Представлено практичну конструкцію недорогого та ефективного Power Bank для швидкого самостійного складання, що забезпечує безперебійний доступ до Інтернету

Ставилося завдання - зібрати просту систему живлення для GPON модему та Wi-Fi роутера з підзарядкою від мережі, максимально автономну, відповідну принципу "підключив і забув", з мінімальними витратами, швидко та адаптовану до будь-яких типів акумуляторів. Додатковими умовами були максимальна економічність живлення від акумуляторів та доступність комплектуючіх.

Для спрощення та прискорення складання вирішено було зібрати повербанк, використовуючи наявні у продажу готові модулі.

Принципи побудови блоків безперебійного живлення

Було обрано принцип побудови on-line, коли живлення споживачів здійснюється через перетворювачі від акумуляторів, а акумулятори заряджаються і напруга на них підтримується за наявності напруги в мережі. Саме така топологія побудови має максимальний ККД при живленні від акумулятора і задовольняє принцип експлуатації "підключив і забув". Ще одна важлива її перевага - можливість побудови та легкої адаптації до будь-яких типів акумуляторів. Наприклад, один із варіантів був побудований і чудово працював на гелевому акумуляторі з однією замкненою банкою! Така "невибагливість" до акумуляторів дозволяє застосовувати (після відбору) навіть такі, які залишилися в майстернях з перепакування акумуляторних батарей, а, повірте досвіду, в кожному такому сервісному центрі, кожен робочий день залишається 10-30 елементів, що втратили ємність, але все ще придатних до роботи в такому приладі.

Інша ж топологія на основі покупного UPS (Uninterruptible Power Supply), (або ДБЖ (Джерело Безперебійного Живлення)) набагато менш економічна і коштує дорожче, хоча і простіше в реалізації. Іншими словами, акумулятор із того ж UPS, але підключений до схеми on-line, здатний тягнути ті ж споживачі в десятки разів довше, ніж працюючи у своєму UPS. Пояснюється це тим, що перетворення з 12 Вольт на змінне 220, а потім назад в 12 і 9 Вольт набагато менш економічне, ніж перетворення близьких постійних напруг.

Ще один варіант побудови схеми безперебійного живлення - використовувати USB powerbank з навішеними на нього перетворювачами, що підвищують вихідну напругу, для живлення модему і роутера. По економічності це набагато краще, ніж варіант із використанням ДБЖ, але там свої неоптимальності. До того ж USB повербанк іноді потрібний у вирішенні інших питань.

Опис конструкції

Схема Повербанку для живлення Wi-Fi роутера та GPON модему

Конструкція описаного повербанку виготовлена ​​з розрахунку наступного:

• Топологія on-line, принцип "підключив та забув"
• Живлення Wi-Fi роутера - 9В, 200мА
• Живлення GPON модему - 12В, 200мА
• Наявність великої кількості NiMH елементів GP 380AFH, що благають про утилізацію.

Десь на форумах прочитав, що роутери TP-Link з живленням у 9В, можна живити напругою та 12В, але перевіряти, ризикуючи спалити роутер, не хотілося. Виходячи з цього, а також для забезпечення максимальної економічності при живленні від акумуляторів було вирішено застосувати 2 готових стабілізуючих імпульсних перетворювача.

Повербанк всередині, розташування компонентів

Ціни на комплектуючі на листопад 2022р.:

• Мережний безкорпусний блок живлення на 24В WX-DC2412 370 грн.
• Знижувальний перетворювач з регулюванням напруги та струму на XL4015E1 (для схеми заряджання) 110 грн.
• Знижувальний перетворювач із регулюванням напруги на XL4005 (для виходу на 9В) 65 грн.
• Підвищуюче - знижувальний перетворювач на XL6019 (для виходу на 12В) 140 грн.
• Цифровий вольтметр 105 грн.
• Послуги пошти близько 150 грн.
• Всього 940 грн.

Всі деталі доступні на місцевому радіоринку або можуть бути замовлені через інтернет.

Розташування електронних модулів

Акумулятори були набрані з бака для елементів живлення, що відслужили свій термін, які не встигли здати в пункт прийому через брак часу. Ось як корисно буває збирати відпрацьовані елементи живлення для здавання в брухт). З близько 150 NiMH елементів GP 380AFH було відібрано за ємністю 50 кращих, зібрано в блоки по 10 шт на 12 вольт. Відбір проводився зарядними пристроями Opus BT-C3100 і SkyRC MC3000, що живилися безпосередньо від 12-вольтового акумулятора, для забезпечення безперебійності. Opus BT-C3100 виявився для відбору саме цих елементів ефективніше, ніж SkyRC MC3000, хоча перший вважається побутовим, а другий професійним.

Акумуляторна батарея Powerbank з NiMH GP 380AFH x 50

Усередині кожного блоку встановлено термозапобіжник на 10А 85 град. (На схемі не показаний). Блоки з 10 штук були механічно скріплені один з одним за допомогою прозорого силікону та клею Момент-Кристал із зазором між ними 4-5 мм для охолодження. Незважаючи на підбір елементів, спостерігався значний розкид характеристик як по ємності, так і по внутрішньому опору. Тому було прийнято рішення з'єднати всі відповідні елементи кожного блоку паралельно. Ця ідея виникла ще на етапі підбору, тому блоки елементи відбиралися так, щоб до елемента з меншою ємністю опинявся в паралель елемент з більшою ємністю. Так як струми заряду-розряду невеликі, підбором з внутрішнього опору було вирішено знехтувати.

Повербанк вид збоку

Повербанк зовнішній вигляд

Мережевий блок живлення WX-DC2412 220V AC to 24V DC 4A max в якості U1

Знижуючий стабілізуючий перетворювач в якості U2. Має можливість регулювання як вихідної напруги, так і обмеження по силі струму, завдяки чому може використовуватися як зарядний для акумуляторів. Потенціометр, обведений червоним, встановлює силу струму, обведений синім, відповідно - регулювання вихідної напруги.

Знижуючий стабілізуючий перетворювач в якості U3. Має можливість регулювання вихідної напруги.

Підвищуюче-знижуючий стабілізуючий перетворювач в якості U4. Має можливість регулювання вихідної напруги.

Напруга виходу перетворювача U2 була встановлена ​​14,1 вольт, максимальна сила струму 1,5А, що відповідає струму заряду акумуляторної батареї близько 1,1А.
Гетинаксові панелі, шпильки, гайки тощо з гаражного брухту. Провід - від старих комп'ютерних блоків живлення, діод, вимикач, штекера і роз'єми з розбирання, але якщо їх немає, то стоять вони в радіомагазинах дрібниці.
Штекера до роутера та модему однакові 5,5х1,5 з плюсом посередині, мінус зовні.
Практика показала, що повного заряду акумуляторів вистачає більш ніж на 1 добу безперервної роботи.
Це опис конструкції на акумуляторах NiMH з елементів GP 380AFH.
Ще одна конструкція була зібрана на елементах LiFePO4.

Повербанк, складений з 3 x 4S LiFePO4

Якщо потрібний більший час автономної роботи, можна підключити додаткові акумулятори 12В паралельно основному або вибрати акумулятор більшої ємності. Можна підключати навіть автомобільний акумулятор (струм знижувального зарядного перетворювача при цьому можна збільшити до 3А), можна використовувати "акумулятор, що підсів", який вже не прокручує стартер. Знайомий зробив повербанк за цим "рецептом" і підключив його до автомобільного акумулятора, який відслужив років 5, у якого замкнуто 1 банк, каже, вистачає на приблизно 15 годин безперервної роботи.

Вибір акумулятора

Акумулятор можна ставити гелевий або AGM, як для блоків безперебійного живлення, 12В, 7-9-12 А/год. Також можна застосувати класичний свинцевий кислотний, гелевий або AGM акумулятор з посипаною (замкнутою) 1 банкою. І, звичайно, можна застосувати 4S (4 послідовно з'єднані елементи) акумуляторні батареї LiFePO4 та Li-Ion - Li-Pol, з відібраних елементів, але в цьому випадку відбір жорсткіший і застосування BMS (battery management system) (балансир, плата балансування) обов'язково. Li-Ion - Li-Pol акумулятори можна взяти в майстернях, де перепакують батареї для ноутбуків та електроінструменту. Якщо використовується кілька акумуляторних батарей, вони мають бути однієї електрохімічної системи. Якщо використовується, скажімо, свинцевий акумулятор із замкнутою банкою, то йому в паралель для посилення можна чіпляти такий самий свинцевий акумулятор із замкненою банкою. Можна навіть використовувати акумулятори на 6 Вольт, але в цьому випадку перетворювачі U3 та U4 мають бути підвищуючими. В рамках однієї статті складно описати всі можливі варіанти застосування акумуляторів у такому безперебійнику. У всіх випадках необхідно коригувати напругу вузла заряду (перетворювач U2).

Орієнтовна напруга виходу перетворювача U2

* число перед S означає кількість послідовно з'єднаних елементів.

Якщо в якості D1 використовується діод шоттки, напругу на виході перетворювача необхідно зменшити приблизно на 0,4 В. Щоб уникнути ексцесів з акумуляторами, та навантаженням (модем + роутер), усі перетворювачі мають бути налаштовані до включення до складу повербанку. Плутати + і - категорично не допускається.

Налаштування струму обмеження перетворювача заряду U2 відповідає принципу чим більша ємність акумулятора, тим більший струм можна ставити перетворювач заряду U2. Струм заряду акумуляторів = струму обмеження перетворювача U2 мінус струм споживання навантаження (модем + роутер) через перетворювачі. Струм заряду не доцільно знижувати нижче 0,1С і не повинен бути вищим за 1С, де С - ємність акумулятора. Чим більше струм заряду, тим швидше заряджаються акумулятори і тим швидше вони втрачають ємність у процесі експлуатації. Якщо струм заряду занадто малий, є ризик, що за короткий час акумулятор зарядитися не встигне. Є думка, що деяким середнім оптимальним струмом зарядки для свинцевих, гелевих і AGM є струм 0,2С, наприклад, для акумулятора 12В 7А/год., для решти типів акумуляторов 0,3С.

Слід пам'ятати, що автомобільні негерметичні свинцево-кислотні акумулятори в роботі виділяють шкідливі гази, тому їх краще розміщувати в приміщеннях, що провітрюються. Щоб значно зменшити виділення газів, а також для продовження служби такого акумулятора його слід експлуатувати в діапазоні температур 10-25°С, заряджати струмом не більше 0,1°С до напруги не більше 14,3°С. не глибше 10-11В.

Також слід дотримуватись правил експлуатації відповідних акумуляторів, основні з яких: не нагрівати вище 60^oС, не допускати переполюсування, короткого замикання, перезаряду та перерозряду.

Діод D1 (в описаній конструкції застосований діод Шоттки SB340) потрібен для того, щоб акумулятори не розряджалися через зарядний перетворювач U2 та блок живлення. Якщо його виключити, то під час зникнення напруги мережі 220В акумулятор додатково розряджатиметься через зарядні ланцюги струмом близько 30 мА. Це на 7-8% скоротить його час безперебійної роботи. Як діод краще вибрати діод Шоттки, у нього нижче пряме падіння напруги, з максимальною напругою не нижче 30 В і максимальним струмом 3-6А (краще більше). Діоди, рекомендовані для застосування в якості D1: Шоттки: 1N5844, SB340, SB350, SB540, SB550, 1N5822 Звичайні: FR601 - FR607, FR501 - FR507

Регулювання

Регулювання просте і полягає в наступному:

• Регулювання модулів U2, U3 та U4 проводиться до монтажу у схему повербанку.
• Напруга на виході знижувального зарядного перетворювача U2 залежить від акумулятора, що застосовується, і орієнтовно встановлюється відповідно до таблиці, наведеної вище. Обмеження струму виходу понижуючого зарядного перетворювача U2 залежить від ємності акумулятора, що застосовується, і описано тут.
• Перетворювачі U3 і U4 налаштовуються на ті напруги, які потрібні конкретним споживачам (модему та роутеру).

На цьому регулювання закінчується.

Складання

Складання проводиться після регулювання модулів U2, U3 та U4. Зібраний повербанк слід ретельно перевірити на наявність переполюсувань та коротких замикань і лише потім з'єднувати з акумулятором та включати до мережі. Слід пам'ятати, що електроніка переполюсування не прощає.

Такого плану powerbank можна застосовувати як для систем відеоспостереження, для живлення домашніх роутерів і модемів, так і свічей ethernet провайдерів, щоб забезпечити безперебійність дротового інтернету. У цьому випадку можна спростити конструкцію, виключивши один із понижувальних перетворювачів.

Шляхи здешевлення, спрощення та модернізації конструкції

Для здешевлення конструкції можна використовувати замість знижувального перетворювача U4 лінійний стабілізатор напруги LM7809. Таке рішення трохи знизить ККД під час живлення від акумуляторів. Якщо в якості акумулятора буде використана 4S Li-ion або Li-pol, то замість U3 доцільно застосувати не підвищуюче - знижуючий, а дешевший понижувальний перетворювач або навіть лінійний стабілізатор напруги LM7812. Замість мережевого стабілізованого блоку живлення на 24В WX-DC2412 можна застосувати інший з виходом 24В 3-4А, або навіть використовувати нестабілізоване джерело живлення, що представляє собою мережевий трансформатор з первинною обмоткою на 220 Вольт і вторинною на 15 - 20 Вольт, щонайменше 1000uF x 50V. В цьому випадку стабілізація буде на перетворювачі U2. Якщо використовується свинцевий, гелевий, AGM або NiMH, NiCd акумулятор (без BMS контролера), має сенс зібрати відсікач навантаження за мінімальною заданою напругою на акумуляторах. Це може значно продовжити термін служби акумуляторів.

Ще помічено, що зарядний перетворювач U2, що рекомендується, при встановленому струмі заряду більше 1 А досить сильно гріється (але все-таки працює). Причина - його дросель, на якому китайці заощадили. Якщо потрібно струм заряду більше 1 А, бажано, а при встановленні зарядного струму більше 2 А обов'язково, або підібрати інший, потужніший перетворювач з регулюванням струму і напруги, або допрацювати цей, перемотавши дросель дротом трохи товщі і збільшивши кількість витків на 20%. Також можна встановити замість рідного дроселя, знятий з розбирання комп'ютерного блоку АТХ синфазний дросель.

Описана вище конструкція надає великі можливості для модернізації як щодо нарощування ємності акумуляторних батарей, так і добавкою нових функцій. Наприклад, можна перетворити повербанк на зарядну станцію, зробивши виходи на USB та/або на ноутбук чи інший гаджет, наявний у користуванні.

Для організації USB зарядки необхідний понижувальний перетворювач, налаштований на 5 вольт 3 ампери.

Понижуючий перетворювач на LM25116, Uвх-6~40V, Uвих-1.2~36V, 20А, з регулюванням струму та напруги

Включити його слід до акумуляторної батареї через запобіжник та вимикач. До його виходу можна підключити 2 USB гнізда, які легко можна знайти на радіоринку або в інтернет - магазинах. Ми ставимо гнізда з розбирання від старих материнських плат. До виходу перетворювача можна підключити світлодіод (через резистор), для індикації наявності напруги на USB виході.

Цей же перетворювач (налаштований відповідно, як описано вище) рекомендується застосовувати як зарядний U2, якщо ємність акумуляторної батареї перевищує 10 А/год.

За таким же принципом можна зробити вихід на живлення ноутбука (зазвичай 19 або 21 вольт), для цього знадобиться перетворювач, що підвищує, налаштований на відповідну вихідну напругу і силу струму ампер 5-10.

Підвищуючий перетворювач на TL494, Uвх-8.5~50V, Uвих-10~60V, 400Вт, з регулюванням струму та напруги

Вмикати його в схему слід також через запобіжник та вимикач. Вихід рекомендуємо робити на парі мама-тато роз'ємів XT30, тата підключаємо до покупного кабелю, з роз'ємом живлення ноутбука. Такий кабель також можна знайти на радіоринку або в інтернет-магазинах.

Ще ідея - так само оснастити повербанк освітлювальним світлодіодом або стрічкою.

Тому рекомендуємо, якщо передбачається робота з акумуляторами великої ємності, залишити запас місця для додаткових перетворювачів та для вашої фантазії.

Замість заключення

Цією статтею автор хотів поділитися не так готовою конструкцією, скільки принципами та ідеями, покладеними в її основу.

Ще слід розуміти, що безперебійний інтернет буде гарантовано у разі використання GPON (Gigabit Passive Optical Network) (оптоволоконної) технології передачі даних. Ця технологія пов'язує безпосередньо провайдера та користувача та не вимагає наявності проміжних роутерів та свічів. У разі використання проводового каналу зв'язку по кручений парі потрібні проміжні роутери і свічі, яким також необхідне безперебійне живлення. Зазвичай провайдери не турбують себе забезпеченням безперебійності живлення апаратури, що стоїть поза їхніми приміщеннями. Це призводить до того, що якщо шляхом проходження сигналу між провайдером і вами буде відсутнє електроживлення, навіть у разі безперебійності живлення вашого роутера, доступ в інтернет буде відсутній. Адже на шляху прямування сигналу, що йде по кручений парі зустрінуться десятки свічів, хабів та роутерів, що також вимагають живлення. Іншими словами, якщо у вас провідний інтернет, то для забезпечення безперебійності доступу потрібно перейти на GPON (оптоволокно). Для цього зазвичай достатньо залишити заявку у свого провайдера.

Деталі

Опубліковано: 18 серпня 2024

Перегляди: 147

Робота з пробником істотно змінила наше
уявлення про електролітичні конденсатори,
їх якості та виробників...

Одним із найненадійніших радіоелементів в електронній апаратурі був і залишається електролітичний конденсатор. Найчастішою причиною виходу з ладу є «висихання» електроліту, що призводить до підвищення ESR (equivalent series resistance) еквівалентного послідовного опору (ЕПО). При вимірюванні тільки ємності «підсохлого» конденсатора різниця зі справним практично не видно. Крім того, в більшості випадків вимір ємності вимагатиме вилучення конденсатора зі схеми, що не завжди зручно, а процес випаювання – впаювання згубно відбивається на самих конденсаторах.

На підставі досвіду конструювання та експлуатації подібних приладів наводимо порівняння приладів різних видів та форматів для вимірювання та індикації еквівалентного послідовного опору (ЕПО, ESR) електролітичних конденсаторів.

Вимоги, покладені в основу розробки нашого приладу для перевірки електролітичних конденсаторів – індикатора еквівалентного послідовного опору:

1. Можливість перевіряти конденсатори не випаюючи зі схем.
1.1 Щоб зменшити вплив схеми, в якій стоїть електроліт, не нашкодити їй, і водночас мінімізувати її вплив на точність вимірювання, напруга на відкритих щупах не повинна перевищувати 200 мВ (менше відкривання напівпровідникових np переходів).
2. Портативність, зручність, практичність.
2.1 Прилад має бути виконаний у вигляді пробника, адже немає необхідності в точному вимірі ESR, похибка вимірювання в 20 - 30% цілком задовільна. До речі сказати з досвіду - нагрівання електролітичного конденсатора від кімнатної температури до температури пальців (33-35 град.) знижує ESR в середньому в 1,5 рази. Точний вимір ESR виправдано хіба що за умов заводів, які випускають електролітичні конденсатори, для поточного контролю продукції. Та й швидкість реакції на світлодіодну індикацію набагато швидше, ніж цифри дисплея. При цьому, щоб розширити діапазон вимірювання, логарифмічна індикація краща, ніж лінійна. Логарифмічна індикація дозволяє охопити ширший динамічний діапазон на тій самій кількості світлодіодів, ніж лінійна.
2.2 Прилад повинен бути акумуляторним з автономною роботою не менше 8 годин. Цього вистачить, щоб використовувати прилад на виїзних роботах, у відрядженнях не тягаючи з собою ще й адаптер, який важить більше, ніж сам прилад.
2.3 Захист від заряду вимірюваного конденсатора. Пробник не повинен бути пошкоджений або пошкодження повинні бути мінімальними у випадку, якщо вимірюваний конденсатор виявиться зарядженим.
3. Для забезпечення відповідної точності та усунення залежності індикації від ємності, у схемі повинен бути присутнім синхронний детектор.
4. Частота вимірювання має лежати в межах 30 – 200 кГц

Пробник – вимірювач – індикатор еквівалентного послідовного опору (ЕПО, ESR) електролітичних конденсаторів. Технічні характеристики останньої версії приладу

Прилад призначений для оцінки ESR (equivalent series resistance, еквівалентного послідовного опору, ЕПО) електролітичних конденсаторів без випаювання (від'єднання) із схем.
Змінна напруга на розімкнених щупах не більше 200 мВ, що виключає вплив зовнішніх ланцюгів на показання приладу, а напруга, що наводиться, не виведе зовнішні ланцюги з ладу.
Частота вимірювання 100 кГц +- 20%
Діапазон оцінюваного ESR 0.1 - 5.0 Ом.
Світлодіодна індикація з логарифмічною шкалою. Кількість світлодіодів індикації 10.
Діапазон ємностей конденсаторів, що перевіряються від 0,1 мкФ і більше.
При під'єднанні витримує розряд конденсаторів напругою до 50 В.
Живлення від вбудованого Li-ion акумулятора.
Повної зарядки акумулятора вистачає на 10 годин безперервної роботи приладу.
Тривалість повної зарядки не більше 3 годин.
Схема контролю зарядки вбудована в прилад.
Зарядний адаптер - від мобільних пристроїв Nokia старого зразка (тип ACP-7E 3.7V 355mA 1.3VA).

Пробник – вимірник – індикатор ESR (еквівалентного послідовного опору, ЕПО) електролітичних конденсаторів (електролітів). Спрощена конструкція (прототип) для перевірки електролітів.

Достатня простота конструкції пробника та ефективність у роботі, перевірена вже 10-річним досвідом експлуатації як у майстерні, так і на виїзді. Прилад призначений для оцінки ESR (equivalent series resistance, еквівалентного послідовного опору, ЕПО) електролітичних конденсаторів без випаювання (від'єднання) зі схем.
Змінна напруга на розімкнених щупах не більше 200 мВ.
Частота вимірювання 40 кГц + - 20%
Діапазон оцінюваного ESR 0.2 - 5.0 Ом ділиться на 2 піддіапазони 0.2 - 1.0 Ом і 1.0 - 5.0 Ом.
Світлодіодна індикація з логарифмічною шкалою. Кількість світлодіодів індикації 5.
Діапазон ємностей конденсаторів, що перевіряються від 1,0 мкФ і більше.
При під'єднанні витримує розряд конденсаторів напругою до 300 В.
Живлення здійснюється від вбудованого Ni-Cd акумулятора номінальною напругою 6 В, ємністю 80 мА/ч.
Повної зарядки акумулятора вистачає на 6 годин безперервної роботи приладу.
Тривалість повної зарядки не більше 3 годин.
Схема контролю зарядки вбудована в прилад.
Зарядний адаптер - від мобільних пристроїв Nokia старого зразка (тип ACP-7E 3.7V 355mA 1.3VA).

Мал.2 Зовнішній вигляд готової конструкції пробника - індикатора ESR електролітичних конденсаторів.

Мал.3 Вид приладу для перевірки електролітичних конденсаторів із боку друкованої плати.

Рис.4 Структурна схема пробника - індикатора ESR електролітичних конденсаторів. частотою 35-40 кГц, обмежувач, що служить для запобігання пошкодженню, якщо вимірюваний конденсатор виявиться зарядженим, підсилювач високої частоти з коефіцієнтом посилення, що перемикається, детектор, індикатор, стабілізатор напруги і акумулятор зі схемою заряду.

Рис.5 Принципова схема пробника - індикатора ESR електролітичних конденсаторів.

Задающий генератор виконаний на мікросхемі КМОП (CMOS) D1 40106 - 6-ти тригерах Шмідта, що дозволило спростити схему і включити 5 елементів як вихідного буфера. Відомо, що при мінімальній напрузі живлення буферні властивості КМОП елементів, як і будь-яких інших, також падають до мінімуму. Резистори R2 і R3 утворюють дільник, що визначає вихідну напругу на розімкнутих щупах. Діоди VD13, VD14 оберігають виходи мікросхеми D1 від попадання напруги, що опинилися між щупами внаслідок вимірювань конденсаторів, що "виявилися" зарядженими, або при "випадковому" включенні в робочий ланцюг. Від аналогічних випадків захищають підсилювач високої частоти діоди VD1, VD2 та резистор R5.
Підсилювач високої частоти виконаний на транзисторі VT2, і служить для підвищення чутливості при вимірюванні малих значень еквівалентного послідовного опору. Для того, щоб забезпечити вимірювання діапазону ESR 0.2 - 5.0 Ом за допомогою 5-світлодіодного логарифмічного індикатора, діапазон розбили на 2 піддіапазони. Перемикання між піддіапазонами здійснюється перемикачем S1, який змінює коефіцієнт посилення підсилювача високої частоти (УВЧ). Посилення УВЧ на піддіапазоні 1.0 - 5.0 Ом становить орієнтовно 5 і регулюється підбором R8, а на піддіапазоні 0.2 - 1.0 Ом орієнтовно 25 і регулюється мініатюрним підстроювальним резистором (триммером) R10. Цим же резистором в процесі регулювання добиваємося суміщення піддіапазонів.
Індикатор виконаний на мікросхемі DA1 BA6137 (повні прямі аналоги NTE1866, KA2285B, LB1423N, AN6884, GL1223), що є Мікросхема включає активний амплітудний детектор, підсилювач постійного струму, набір компараторів і ключі управління світлодіодами з обмежувачами струму. Мікросхема забезпечує логарифмічну індикацію рівня. Резистор R13 призначений для зниження рівня споживання світлодіодами, коли щупи не під'єднані і всі світлодіоди горять.
Тепер кілька слів про вибір робочої частоти приладу. Ці мікросхеми призначені для індикації рівня сигналу звукової частоти та містять активний амплітудний детектор. Принаймні у мікросхеми BA6137 на частотах вхідного сигналу вище 40 кГц спостерігалася невідповідність між рівнем сигналу і кількістю світлодіодів, що горять / не горять. Наприклад, на частоті 45 кГц і ESR = 1 Ом спалахує лише 1 світлодіод, ESR = 1.8 Ом - 2 світлодіоди (це правильно), а якщо ESR = 5.0 Ом, гасли все, що відповідало ESR < 1 Ом, що врешті-решт призведе до визначення несправного конденсатора як справний. З іншого боку, щоб знизити вплив ємності на показання, бажано вибирати частоту вище (100 - 200 кГц). Тому робочу частоту необхідно підібрати максимально високою, при якій зберігається відповідність показань приладу. Для калібрування та перевірки відповідності шкалі рівнів як джерело ESR можна використовувати безіндукційні опори, наприклад типу МОН.
Для забезпечення стабільності параметрів живлення критичних ланцюгів забезпечується через стабілізатор напруги, зібраний на транзисторах VT3 і VT4. Достоїнство такої схеми стабілізатора - високий коефіцієнт стабілізації і, на відміну від багатьох інтегральних стабілізаторів (voltage regulators), він не дасть вихідну напругу, якщо вхідна впала нижче за рівень, необхідний для забезпечення заданої вихідної напруги (функція UVLO under voltage lock out). Практично, прилад не ввімкнеться і індикатор не загориться, якщо напруга акумулятора впала нижче 3,3 В.
У приладі застосований нікель - кадмієвий акумулятор 3,6 Вольт 80 мА/год. Оскільки ці акумулятори відрізняються невибагливістю, то схема зарядки складністю не відрізняється. На транзисторі VT5 зібрано обмежувач напруги заряду, що обмежує його до 4.5 В.
Прилад зібраний на друкованій платі розміром 140 х 18 мм (формат пробника). Ще одна перевага такої конструкції – немає необхідності мудрувати щупи – адже до їх конструкції та якості пред'являються дуже жорсткі вимоги. У нашому пробнику щупи виконані зі шматка прута діаметром 2,0 - 2.2 мм для високотемпературного паяння (лок). Активний щуп має довжину 50 мм., пасивний – 100 мм.

Налагодження правильно зібраного приладу здійснюється в наступній послідовності:

1. Вимикаємо акумулятор.
2. Контроль напруги на колекторі VT3 в межах 3.0 - 3.1 Вольт при вхідній напрузі 3.6 - 4.5 В, при необхідності встановлюють підбором R14 та/або R15.
3. Підключаємо вольтметр до колектора VT3, а регульоване джерело живлення до його емітера. Починаючи з напруги джерела 2.0 поступово збільшуємо його до точки включення стабілізатора (спостерігається по стрибкоподібному підвищенню напруги на колекторі VT3). Напруга на емітері VT3 повинна бути в межах 3.3 - 3.4 В. Зменшити напругу включення можна трохи знизивши R18. Щоб знову виміряти напругу точки включення, необхідно встановити на регульованому джерелі живлення напругу нижче 2.0 В, вимкнути його, витримати паузу, поки стабілізатор скинеться, включити джерело і знову підвищувати напругу, контролюючи напругу на колекторі VT3. Такий порядок пояснюється тим, що стабілізатор має якість тригера.
4. Послідовне налагодження можна проводити з підключеним та зарядженим акумулятором.
5. За критеріями, описаними раніше, підбираємо частоту генератора резистором R1.
6. Встановити S1 у ліве (за схемою положення).
7. Підключити до щупів резистор опором 4,7 Ом і, підбираючи R8, домогтися, щоб горіли 4 з 5 світлодіодів індикатора.
8. Встановити S1 у праве (за схемою положення).
9. Підключити до щупів резистор опором 0,8 Ом і, повертаючи двигун R10, знову домогтися, щоб горіли 4 з 5-ти світлодіодів індикатора.
   На цьому налагодження можна вважати закінченим.

Загалом варто відзначити, що правильно зібрані пробники з R10, заміненим на постійний 220 Ом, задовільно працювали навіть без налагодження.

Шляхи модернізації прототипу пробника - індикатора ESR (equivalent series resistance)

Після випуску першої версії пробника (прототипу) минуло близько 10-ти років, елементна база змінилася за цей час, тому вирішили описати кілька напрямків, за якими ми модернізували наші робочі зразки, які зараз випускаємо.

1. Застосуванням синхронного детектора позбавитися залежності показань приладу від ємності конденсатора, що перевіряється. Застосування синхронного детектора накладає умову - відсутність фазових зрушень у ланцюгах виміру. Відповідна адаптація ланцюгів вимірювання призвела до зниження порогової напруги на вимірюваному конденсаторі, при якому вхідні ланцюги (генератора та обмежувача) можуть вийти з ладу. Тобто ланцюги, що підключаються до вимірюваного конденсатора, стають більш "ніжними". Ще один менш істотний аспект - ускладнюється введення у схему функції вимірювання (оцінки) ємності конденсатора, що вимірюється. Але, як показала практика, доцільність такої функції є досить низькою. Тому від цієї функції вимірювання ємності електроліту виключили вже на етапі прототипу, де вона реалізовувалась досить простими засобами (додаванням в схему одного конденсатора і одного перемикача).
2. Використання літій-іонного Li-ion акумулятора. При цьому знизиться вага та габарити приладу та збільшиться час роботи від акумулятора. Це вимагатиме застосування зарядного процесора (battery management).
3. Ще можна замінити стабілізатор на дискретні елементи на інтегральний. Доведеться підібрати інтегральний стабілізатор з функцією UVLO (under voltage lock out) або організувати її іншими способами.

Словом, немає межі досконалості....

Підсумок. Зібраний пробник - вимірник еквівалентного послідовного опору виявився одним із найбільш затребуваних приладів у майстерні, на який не шкода витратити час і зусилля з розробки та збирання. Після появи в бік професійного цифрового вимірювача ESR вже ніхто не дивиться. Спочатку їм перевіряли ще раз показання зібраного пробника - вимірювача, потім закинули далеко на полицю. Причому, коли стало питання, що одного пробника явно недостатньо, вирішили знову зайнятися розробкою але більш досконалої конструкції на сучасній елементній базі. Від старого варіанту залишився тільки формат приладу: малогабаритний ручний акумуляторний пробник - індикатор на світлодіодах із зовнішнім зарядним адаптером, де прибрано всі додаткові функції на зменшення габаритів і точності вимірювання ESR і розв'язки залежності показань від ємності.

14 вересня 2014 р.    м. Одеса

Деталі

Опубліковано: 03 квітня 2022

Перегляди: 1310

Деталі

Опубліковано: 03 квітня 2022

Перегляди: 1272

Обираючи ЕКГ кабель або SpO2 датчик, насамперед необхідно знати марку та тип апарату, вид роз'єму підключення, також може знадобитися серійний номер та рік випуску. Необхідно пам'ятати, що апарати одного і того ж типу залежно від року випуску та серійного номера можуть мати різні роз'єми підключення SpO2 датчиків та ЕКГ кабелів. Особливо це стосується таких поширених в Україні виробників, як Ютас та Mindray. Також необхідно враховувати, що в користуванні іноді трапляється апаратура китайського виробника всюдисущого з бирками відомих брендів. Тому один з кращих варіантів підібрати відповідний датчик або кабель - надати нехай несправний, але комплектний зразок датчика або кабелю. >Якщо необхідного кабелю або датчика в переліку не виявилося - його зазвичай можна замовити, зв'язавшись з нами.

Вибір ЕКГ кабелю для електрокардіографів та реанімаційних моніторів

Види контактів відведення ЕКГ кабелів

Мал.1 4 мм з пружиною "banana"
Мал.2 DIN 3.0 3 мм без пружини
Мал.3 DIN 1.5 мама
Мал.4 засувка "кнопка"
Мал.5 зажим

Контакти видів на Мал.1 та Мал.2 мають кабелі, що застосовуються з кардіографами. повинні підходити до відповідних електродів: грудних (грушок) і кінцевих (прищіпок) Контакти видів на Мал.4 та Мал.5 мають кабелю, що застосовуються з реанімаційними моніторами, а також з кардіографами у складі комплексів проведення стрес-тестів (стрес-системами) Вони кріпляться до липких одноразових електродів.
Роз'єми DIN 1.5 мама (Мал.3) мають деякі кабелі моніторів Холтера, а також деякі збірні ЕКГ кабелю.

При виборі ЕКГ кабелів слід враховувати, що в Україні прийнято Європейське кольорове маркування (IEC).Позначення Американського маркування - AHA.

Слід взяти до уваги, що кабелі для реанімаційних моніторів пацієнта бувають з 3-ма і з 5-ма відведеннями.
Іноді ще важливо знати, чи використовуватиметься кардіограф з кабелем при одночасному використанні дефібрилятора.
Якщо Ви не знайшли в нашому переліку марку Вашого апарату або його тип або виникли питання - будемо раді проконсультувати.

І, нарешті,

рекомендації з експлуатації датчиків SpO2 (сенсорів сатурації кисню крові), ЕКГ кабелів, датчиків температури та інших аксесуарів

1. Ізоляція кабелю може ставати жорсткою і крихкою від впливу ультрафіолетового випромінювання (під час обробки операційних бактерицидних ламп), а також при обробці деякими дезінфектантами. Для запобігання попаданню ультрафіолету рекомендуємо апаратуру разом з кабелями та датчиками накривати пелюшками або простирадлами. Якщо ж збільшилася жорсткість кабелю лише поблизу електродів – рекомендуємо змінити дезінфектант.
2. Слід уникати потрапляння рідин всередину датчиків SpO2 (сенсорів). Якщо все-таки це сталося – слід якнайшвидше відключити датчик від монітора або пульсоксиметра та видалити рідину за допомогою сухої паперової серветки. Вихід з ладу в таких випадках відбувається зазвичай не відразу, а через якийсь час, зумовлений тривалістю процесу корозії.
3. Покази приладів з датчиками SpO2 можуть мати сильну похибку, якщо сенсор одягнений на палець, вимазаний зеленкою, йодом та ін. препаратами, що фарбують. На свідчення можуть впливати навіть нафарбовані нігті пацієнтки. Але особливо погано, якщо барвник ще й встигне вбратися в матеріал світлофільтру. Закордонний виробник рекомендує для цього проводити регулярні огляди датчиків SpO2 та з ознаками фарбування негайно викидати.

03 вересня 2014 р. м. Одеса

Деталі

Опубліковано: 03 квітня 2022

Перегляди: 643