Доработка мультиметра для зарядки по USB
Внимание! При внесении любых модификаций в мультиметр RM409b возможно его повреждение, а также вы лишаетесь гарантии на прибор. Автор статьи не несет никакой ответственности за возможный ущерб, нанесенный вашими действиями вашему мультиметру. Все действия по модификации прибора вы предпринимаете на свой риск и под свою ответственность.
Немного о RM409b
Недавно я получил посылку из Китая от компании Richmeters c новым сильным мультиметром RM409b. Разработчики прислали мне прибор на обзор. Почитать про этот стильный и интересный измерительный прибор и посмотреть видеоролик с обзором вы сможете на этой странице.
Достоинства этого мультиметра — 9999 отсчетов измеряемой величины (в старшем разряде у нас цифра от 0 до 9, что естественно и приятно), относительные измерения, измерения температуры, емкости и частоты, метод измерения True RMS, стильный современный дизайн, высококонтрастный инверсный дисплей, кнопочное управление. Привычный круговой переключатель в этом приборе отсутствует, что увеличивает надежность и срок службы мультиметра, как известно, такой механический переключатель режимов измерений является «слабым местом» всех мультиметров и часто выходит из строя при длительной активной эксплуатации. Конечно же в мультиметре есть автоматический выбор пределов и автоотключение питания. Автоматику как в первом так и во втором случае можно отключить.
Зачем это нужно?
Питается этот мультиметр от двух «пальчиковых» элементов, размера AA и напряжением 1.5 В каждая. таким образом номинальное напряжение питания прибора — 3…3.3 В.
Высококонтрастный инверсный (белые символы на черном фоне) дисплей прибора по своей природе работает только с подсветкой. При включении прибора нетрудно заметить что для равномерной подсветки экрана используются 2 светодиода по бокам. В связи с использованием такого экрана мультиметр потребляет от источника питания сравнительно высокий ток — до 18 милиампер. Для сравнения, другие приборы от Richmeters с обычными экранами потребляют от источника питания ток на порядок меньший — около 2 мА (конечно, если не включать подсветку).
Тем не менее, при использовании хороших щелочных элементов вроде Energizer или Duracell мультиметр проработает от одного комплекта примерно 100 часов и это не так уж и мало. Тем не менее, менять их все-таки придется, а стоят они сейчас довольно дорого. Например в ближайшем ко мне хозяйственном магазине одна «батарейка» Duracel стоит в районе 80 рублей, что я считаю совершенно неприемлемо для щелочного элемента, хотя бы и такого качественного как эти.
Альтернативы
Хотелось бы вообще избавиться от незаражаемых элементов питания и использовать аккумуляторы. Распространенные NiMh аккумуляторы размера AA имеют номинальное напряжение чуть более 1.2 В и конечное напряжение разряда около 1 вольта. Как показала практика, даже со свежезаряженными NiMh аккумуляторами яркость и контрастность дисплея RM409b заметно хуже, чем если использовать щелочные элементы на 1.5 В, а в процессе разряда NiMh аккумуляторов яркость вообще падает до неприемлемого уровня. По этой причине пришлось отказаться от использования распространенных NiMh аккумуляторов. Отличной альтернативой является использование новых Ni-Zn (Никель — цинковых) аккумуляторов, у которых номинальное напряжение составляет 1.5 В. Недостаток этих аккумуляторов — меньшее число циклов заряда — разряда и необходимость использования специального зарядного устройства.
Заказать Ni-Zn аккумуляторы дешево
Еще одна экзотическая альтернатива щелочным элементам — это Li-Po аккумуляторы в формате AA и с напряжением 1.5 В. Да, оказывается есть и такие. Проблема — не очень распространены, требуют специального зарядного устройства.
Заказать Li-Po аккумуляторы на 1.5 B + зарядне устройство дешево
Все — таки Li-Ion
В конце концов, исследовав все эти альтернативы питания моего RM409b я все-таки решил перевести его на питание от обычного Li-Ion аккумулятора напряжением 3.7 В c возможностью заряда от 5В адаптера или от USB порта компьютера. Я решил встроить аккумулятор в корпус мультиметра.
Второй задачей было как можно меньше «травмировать» сам мультиметр, оставив возможность простого отката на работу от «батареек», как это было «из коробки». Также не хотелось «ковырять» отверстия в стильном прорезиненном корпусе мультиметра, поэтому я сделал так, что для того, чтобы зарядить встроенный аккумулятор, придется все-таки открутить один винтик крышки батарейного отсека. Поскольку аккумулятор заряжать приходится не часто, для меня это более чем приемлемо. Вы, друзья, если хотите, можете встроить USB разъем в корпус прибора. Для этого есть достаточно места в нижней части прибора, рядом с гнездами щупов.
Разъем Mini или Micro USB и плату контроллера заряда при желании можно разместить здесь (обведено красным). В Моем мультиметре я не стал делать никаких отверстий в красивом корпуме прибора и разместил всё (кроме аккумулятора) в батарейном отсеке.
Что для этого нужно?..
В общей сложности, для доработки мультиметра вам потребуется 3 вещи
Li-Ion аккумулятор подходящих размеров, чтобы его можно было разместить в корпусе мультиметра. Я использовал вот такой аккумулятор, купленный в ближайшем радиомагазине. (можно заказать в Китае, но придется подождать доставки). Я выбрал аккумулятор емкостью 950 mAh габаритами 43 * 33 мм и толщиной 5 мм. Такие продают в магазинах радиокомпонентов для замены в различных гаджетах. Как оказалось, такая батарея отлично помещается в верхней части мультиметра, как раз за его экраном.
Я купил аккумулятор в магазине за 260 рублей, на Алиэкспресс он стоит чуть больше 100, но продают их в основном партиями по 3 — 10 штук. Конечно лучше купить 3 за 100 чем один за 260, тем более что хорошая батарея, и можно использовать во многих самоделках. Вот ссылка на такой аккумулятор на Алиэкспресс.
Вам понадобится небольшая плата — контроллер заряда Li-Ion аккумулятора, рассчитанная на заряд одного аккумулятора от кабеля USB (мини или микро, не имеет значения. Micro-USB более распространены сейчас, но MINI-usb разъем более надежен. Я использовал именно мини, но это несущественно). Контроллер заряда я сделал сам, о чем будет рассказано далее, но если вы не хотите возиться с пайкой и сборкой контроллера, можно купить готовый модуль. На Алиэкспресс он стоит примерно 30 рублей или еще меньше, если заказывать несколько штук
Диод ШОТТКИ. Полностью заряженный Li-Ion аккумулятор дает напряжение около 4 вольт. Это напряжение слишком большое для питания мультиметра напрямую. Я не ставил эксперименты в этом плане, но думаю что теоретически возможно повреждение компонентов его схемы. Нам нужно хотя бы немного уменьшить напряжение, прежде чем подавать его на плату мультиметра. Можно конечно использовать микросхемку — стабилизатор на 3.3 В, но это не целесообразно, так как такая микросхема потребляет сама больше 5 мА, и придется ее оставлять подключенной к аккумулятору, если не вводить дополнительный выключатель.
Наиболее простой способ уменьшить напряжение — это включить последовательно с аккумулятором диод. На обычном Si диоде падает от 0.7 до 1 вольта (в зависимости от тока через диод). мультиметр будет работать, но мы будем нерационально использватьб ескость аккумулятора. Я использовал диод Шоттки типа 1N5818 (лучше взять 1N5819). Как известно, диод Шоттки отличается от обычного диода более низким падением на нем напряжения. Оно составляет 0.18 .. 0.3 в. В данной схеме лучше использовать диоды шоттки с большим падением напряжения, то есть на большее напряжение. Я советую 1N5819, у него падение в районе 0.3В. При работе мультметра от Li-Ion аккумулятора через такой диод напряжение на схеме мультметра получается около 3.5 В, и еще уменьшится в процессе разряда аккумулятора, что соответствует норме. Итак, нам нужен будет диод Шоттки 1N5818 или 1N5819.
В общем виде схема доработки мультиметра выглядит так:
- Минусовой провод аккумулятора соединяем с контактом [BAT-] контроллера заряда и с минусовой клемой питания на плате мультиметра (туда, где припаивается минусовой вывод батарейного отсека.
- Плюсовой вывод аккумулятора (обычно это провод красного цвета) соединяем с контактом [BAT+] контроллера заряда как показано на рисунке.
- Анод диода Шоттки соединяем с контактом [BAT+] контроллера.
- Катод диода Шоттки (он помечен полоской) соединяем с плюсовым контактом питания на плате мультиметра (туда, куда припаивается плюсовая клема батарейного отсека)
С только что полностью заряженной батареей напряжение на схеме мультиметра во включенном состоянии и во время заряда составляет около 3.8 В. Потом напряжение сравнительно быстро падает до 3.5 в. 3.8 В Это немного многовато на мой взгляд, но мультиметр у меня уже долго работает и ничего страшного с ним не случилось. Если вы все же хотите застраховаться на 100 процентов, то включите последовательно с диодом шоттки еще один такой же диод. Это сбросит еще 0.25 — 0.3 вольта и тогда уже можно будет спать совершенно спокойно.
Внимание! Нужно строго соблюдать полярность включения аккумулятора и контроллера заряда. Иначе возможен выход из строя мультиметра, платы контроллера и даже возгорание аккумулятора. Ни в коем случае не допускайте короткого замыкания выводов аккумулятора. Все работы с LiIon аккумулятором нужно проводить предельно внимательно!
Из тонкого изоляционного материала (картон, тонкий пластик например от коробки с «дошираком»)) вырезаем изоляционную прокладку, чтобы отделить корпус аккумулятора от элементов схемы. Лучше это сделать на случай повреждения изоляции аккумулятора. Конечно вероятность этого не велика, но пренебрегать не стоит:
Помещаем аккумулятор поверх изолирующей прокладки и сверху кладем кусочек уплотнителя, которым может служить отрезок упаковочного пеноматериала 9как у меня или кусочек поролона. Он нужен чтобы слегка прижать аккумулятор, тогда он не будет болтаться внутри корпуса :
Как вы закрепите плату контроллера заряда — зависит от вашей фантазии. Если вы не прочь проделать отверстие под USB порт в корпусе вашего мультиметра, то наиболее подходящее место — внизу, под гнездами для подключения щупов. Там достаточно свободного места для установки маленькой платы контроллера заряда с гнездом USB.
Мне же не захотелось уродовать красивый корпус мультиметра и я пошел по другому пути. Я разместил контроллер заряда в отсеке для батарей мультиметра. Конечно, для того чтобы зарядить аккумулятор прибора придется открутить один винтик и снять крышку батарейного отсека, как мы это делаем, при работе от «батареек» если хотим их замерить. Меня это не утруждает, так как заряжать аккумулятор мультиметра приходится довольно редко. Насколько редко, я пока не могу сказать, так как сделал апгрейд совсем недавно и еще ни разу не «посадил» аккумулятор полностью. После доработки я включил мультиметр на весь день (как обойти автоотключение смотрите в видео-обзоре на прибор) но аккумулятор так и не разрядился.
Самодельный контроллер заряда Li-Ion
Заказать модуль-контроллер заряда на Алиэкспресс — это отличный и дешевый способ, но у него есть один маленький недостаток: придется подождать примерно месяц пока придет пакет из Китая. Мне ждать не хотелось. И тут я вспомнил, что недавно я ремонтировал свои BlueTotoh наушники, в схеме которых, как оказалось, сгорела копеечная микросхема как раз того самого контроллера заряда аккумулятора. Видео ремонте этих наушников можно посмотреть по этой ссылке. Это оказалась микросхема LTC4054. Малюсенькая 6-ногая микросхемка в SMD корпусе, способная заряжать Li-Ion аккумулятор от USB током до 800 мА. В радиомагазинах микросхему я не нашел, поэтому выписал из Китая. Микросхема очень дешевая и поэтому продается по несколько штук. Я заказал 10 микросхем. После ремонта наушников у меня осталось еще 9 микросхем LTC4054 и я решил спаять самодельный контроллер заряда на этой микросхемке, поместив на печатную плату USB гнездо и дополнительный диод Шоттки.
печатную плату я развел в программе DipTracе (проект вы сможете скачать по ссылкам в конце статьи). Размер печатной платы я подобрал такой, чтобы плата удобно разместилась в батарейном отсеке в одном из углублений для элемента «АА».
Как видно на фото, после монтажа платы я «затянул» её в термоусадочную трубку.
Во время заряда на плате горит светодиод и это видно через термоусадочную трубку.
Схема зарядного устройства (контроллера заряда)
Я использовал стандартную схему включения микросхемы LTC4054. На входе микросхемы включен танталовый чип-конденсатор С1 емкостью 10 мкФ. Согласно даташиту, ёмкость этого кондёра должна быть «по крайней мере 1 мкФ». На англоязычных электронных форумах ходит информация что с керамическим конденсатором микросхема может вообще не завестись, а сразу уйти в защиту. Не применяйте здесь керамику, лучше вообще не устанавливать конденсатор. По моему опыту, зарядник по этой схеме работает без конденсатора точно также как с конденсатором. Поскольку в даташите он есть, место под него на плате я оставил, можете устанавливать, можете нет.
Зарядный ток устанавливается резистором R1. Я поставил резистор сопротивлением 2к. С таким резистором зарядный ток чуть больше 300 мА. Я крайне не советую делать ток больше в погоне за более быстрой зарядкой. микросхема очень мелкая и довольно сильно нагревается даже при токе 300 мА, поскольку под термоусадкой отвод тепла не очень хороший, мягко говоря. К тому же с таким током мультиметр можно заряжать не только от адаптера, но и от любого компьютерного USB порта, которые, как известно, имеют ограничение по допустимому току. Полностью аккумулятор у меня заряжается примерно за 3 часа.
Светодиод LED1 показывает режим заряда. Когда аккумулятор полностью разряжен, светодиод погаснет.
Назначение диода Шоттки вы уже знаете.
J1 — это гнездо USB. Я использовал MINI USB, так как этот разъем мне больше нравится чем MICRO USB. Я считаю что он более надежен и удобен. Я применил гнездо, которое устанавливается в вырез печатной платы (какое было в продаже в магазине).
Минусовой провод аккумулятора подключается к минусу схемы мультиметра внутри прибора, припивается прямо к тому месту, куда припаяна минусовая клема батарейного отсека:
Плюсовой провод аккумулятора нужно подключить непосредственно к контракту на плате зарядного устройства, поэтому пришлось его удлинить и вывести в батарейный отсек, просверлив в его стенке отверстие диаметром 2 мм:
Внутри батарейного отсека я припаял этот провод к контакту платы BATT+ зарядного устройства.
Контакт платы зарядного устройства [RM409+] соединяем с плюсовой клемой батарейного отсека а BATT- с минусовой клемой (которая с пружинкой) — только уже изнутри батарейного отсека Металлические детали контактов баратейного отсека хорошо паяются, если их слегка зачистить скальпелем и смочить нейтральным спирто-канифольным флюсом. Затягиваем зарядное устройство в отрезок термоусадочной трубки и на этом модернизацию можно считать законченной. Перед тем как устанавливать термоусадку желательно проверить работоспособность зарядного устройства. Ток во время заряда должен быть в районе 250 — 350 мА, напряжение на заряжаемой батарее должно постепенно возрастать, по достижению примерно 4.2В зарядка должна остановиться и светодиод погаснуть.
Печатная плата зарядного устройства (контроллера заряда)
На печатной плате в основном SMD компоненты, кроме диода Шоттки. Диод Шоттки обычный выводной, но припаян без отверстий, так сказать в «SMD режиме». На схеме есть 2 перемычки (с обратной стороны платы) и USB гнездо, в котором использованы только пины питания (первый и пятый). Как я уже говорил, гнездо устанавливается в вырез платы. Вы можете заметить в районе USB гнезда одно неразведенное соединение. Это нормально, это земляной провод и он соединится через корпус гнезда, когда вы впаяете его в печатную плату, так как гнездо крепится на плате пайкой лепестков на его корпусе.
Печатная плата была изготовлена методом гравировки на станке с ЧПУ CNC1610.
Здесь вы можете скачать архив с проектом печатной платы
Микросхема мультиметра расчитана максимум на 3.6В, типично 3.0В, минимум вроде 2.4В , причем в памяти флеш микросхемы необходимо указать напряжение питания для правильной работы прибора. Как указано выше, он способен спокойно работать от кадмиевых аккумуляторов, а вот от лития его легко спалить, даже если питать через диод, наверно диода нужно минимум 2.