Окончание сборки LCR-метра + перевод на аккумуляторное питание

Уже наверное года два лежит у меня плата LCR-метра и все бы хорошо, но пользоваться им в полуготовом виде не очень удобно, потому решил доделать ему корпус и заодно переделать питание.


Вообще у меня уже для него лежал корпус, дисплей, аккумуляторы и куча разных мелочей, но из-за постоянной занятости совсем не было на это времени. И вот постепенно я начинаю заканчивать начатые проекты, да и вообще доделывать все то, что откладывалось последние год-полтора.
В процессе я буду давать ссылки на обзоры того что применил, а также ссылку на товар обзора которого не было, фактически он особо и не нужен, просто покажу в процессе.



LCR-метр и корпус, первый обозревал и он стал довольно популярным, по второму снимал видео. Корпусов у меня три виде, черный с Али, светлый с Банггуда и еще один черный, но купленный уже в оффлайне. Я решил применить тот что с Алиэкспресс.

Сначала пытался всунуть плату вместе с разъемами, но в итоге отказался от этого по двум причинам:
1. Она мешала индикатору
2. Мне просто не нравятся BNC разъемы, ну вот не люблю я их за то что у них со временем начинает пропадать контакт.

Кстати, у корпуса была выломана одна внутренняя стойка около винта крепления нижней части и для меня странно не только то, зачем она там, а как её вообще можно выломать. Но вообще пластмасса жесткая, напоминает полистирол из которого раньше делали корпуса всякой техники.

Выпаял разъемы и переключатель, но практика показала что разъем питания я выпаял зря, пришлось потом запаивать его обратно.


Набросал переднюю панель пытаясь всунуть все в свои размеры. У продавца была версия прибора в точно таком же корпусе, но там использовалась другая плата собственно измерителя и другая плата клавиатуры. В моем случае я использовал более новую версию, которая сейчас везде и продается. Если кому-то надо, могу выложить файл из Front Designer, но будьте внимательны к калибровке принтера.


По черновой печати сверлю круглые и вырезаю прямоугольные отверстия, примеряю. Здесь я использовал пластиковые стойки, но под стойки индикатора пришлось проложить шайбы, хотел чтобы он был вровень с передней панелью.
Вообще часто в панели делают вырез только для самого экрана, но мне такой вариант не нравится так как дисплей тогда сильно утоплен и я обычно вывожу его полностью.


Дальше был подбор места для платы, два варианта отсек так как первый мне показался неудобным, а второй хоть и уменьшал длины проводов к клавиатуре и особенно к дисплею, но требовал укорачивания собственно платы и длинных проводов к выключателю.
.

В итоге остановился наверное на классическом варианте расположения, кстати в таком виде разъем подключения щупов располагается четко около середины платы, потому паять провода очень удобно.


Дисплей и клавиатура подключались экранированным восьмижильным кабелем. Для клавиатуры экранирование не важно, а вот проводам к дисплею не помешает так как прибор измерительный и наводки от кабеля мне совсем не нужны.
Пришлось правда сильно ужаться и нарушить одно из правил, использовать экран как сигнальную и силовую землю так как 9 линий это минимум что надо для подключения дисплея:
1. питание
2. земля
3. 4 линии данных
4. 3 линии управления

Резистор регулировки контраста пришлось перенести на плату дисплея, итого вышло 8 проводов + экран по которому подключена земля.
.

По задумке прибор должен был иметь аккумуляторное питание и сделано это не потому что я его собираюсь куда-то возить, причин две:
1. пользуюсь я им редко, при этом часто розетки заняты и аккумуляторное питание будет очень кстати
2. прибор довольно критичен к питанию и особенно помехам от него, потому аккумуляторы это максимально правильное решение в плане чистоты питания.

Но аккумуляторы надо чем-то заряжать и здесь я однозначно отел чтобы у прибора осталось питание от 12 вольт потому что:
1. специальное зарядное вечно где-то теряется, а встраивать его вот вообще смысла не видел.
2. блоки питания на другие напряжения надо искать, а 12 вольт всегда под рукой.

Вся сложность была в том, что аккумуляторная сборка имеет диапазон 9-12.6В, потому использовать что повышающий, что понижающий неудобно, первый создаст проблемы когда аккумуляторы разряжены, второй не сможет зарядить полностью.

Решение — применяем SEPIC. Из те что валялись дома было два, мелкий на базе 34063 и крупный заводского изготовления.
Первый заработал, но как-то криво, да и ток был всего около 200-240мА, потому взял второй, тем более он может заряжать током побольше, да и с ним реально обеспечить диапазон входного напряжения порядка 5-15В, что еще больше расширяет варианты применяемых БП.



Немного о доработках. Изначально хотел преобразователь на базе контроллера 34063 потому, что он сам умеет работать в режиме СС, надо только подобрать резисторы ограничения тока, но низкий КПД, да и малая мощность вынудили применить другой преобразователь, я уже о нем рассказывал.
Доработка включала в себя установку примитивной схемы ограничения тока которая добавляет режим СС.
На схеме преобразователя (она была в обзоре) я добавил все элементы которые вообще использовал, они выделены синим цветом, кроме того на плате была перерезана одна дорожка между выходным конденсатором и выходной площадкой.

1. резистор 1Ом задает ток, напряжение с него открывает транзистор, с коллектора которого напряжение поступает на вход FB ШИМ контроллера платы. При указанных номиналах ток заряда около 600мА.
2. регулируемый стабилитрон TL431 отвечает за индикацию разряда аккумулятора, настроено на 10 вольт или 3.3 вольта на ячейку, т.е. после включения индикации остается еще достаточно времени чтобы закончить работу и потом поставить устройство на зарядку.
3. светодиод с общим катодом, пришлось применить попутно два стабилитрона на 3.6 вольта (можно ставить в диапазоне 3.3-4.7), без них светодиод СС (зеленый) не будет светить так как напряжение на коллекторе транзистора будет всего около 0.5В, со стабилитроном будет 0.5+напряжение стабилитрона. Из минусов такого решения то, что и ток будет ограничиваться только когда на выходе около 4-5 вольт, но у меня сборка 3S потому не критично.
По цепи индикации разряда стабилитрон нужен потому, что даже когда TL431 открыта (напряжение в норме) то на ней будет 2.5В и светодиод светит даже когда не надо. Реально хватило бы даже 1-2 диодов включенных последовательно со светодиодом, но стабилитрон был ближе.

Схема примитивна, но работает стабильно и без проблем, при заряде светит зеленый светодиод, когда зарядится, он погасает. При разряде аккумулятора светит красным.
Схема позволяет заряжать прибор даже во время работы и фактически работает как простейший бесперебойник, но из-за того что пульсации могут влиять на работу прибора, лучше так не делать. Также естественно можно просто питать прибор от внешнего БП.



Да, монтаж конечно так себе, особенно узел контроля напряжения, но как-то не хотелось травить плату, решил что и так прокатит, но в любом случае все надежно :)


Для питания использовал лежавшие у меня уже пять лет китайские почти безымянные аккумуляторы, тоже как-то делал обзор.
Можно конечно сказать что аккумуляторы хлам, реальная емкость около 2000мАч, но я бы сильно удивлен когда при заряде они через 5 лет лежания взяли всего около 1Ач, а отдали 2Ач, т.е. саморазряд за 5 лет составил всего 50%, что для нонейма более чем классно. Емкости мне хватало, фирменных у меня обычно по 2 или 4 штуки, да и не было смысла в емких или высокотоковых аккумуляторах, хотя у меня была мысль поставить эти емкостью под 3500мАч, но зачем если прибору даже такх хватит на весь рабочий день…

Два прогона показали что больше всего емкость у аккумуляторов 1, 3 и 4, но использовал я 1, 2 и 3 потому как показалось что у 4 большой саморазряд на начальном этапе, т.е. после отключения заряда.


Собственно можно сказать что сборка прибора окончена. Очень хорошо подошел VATN дисплей, четкие белые знаки на черном фоне. Как я писал в обзоре, где показывал как его дорабатывать для замены обычного 2004, это конечно не OLED, но гораздо лучше чем обычные, рекомендую.


Передняя панель из обычной бумаги — самоклейки, поверх наклеил обычный широкий скотч. Я так делал много панелей для своих устройств и могу сказать что вполне себе нормально смотрится еще тот блок который делал более 5 лет назад, только раньше я применял обычную бумагу, фиксируя её по торцам тем же скотчем которым защищал спереди. С самоклейкой заметно удобнее, но будьте внимательны когда печатаете, я так случайно распечатал панели на обратной стороне и заметил только когда вырезал :(


Немного о разъеме для подключения щупов.
Мне не нравилось иметь четыре разъема и потому решил заменить их на один многоконтактный и здесь будьте внимательны.
Я использовал разъем на 8 контактов, 4 сигнала + 4 земли, минимально нужно 6 контактов — 4 сигнала и 2 земли.
Дело в том, что земля общая только у первых трех разъемов, у четвертого она хоть и соединена электрически с первой, но имеет другую трассировку и соединяется в отдельном месте.
Кроме того, на контактных площадках, которые ближе к компонентам (выделены синим) выведена только земля четвертого разъема, у трех первых пятачок есть, но он ни с чем не соединяется, видимо просто забыли соединить с землей. Я подключал к контактам выделенным красным.


Так как разъем один, то пришлось еще немного помудрить с используемыми контактами. Как можно увидеть, подключение сделано не «от балды» и контакт входа (Hc) обрамлен земляными контактами других сигналов, тем самым я хоть немного, но уменьшил влияние от других сигнальных контактов. На второй картинке красный — сигнал, черный — земля.
Чертеж со стороны передней панели, т.е. наружных контактов.


Кстати насчет разъема, был взят самый обычный (авиационный" разъем диаметром 16мм и на 8 контактов. покупал на Али, но общее качество разъема так себе. Контакты щитовой части паяются не очень хорошо, а кабельная часть могла бы фиксироваться и немного более жестко. В общем на четыре балла с минусом.
Продаются комплектами, потому теперь у меня есть одна свободная щитовая часть, можно даже сделать еще какой-то прибор под эти щупы.


На мой взгляд пользоваться одним многоконтактным разъемом на порядок проще и удобнее чем четырьмя BNC, да и как я писал, надежность контакта у BNC мне совсем не нравится.


Четыре родных кабеля изначально в разъем категорически не хотели входить, упирались, срезалась изоляция, потому пришлось при помощи надфиля немного его расточить, хотя скорее даже не расточить, а закруглить острые грани.
В остальном все получилось нормально, единственно на всякий случай обернул сигналный кабель скотчем чтобы его оплетка не соединилась с оплеткой других кабелей.
Кроме того думаю, стоит ли подключить к земле еще и корпус разъема, по идее подключается земля четвертого разъема, она имеет значок заземления на плате.


Теперь я имею два удобных кабеля и восемь BNC штекеров которые и использовать негде и выкинуть жалко…


Демонстрация в работе, с закороченными щупами и резистором 1мОм.


Можно ли сказать что на этом все? Нет, потому как есть идея сделать внутри корпуса отсек для хранения щупов. Корпус очень высокий для этой платы и фактически примерно половина высоты банально простаивает, хочу сделать сзади вырез, дверку в виде шторки, а внутри сформировать отсек так, чтобы провода не влезли куда им не надо и не повредили внутренности.
тогда и провода будут всегда под рукой и не будут занимать место в шкафу, да и потерять будет сложнее.

Ну а так с собственно самим прибором можно сказать что всё, он работает, осталось наверное на всякий случай провести полную калибровку, хотя он уже и так работает.