Переделка UNI-T UT61E на 3-х вольтовое питание от батарей АА и другие доработки с помощью китайских модулей.

По просьбам трудящихся, решил представить общественности статью о переводе многими любимого и народного мультиметра на 3-х вольтовое питание от двух батарей АА вместо батареи «Крона», она же 6F22. Дополнительно будет внедрение подсветки, а так же перевод прибора на USB для связи с ПК. Кого заинтересовало, прошу под кат.

Всем хорош UT61E, перечислять его достоинства и недостатки я не буду, для этого приведу ссылку на обзор. Но вот питание от «Кроны» ограничивает его возможности на мой взгляд. Сама «Крона» в нем живет около года, при использовании хотя бы раз в день. К тому же, даже в Москве купить нормальную «Крону» можно не на каждом углу, а вот батарейки АА продаются в любом продуктовом магазине. При питании от «Кроны» про подсветку можно забыть, хотя в приборе для этого все есть, просто добавь воды светодиоды. Еще прибор имеет постоянно активированную «связь с ПК», вследствие чего автоотключение не работает. Расходует батарейку ИК-светодиод передатчика, ну а так же можно забыть выключить сам прибор.

Меня такой режим полностью устраивает, поэтому дорабатывать я это не стал. Не люблю автоотключение, сколько раз устраивал КЗ пока лезешь «тыркнуть» заснувший прибор, хорошо хоть кофе варить ему при этом не надо! Связью с ПК я пользуюсь когда нет места на столе, это очень удобно, т.к. прибор можно положить на любой свободный пятачок, а смотреть в монитор. В общем, надеюсь моя позиция понятна. С возрастом я вообще прихожу к выводу, что нарушать оригинальность конструкции есть зло, поэтому если куда-то свои ручонки сую — это должно быть четко обосновано для самого себя. Все, пожалуй хватить лить воду — перехожу к сути.

Про модули на базе MT3608, она же SX1308, она же жора SDB628, в наших электронных кругах не знает только ленивый. И возникла у меня мысль подробно его изучить на предмет замены «Кроны». До этого модуль был успешно опробован при стационарном питании на выходной ток до 1А, модуль себя показал превосходно, MC34063 можно со спокойной совестью отправлять на свалку истории. Очень удачная китайская штукенция, но как известно все китайское надо «допиливать». Это касается входных/выходных емкостей, разводки делителя, а так же опционально можно добавить LC-фильтр на выход, для устройств критичных к чистому питанию.

Теория
И так, сразу что я сделал: повесил дополнительно два танталовых конденсатора по 22мкФ на вход и на выход, прямо на имеющиеся керамические, убрал подстроечный резистор, рассчитал и припаял делитель для выходного напряжения 9В.

Рассчитывается он по формуле: Vout = 0.6 x (1+ R1/R2), где 0.6 опорное напряжение. Подогнав к стандартным номиналам в итоге вышло следующее: R1=13кОм, R2=910Ом. Но так как входное сопротивление вывода ОС микросхемы достаточно высокое, я попробовал еще 130к/9,1к и 1,3М/91к. Остановился на 130к/9,1к. При Uпит=3В на холостом ходу преобразователь потребляет 0,5мА, когда при 13к/910 — 2,5мА. Проверил присутствие мягкого запуска и нужный диапазон входного напряжения. Отключается модуль при Uпит<1,9В, включается при Uпит>2В. Задавшись током потребления прибора в 7мА (что с тройным запасом) подсчитал КПД при входном 3В, всего 70%, негусто. Ну и ладно, все равно большую часть времени я буду работать с подсветкой, а это еще 12мА и КПД уже ближе к 80%. Но все это были настольные исследования, которые показали самое главное, возможность работы от 3В и полное использование батареи до 1,9В, что составляет 0,95В на элемент, неплохо однако.

Практика
В хозяйстве у меня имелось два UNI-T UT61E, один из которых я решил пустить под нож. Это важно, т.к. в дальнейшем я буду сравнивать переделанный прибор и оригинальный. Начнем пока с самого прибора. Существуют две версии, старая и новая. У новой версии три входных цепи защищено термисторами, вместо двух. Меньше напряжение ограничения на амперах, за счет моста с диодом в диагонали, вместо двух встречно-последовательных стабилитронов на 6,8В, а так же посадочные места под установку трех варисторов, вместо двух. И экранированный делитель или что-то подобное, не вникал особо, в обвязке АЦП. Так же в новой версии на плате имеются прорези под варисторами, вернее под местами для них. Оба моих экземпляра старой версии, поэтому все нижеописанное будет верно для нее. Обе схемы и всю документацию на компоненты я приложу в архиве. Максимальный ток потребления составляет 2,5мА при 9В.
И так, для чего же нужно 9В, ведь сама м/с АЦП ES51922 умеет питаться от 3В:
Линейный стабилизатор 7201U30, который из 9В делает -3В.
Измеритель-конвертор TrueRMS — AD737.
Пищалка, она же buzzer, так как она пьезо используется специальный «драйвер» на HCF4069 (CD4069).
Делитель напряжения для слежения о состоянии батареи.
Из этого всего 9В необходимо только AD737, остальное можно переделать, а пищалку заменить на любую 3-5 вольтовую, добавив транзистор. Но при потребляемом токе всего 2,5мА нет смысла перепахивать весь прибор и городить огород, согласитесь? Поэтому было решено ничего не трогать, а просто «врезать» преобразователь, добавить подсветку и успокоиться.

Пульсации или не все так просто
Разобрав прибор, я подвесил преобразователь на крокодилах к контактам для «Кроны» и подал с линейного ЛБП 3В. Я конечно знал про пульсации, но такие чтобы стрекотала пищалка сама по себе я не ожидал! Но в оправдание всему прибор при этом работал стабильно! Правда проверять его дальше режимов вольтметра DC и AC я не стал…

Подключив осциллограф и задав нагрузку 25мА (что с запасом) я обнаружил хорошую такую широкополосную «пенку» 30-35мВ и стал чесать репу… Чего же делать? Увеличение емкости выходного конденсатора и добавление мелких керамических не помогало. Тогда в голову пришли две идеи активный фильтр на полевом транзисторе а-ля виртуальная батарея и LC-фильтр. Первый вариант я оставил на потом, к тому же пришлось бы компенсировать падение на полевике добавлением напряжения до 13-14В, а как показали эксперименты этот преобразователь хорошо работает при разнице выхода со входом не более 6В, дальше уже туговато ему или греется на высоких токах потребления или просто КПД падает, при небольших нагрузках. Оставался LC-фильтр.

Достал коробочку с катушками и стал экспериментировать, даже попробовал синфазный дроссель, но все свелось к тому, что чем выше индуктивность — тем лучше. Еще раз напомню, что какую-то основную частоту выделить я не смог, возможно на цифровом осциллографе смог бы. А вот по входу те самые 1Мгц с хвостиком я смог увидеть. Хороший результат дал дроссель 1000мкГн, далее я подобрал минимально необходимые емкости, которые приводили к видимому результату. В итоге пульсации упали ниже 5мВ и картинка стала больше походить на шум, нежели на интермодуляции. Схема, с продолжением нумерации элементов даташита приведена ниже.
Где С2 штатный керамический конденсатор на 22мкФ, С3 танталовый на 22мкФ и С4 и С5 Panasonic FR на 220мкФ/16В и 100мкФ/16В. Снова подключаю к прибору, треск в пищалке пропал, уже хорошо! Т.к. 2,5мА это ни о чем, подсоединяю подсветку пока что напрямую (без выключателя) и замеряю пульсации. Они еще ниже, т.к. я закладывал 25мА, а с подсветкой прибор кушает 15мА. А после линейника вообще красота, осциллографом на 5мВ/кл. уже ничего не разглядеть! Остановился на этом варианте и проверив прибор во всевозможных режимах, сравнив показания и поведение со вторым экземпляром заключил, что можно уже переходить к слесарным работам. Теперь когда с грубыми слесарными работами покончено, можно заняться нутром. Установить подсветку, разместить, закрепить и распаять все дополнительные элементы. Ну и напоследок заняться USB-кабелем. На этом этапе можно уже закрывать прибор, не скручивая корпус. И первично проверять его работоспособность, в т.ч. сенсора подсветки. Если все хорошо — можно окончательно собирать.
Емкость варисторов.P.S.Статья получилась несколько сумбурной не особо последовательной, т.к. писалась задним числом уже после переделок. Поэтому на некоторых фотографиях второй экземпляр выступает в роли «до переделки». На фотосессию измерений пока нет ни сил ни времени, можете поверить на слово, что все работает, но если очень надо могу добавить.
Ссылка на архив на ЯндексДиске