Q3, который в свою очередь через R3 подтягивает к минусу питания затвор Q1.
Когда зарядка завершена, происходит обратный процесс, и напряжение на затворе Q3 определяется делителем на термисторе R4 и резисторе R19. В этом режиме через Q3 протекает лишь небольшой ток, определяемый номиналом R19. При указанном на схеме ток составляет примерно 0,5 мА. Термистор R4 располагается в непосредственной близости от узла стабилизации тока и Q1, в случае КЗ на выходных клеммах и перегрева этих элементов он дополнительно ограничит протекаемый через них ток путем закрывания Q1.
Включение и отключение режима зарядки определяют два встроенных компаратора таймера DA3, сравнивая подаваемые на выв.2 и выв.6 уровни с опорным напряжением на выв.5.
На выв.2 и 6 напряжение подается с делителя, собранного на резисторах R8, R14, R16, R20 и подключенного непосредственно к полюсам аккумулятора.
Поскольку ток через такой высокоомный делитель составляет несколько микроампер, это соизмеримо с током саморазряда батареи. Для обеспечения такого малого тока и для повышения надежности устройства был применен один делитель вместо двух и исключены подстроечные резисторы.
Логика работы очень простая - когда напряжение, подаваемое с делителя на выв.6 превысит уровень опорного напряжения на выв.5 - зарядка будет прекращена.
Когда напряжение, подаваемое с делителя на выв.2 станет меньше примерно на 1/2 от опорного - зарядка будет возобновлена.
В приведенном варианте ЗУ порог отключения рассчитан при напряжении на аккумуляторе 10,25В, а включения - примерно 8,5В.
Это составляет 1,46В на банку в заряженном состоянии и 1,2В в разряженном.
Как раз с делителем и внутренними компараторами таймера связан упомянутый в начале статьи схемотехнический косяк, вызванный скорее не низкой квалификацией советских инженеров, а необходимостью в тотальном конструкторском кроилове из-за отсутствия нормальной элементной базы для такого ширпотреба. Дело в том, что выв.5 555-го таймера не является в прямом смысле входом компараторов. Он является контрольным выходом, соединенным с инвертирующим входом одного компаратора и не инвертирующим - другого.
Но опорное напряжение на этих входах уже есть внутри чипа, оно обеспечивается внутренним резистивным делителем из трех резисторов, включенных между выводами питания микросхемы. Составляет это напряжение примерно 2/3 от U питания для выв.6 и 1/3 от U питания для выв.2
Мы же нахально суем туда еще и свое внешнее напряжение, чтобы попасть в уровни порогов включения/отключения зарядного тока. В принципе на работоспособность таймера это никак не влияет, но такое решение, как "задавленный" внешним стабилитроном внутренний делитель- выглядит несколько коряво, если знаешь, что находится внутри микросхемы)
Изначально не удосужившись изучить документацию на таймер и отталкиваясь от исходной схемы я пытался формировать опорное напряжение резистивным делителем, включенным от одного стабилитрона 12В, которым питал сам таймер, деля это напряжение пополам. Однако на практике получил вовсе не то, что ожидал из-за взаимного влияния внутреннего и внешнего делителя на резисторах соизмеримых номиналов, что в итоге привело к изменению схемы и введению второго стабилитрона.
Получается, что в принципе, запитав таймер от стабилитрона с напряжением стабилизации 10В., мы можем получить на выв.5. напряжение около 6,66В, а на выв.2. около 3,3В. Это позволило бы исключить из схемы элемент ZD2, заменив ZD1 на стабилитрон с напряжением стабилизации 10В. Сделать подобное конструкторы оригинальной схемы не могли, поскольку зарядка аккумулятора в их схеме шла через ключ таймера, а напряжение на выводе 3 составляло бы 10 минус 1,2В, чего явно недостаточно для обеспечения нужного тока зарядки.. В общем - курить даташиты иногда полезно, даже если вы отталкиваетесь от чьей-то готовой конструкции.
Переделывать изготовленную печатку не стал, разместив новые элементы "навесом", но на приведенном рисунке и в прикрепленном архиве эти изменения (с двумя стабилитронами) уже учтены. При повторении можно смело исключать один стабилитрон, оставляя выв.5 таймера только на конденсаторе С8. Так будет грамотнее, но дошло до меня это уже после отладки изделия.
Рисунок печатной платы приведен в качестве примера.
Обе стороны на изображении - НЕ зеркальные, а изображены так, как они будут выглядеть сверху на готовой печатке. Печатная плата в формате *.lay6 доступна для загрузки -
Монтаж и наладка
Устройство собрано практически полностью на SMD компонентах, так как хотелось получить не превышающую размеры аккумулятора печатную плату. Выводные детали - это электролитические конденсаторы и стабилитроны (для приведенного рисунка платы. Плата двусторонняя, незанятые элементами отверстия - проходные, их нужно соединить сквозной перемычкой. Первым собирается преобразователь, после проверки которого - остальная часть схемы. При разводке своей печатной платы стремитесь в обвязке MC34063 придерживаться топологии, приведенной в документации производителя.Вся наладка сводится к проверке работоспособности преобразователя, измерению тока, который не должен превышать допустимый для вашего типа аккумулятора и к установке порогов включения/отключения зарядного тока.
Поскольку стабилитрон ZD1 (или один питающий на 10В, если оставить компаратор на внутреннем делителе таймера) вряд ли реально подобрать с точностью до сотых по заранее выбранному напряжению, а так же учитывая особенность выв.5, оговоренную выше - легче всего сделать настройку порогов при помощи изменения номиналов делителя на R8, R14, R16, R20 по месту.
Для этого в любом варианте получения опорного напряжения при подключенном аккумуляторе точно измеряется его значение на выв.5 DA3, а затем на его основе рассчитывается делитель, общее сопротивление которого должно составлять несколько десятков кОм (82кОм в моем случае). Для удобства можно внести пороговые напряжения и общеизвестные формулы расчетов в электронную таблицу (ссылка ниже) и подобрать номиналы резисторов под выбранные пороги из стандартных рядов. В приведенной таблице все расписано в заголовках столбцов, значения сопротивлений вводятся в Омах.
Ссылка на готовую таблицу -
Так же для упрощения процесса можно предусмотреть на плате большее количество последовательно включаемых в делитель резисторов - это облегчит подбор и составление делителя из нескольких доступных вам номиналов. Единственное неудобство в снятии двух напряжений с одной цепочки заключается в том, что изменение номинала любого из резисторов ведет к изменению обоих порогов, поэтому важно соблюдать общее соотношение. В моем случае много элементов на плате не понадобилось, R14 был включен перемычкой R000, а 32кОм я получил параллельным включением резисторов 33кОм и 1МОм. При точном расчете и использовании резисторов с допуском 1% вам понадобится только проверить заданные пороги срабатывания компараторов в процессе пробной зарядки.
Комплектующие
Особых требований к элементной базе нет, кроме резисторов R8, R14, R15, R16, R17 и R20, которые должны иметь точность 1%. Резисторы R1, R5, R9, R10, R11 - должны иметь габаритную мощность 0,25 Вт, что обеспечивает SMD типоразмер 1206. Остальные - по наличию, желанию и возможностям вашего зрения. При использовании моего варианта печатной платы без изменений - придется подбирать все элементы по их корпусу и цоколевкам. В качестве Q1, Q2, Q3 - любые аналогичные транзисторы с подходящими параметрами, Q1 и Q2 должны обеспечивать достаточный запас по мощности для протекаемого через них тока зарядки. Катушка индуктивности L1 - любая с номиналом от 40uH (больше можно, меньше - нет), например B82472G6683M000, 68 мкГн, 0.82 А. Диод VD1 - Шоттки, любой подходящий под параметры преобразователя(например SS34 - U=40В, I>1А), SK24, B240A-E3/61T и др. Электролитические конденсаторы - любые малогабаритные низкопрофильные, остальные - керамические SMD с номинальным напряжением 25..50В. Стабилитроны указанных номиналов - в любом корпусе. При повторении следует учитывать, что DA1 TL431 в SMD корпусе SOT-23-3 может иметь разную цоколевку даже у одного производителя, к примеру, как у NXP.С3 является частотозадающим для преобразователя на DA2, поскольку частота близка к предельной, отклоняться от указанного номинала более чем в +/- 10% нежелательно. В качестве индикатора использован SMD RGB светодиод типоразмера 5050. В качестве "клемм" для подключения аккумулятора в плату впаяны пружинистые платинки с серебряными контактами от промежуточного реле РПУ-0-У4.
Разъем для подключения USB кабеля от внешнего адаптера - гнездо microUSB.
Корпус зарядки
Корпус изготовлен из 2 мм. листа тыльного рассеивателя молочного цвета от неисправной ЖК матрицы телевизора, что позволило не выводить индикацию на поверхность корпуса. В качестве дополнительной защиты от переполюсовки перед контактами для подключения батареи предусмотрена перегородка с отверстиями, соответствующими диаметру клемм аккумулятора. Габаритные размеры с установленным аккумулятором - Д/Ш/В = 64/31/38мм. Некоторые этапы изготовления корпуса и демонстрация режимов индикации приведены на картинках.
Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.
