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無線電子工学および電気工学の百科事典 9 ボルトのリチウムイオン電池から 3,7 ボルトの負荷に電力を供給するための低電力コンバータです。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
無線電子工学と電気工学の百科事典 / 充電器、バッテリー、ガルバニ電池 最近の低電力デバイスの中には、消費電流が非常に少ない (数ミリアンペア) ものもありますが、その電源には非常に特殊な電源、つまりデバイスの最大 9 ～ 30 時間の動作が持続する 100 V バッテリが必要です。 。 さまざまなモバイル機器のリチウムイオン電池が電池そのものよりもほとんど安い現在、これは特に奇妙に思えます。 したがって、本物のアマチュア無線家が自分の機器に電力を供給するためにバッテリーを適合させようとするのは当然であり、定期的に「アンティーク」バッテリーを探すことはありません。 通常の（そして一般的な）マルチメーターを低電力負荷とみなした場合。 「コランダム」タイプの素子を搭載した M830 では、9 V の電圧を生成するには、少なくとも 2 ～ 3 個の電池を直列に接続する必要がありますが、これは私たちには適しておらず、単にデバイスの本体内に収まりません。 したがって、唯一の解決策は、XNUMX つのバッテリと昇圧コンバータを使用することです。 要素ベースの選択 最も簡単な解決策は、パルス コンバータでタイマ タイプ 555 (またはその CMOS バージョン 7555) を使用することです (容量性コンバータは適していません。入力電圧と出力電圧の差が大きすぎます)。 このマイクロ回路のさらなる「プラス」は、オープンコレクタ出力を備えていることです。この出力は非常に高電圧であり、どの動作電源電圧でも最大 +18 V の電圧に耐えることができます。 このおかげで、文字通り十数個の安価で一般的な部品からコンバータを組み立てることができます（図1.6）。
マイクロ回路のピン 3 は通常の 7 状態出力で、この回路では発振をサポートするために使用されます。 ピン 5 は高電圧に耐えられるオープンコレクタ出力なので、トランジスタフォロアを使用せずにコイルに直接接続できます。 基準電圧入力 (ピン XNUMX) は、出力電圧を調整するために使用されます。 装置の動作原理 電源電圧が印加された直後、コンデンサ C3 は放電され、ツェナー ダイオード VD1 には電流が流れず、マイクロ回路の REF 入力の電圧は電源電圧の 2/3 に等しく、出力パルスのデューティ サイクルはが 2 (つまり、パルス幅が一時停止幅に等しい) の場合、コンデンサ C3 は最大速度で充電されます。 ダイオード VD2 は、放電したコンデンサ C3 が回路に影響を与えないように (ピン 5 の電圧を下げないように)、保護のために「念のため」抵抗 R2 が必要です。 このコンデンサが充電されると、ツェナー ダイオード VD1 がわずかに開き始め、マイクロ回路のピン 5 の電圧が増加します。 その結果、動的平衡が生じて出力電圧が特定のレベルで安定するまで、パルス幅が減少し、休止時間が増加します。 出力電圧の値はツェナー ダイオード VD1 の安定化電圧のみに依存し、最大 15 ～ 18 V になる可能性がありますが、それより高い電圧ではマイクロ回路が故障する可能性があります。 詳細について コイルL1はフェライトリングに巻かれています。 K7x5x2 (外径 - 7 mm、内径 - 5 mm、厚さ - 2 mm)、直径 50 mm のワイヤーを約 100 ～ 0,1 回巻きます。 より大きなリングを使用して巻き数を減らすことも、数百マイクロヘンリー (µH) のインダクタンスを持つ工業用インダクタを使用することもできます。 555 チップは、国産アナログ K1006VI1 または CMOS バージョン 7555 に置き換えることができます。消費電流が少なく (バッテリーの「持続時間」が少し長くなります)、動作電圧の範囲が広くなりますが、出力が弱くなります (場合によっては)。マルチメータは 10 mA 以上を必要とし、特にそのような低い電源電圧ではそのような電流を生成できない可能性があり、すべての CMOS 構造と同様に、出力電圧の増加を「好みません」。 デバイス機能 デバイスは組み立て後すぐに動作を開始します。セットアップ全体は、ツェナー ダイオード VD1 を選択して出力電圧を設定することで構成されます。一方、3 kOhm の抵抗 (負荷シミュレータ) をコンデンサ C3,1 と並列に出力に接続する必要がありますが、マルチメータは接続しないでください。 はんだ付けされていないツェナーダイオードを使用してコンバータをオンにすることは禁止されています。そうしないと、出力電圧が無制限になり、回路自体が「機能しなくなる」可能性があります。 抵抗器 R1 またはコンデンサ C1 の抵抗値を下げることによって動作周波数を上げることもできます (可聴周波数で動作すると、高周波のきしみ音が聞こえます)。 バッテリからのワイヤの長さが 10 ～ 20 cm 未満の場合、パワー フィルタ コンデンサは必要ありません。または、マイクロ回路のピン 1 と 8 の間に 0,1 μF 以上の容量のコンデンサを配置することもできます。 特定された不利な点 まず、デバイスには同じ周波数で動作する XNUMX つのジェネレーター (ADC マイクロ回路の XNUMX つのマスター オシレーター - デバイスのアナログ - デジタル コンバーター、コンバーターの XNUMX 番目のジェネレーター) が含まれており、それらは互いに影響を与えます (周波数ビート）が発生し、測定精度が大幅に低下します。 第二に、コンバータ発電機の周波数は負荷電流とバッテリー電圧に応じて常に変化するため（正帰還回路には電流発生器ではなく抵抗が存在するため）、その影響を予測して補正することができなくなります。 特にマルチメータの場合、固定動作周波数を備えた ADC とコンバータ用の XNUMX つの共通ジェネレータが理想的です。 コンバーターの XNUMX 番目のバージョン このようなコンバータの回路は少し複雑で、図 1.7 に示されています。 XNUMX。
ジェネレータは要素 DD1.1 に組み込まれており、コンデンサ C2 を介してコンバータにクロックを供給し、C5 を介して ADC チップにクロックを供給します。 ほとんどの安価なマルチメータは、二重積分 ADC ICL7106 またはその類似品 (40 ピン、ディスプレイ上 3,5 桁) に基づいており、このマイクロ回路をクロックするには、ピン 38 と 40 の間のコンデンサを取り外すだけで済みます (ピン 38 とピンから脚のはんだを外します)。ピン 11 DD1.1 にはんだ付けします)。 ピン 39 と 40 の間の抵抗を介したフィードバックのおかげで、マイクロ回路は振幅が数分の 3 ボルトの非常に弱い信号によってもクロックされるため、通常の動作には DD1.1 出力からの XNUMX ボルトの信号で十分です。 。 ちなみに、この方法では、クロック周波数を上げるだけで、測定速度を 5 ～ 10 倍に高めることができます。 測定精度は実際にはこの影響を受けず、最下位桁の最大 3 ～ 5 単位劣化します。 このような ADC の動作周波数を安定させる必要がないため、通常の測定精度には従来の RC ジェネレーターで十分です。 スタンバイ マルチバイブレータは要素 DD1.2 および DD1.3 に組み込まれており、そのパルス幅はトランジスタ VT2 を使用してほぼ 0 ～ 50% まで変更できます。 初期状態では、その出力 (ピン 6) には「論理 3」 (高電圧レベル) があり、コンデンサ C1 はダイオード VD2 を通じて充電されます。 トリガーとなる負のパルスが到着すると、マルチバイブレータが「反転」し、その出力に「論理ゼロ」(低電圧レベル)が現れ、DD1.2 のピン 1 を介してマルチバイブレータをブロックし、DD1.4 のインバータを介してトランジスタ VT3 を開きます。回路は、コンデンサ C5 が放電されるまでこの状態を維持します。その後、DD1.3 のピン 2 の「ゼロ」によってマルチバイブレータがスタンバイ状態に「反転」します (この時点までに、C1 には充電および充電する時間があります)。 DD1.1 のピン 1 も「1」になります)、トランジスタ VT1 が閉じ、コイル L4 がコンデンサ CXNUMX に放電します。 次のインパルスの到着後、上記のすべてのプロセスが再び繰り返されます。 したがって、コイル L1 に蓄積されるエネルギー量は、コンデンサ C3 の放電時間、つまり、放電を助けるトランジスタ VT2 の開き具合にのみ依存します。 出力電圧が高くなるほど、トランジスタが開きます。 したがって、出力電圧はツェナーダイオードＶＤ３の安定化電圧に応じて一定のレベルに安定する。 バッテリーの充電には、調整可能なリニアスタビライザー DA1 上のシンプルなコンバーターが使用されます。 マルチメーターを頻繁に使用する場合でも、バッテリーを充電する必要があるのは年に数回だけであるため、より複雑で高価なスイッチングスタビライザーをここに取り付ける意味はありません。 スタビライザは、出力電圧 4,4 ～ 4,7 V に設定されており、ダイオード VD5 によって、充電されたリチウムイオン バッテリの標準値 (0,5.0,7 ～ 3,9 V) まで 4,1 V 低下します。 このダイオードは、オフライン モードで DA1 を介してバッテリが放電するのを防ぐために必要です。 バッテリーを充電するには、XS1 入力に 6 ～ 12 V の電圧を印加し、3 ～ 10 時間放置する必要があります。 高い入力電圧 (9 V 以上) では、DA1 チップが非常に熱くなるため、ヒートシンクを提供するか、入力電圧を下げる必要があります。 DA1 として、5 ボルトのスタビライザー KR142EN5A、EH5V、7805 を使用できますが、「過剰な」電圧を抑制するには、VD5 を直列に接続された 315 つのダイオードで構成する必要があります。 この回路のトランジスタは、ほぼすべての npn 構造で使用できますが、KTXNUMXB は、著者があまりにも多くのトランジスタを蓄積しているため、ここに含まれています。 KT3102、9014、BC547、BC817 などは正常に動作します。KD521 ダイオードは KD522 または 1N4148 に置き換えることができます。VD1 と VD2 は高周波 (理想的には BAV70 または BAW56) にする必要があります。 VD5 は、中出力のダイオード (ショットキーではない) です (KD226、1N4001)。 VD4 ダイオードはオプションです。これは、作成者が使用したツェナー ダイオードが低すぎて出力電圧が最小 8,5 V に達しなかったためであり、直接接続された追加ダイオードごとに出力電圧に 0,7 V が追加されます。コイルは同じです。前の回路と同様です (100..200 µH)。 マルチメータスイッチの変更図を図に示します。 1.8.
バッテリーのプラス端子はマルチメーターの中央のトラックリングに接続されていますが、このリングをバッテリーの「+」に接続します。 次のリングはスイッチの 3 番目の接点で、4 ～ 9 つのトラックによってマルチメータ回路の要素に接続されています。 ボードの反対側にあるこれらのトレースは切断して一緒に接続する必要があり、コンバータの +3V 出力にも接続する必要があります。 リングをコンバータの +3 V 電源バスに接続します。 したがって、マルチメータはコンバータの出力に接続されており、マルチメータのスイッチでコンバータの電源をオン/オフします。 負荷がオフになっている場合でもコンバータはある程度の電流（5...XNUMX mA）を消費し、バッテリーはそのような電流で約 XNUMX 週間で放電してしまうため、このような困難に取り組む必要があります。 ここでコンバータ自体の電源を切ります。バッテリーは数か月間持続します。 保守可能な部品から正しく組み立てられたデバイスは調整の必要がありません。場合によっては、抵抗 R7、R8 (充電器) とツェナー ダイオード VD3 (コンバータ) を使用して電圧を調整するだけで十分な場合があります。
ボードは標準バッテリーの寸法を持ち、適切なコンパートメントに取り付けられます。 バッテリーはスイッチの下に配置されており、通常はそこに十分なスペースがあるため、最初に絶縁テープまたは少なくとも粘着テープを数層巻き付ける必要があります。 充電器のコネクタを接続するには、マルチメーター本体に穴を開ける必要があります。 異なる XS1 コネクタのピン レイアウトは異なる場合があるため、ボードを若干変更する必要がある場合があります。 バッテリーとコンバーターボードがマルチメーター内で「ぶら下がる」のを防ぐには、ケース内の何かでそれらを押す必要があります。 著者: Koshkarov A.P.、Koldunov A.S.
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