Umbau der RTC-Versorgung des Multimeters UT181A

Das Unit UT181A-Multimeter hat eine durchaus nützliche Funktion: eine eingebaute Echtzeituhr. Nun hat sich allerdings herausgestellt, dass sie einen Fehler hat – genauer gesagt, hat mein Exemplar des Multimeters diesen Fehler. Vielleicht stößt aber noch jemand auf dasselbe Problem, und über eine mögliche Lösung dafür erzähle ich heute.


Ich wusste gar nicht, wie ich das nennen sollte, was ich da machen musste. Für eine Modifikation reicht es wohl nicht, schließlich blieb die Schaltung unverändert. Reparatur passt aber auch nicht, denn im Grunde funktioniert das Multimeter ja.

Zur Erinnerung: Vor einigen Jahren habe ich mir ein neues Multimeter gekauft und sogar einen Testbericht dazu geschrieben. Damals schrieb ich in meinem Bericht, dass es mit einer leeren Batterie angekommen war. Ich weiß noch, dass ich dem Verkäufer geschrieben habe. Am Ende bekam ich sogar einen kleinen Teil des Kaufpreises zurück, tauschte die Batterie aus und dachte, damit wäre die Sache erledigt.


Wie sehr ich mich doch geirrt hatte: Nach relativ kurzer Zeit – vielleicht einem halben Jahr, vielleicht etwas weniger oder mehr – war die Batterie wieder leer. In einigen meiner Testberichte konntet ihr deshalb immer wieder völlig abwegige Datumsangaben sehen, und die waren jedes Mal anders.


Irgendwann hatte ich davon endgültig genug und beschloss, der Sache auf den Grund zu gehen. Die RTC-Schaltung basiert auf dem Chip SD2068.


Ich habe im Internet nachgesehen und das Datenblatt gefunden. Daraus geht hervor, dass die Versorgung ursprünglich über zwei Eingänge vorgesehen ist: Pin 3 von der Backup-Batterie und Pin 8 von der Hauptversorgung.
Nachdem ich die Pins des Chips durchgemessen hatte, stellte sich heraus, dass Pin 3 tatsächlich mit Masse verbunden ist. An Pin 8 sind über zwei Dioden sowohl die Batterie als auch die Hauptversorgung angeschlossen, die anliegt, wenn das Multimeter eingeschaltet ist.


Das vollständige Datenblatt konnte ich nicht finden. Dafür stellte sich heraus, dass es von diesem Chip einen Zwillingsbruder namens BQ32000 gibt. Laut dessen Datenblatt zieht er über die Hauptversorgung satte 100 µA.
100 µA sind tatsächlich eine Menge. Eine 2032-Knopfzelle hat zum Beispiel typischerweise eine Kapazität von 210–240 mAh. Bei diesem Strom wäre sie also nach 100 Tagen leer.


Die Lösung lag auf der Hand: den Pluspol der Batterie abtrennen, Pin 3 anheben und die Backup-Versorgung daran anschließen. Gesagt, getan – aber Pustekuchen: Ich konnte nicht einmal die Uhrzeit einstellen. Ich ging in die Einstellungen, stellte die Uhrzeit ein, drückte auf OK, aber die Uhrzeit änderte sich nicht. Also musste ich alles wieder in den ursprünglichen Zustand versetzen.


Danach musste ich „das Publikum um Hilfe bitten“. Ich fragte zwei Besitzer dieses Geräts nach ihrer Uhr und stellte beiden dieselbe Frage: Wie genau geht eure Uhr?
Beide meldeten sich sehr schnell und antworteten, dass bei ihnen alles bestens funktioniere.

Damit war klar: Das Problem liegt tatsächlich bei meinem Gerät. Im weiteren Austausch kam es dann so, dass einer der Nutzer bei seinem Gerät den Stromverbrauch gemessen und einen Link zu den Datenblättern des BQ3200 und des SD2068 geschickt hat. Der andere Nutzer lieferte mir Informationen zum SD2068, die mir noch gefehlt hatten.

Es stellte sich heraus, dass die vollständige Schaltung im Datenblatt des SD2068 deutlich interessanter aussieht. Dort gibt es auch eine Anschlussvariante wie im Multimeter, bei der die Versorgung nur über den Haupteingang erfolgt und durch Dioden entkoppelt ist. In dem Datenblatt, das ich gefunden hatte, war diese Schaltung nicht enthalten.


Außerdem sollte der Stromverbrauch am Haupteingang bei reinem Uhrenbetrieb zwischen 1,2 und 1,5 µA liegen und bei der Datenübertragung zwischen 40 und 120 µA. Auch diese Tabelle fehlte in dem Datenblatt, das ich gefunden hatte.



Zuerst dachte ich, ich hätte einen Chip mit zu hohem Stromverbrauch erwischt, und überlegte sogar, einen neuen zu kaufen. Ich fand diese RTC auf AliExpress. Sie kostet nicht viel, wird aber nur in Losen zu 5 oder 10 Stück verkauft. Ich war schon kurz davor, zu bestellen, erinnerte mich dann aber daran, dass einer der Nutzer bei seinem Gerät einen Batteriestrom von 1,33 µA gemessen hatte.
Also habe ich bei meinem Gerät gemessen:
Multimeter aus: Strom 25 µA
Multimeter an: Strom −15 µA

Ja, ihr habt richtig gelesen: Der Strom fließt in Richtung Batterie. Er kann aber genauso gut über die zweite Diode in Richtung Multimeter fließen.

1, 2. Ich löte den Chip aus und messe auch ohne ihn einen Strom von etwa 30–32 µA, der allmählich abnimmt.
3. Aus Neugier erwärme ich die Stelle, an der der Chip sitzt, ein wenig mit dem Lötkolben, ohne die Platine selbst zu berühren. Der Strom steigt wieder.
4. Ich warte, bis die Platine abgekühlt ist. Ohne Chip liegt der Strom bei etwa 26 µA. Mit Chip waren es oben 25 µA. Berücksichtigt man die unterschiedliche Temperatur oder sonstige Einflüsse, zeigt sich, dass der größte Teil des Stromverbrauchs durch Leckströme in der Diodenentkopplung entsteht.


Die Dioden befinden sich auf der anderen Seite der Platine, unter dem Display. Die vordere ist für die Versorgung aus den Hauptstromkreisen zuständig, die dahinterliegende für die Versorgung durch die Batterie.
Zuerst habe ich die Diode ausgetauscht, die für die Versorgung aus dem Hauptstromkreis zuständig ist. Das geht sogar, ohne das Display auszubauen.


Mein 61E zeigt überhaupt keinen Strom an. Nach dem Einsetzen des Chips beträgt der Stromverbrauch 1,22 µA!
Wie auf dem Foto oben zu sehen war, waren Dioden mit der Markierung SD verbaut. Ich fand nur S1D-Dioden von Vishay, aber die sind größer, für 200 V und 1 A ausgelegt – eindeutig nicht das Richtige.
Die Messung mit dem Multimeter ergab an ihnen einen Spannungsabfall von etwa 0,12 V, was auf Schottky-Dioden hindeutet. Und genau hier könnte das Problem liegen: Schottky-Dioden sind zwar sehr gut, haben aber oft einen Nachteil – einen hohen Rückstrom. Für diese Anwendung sind sie daher nicht geeignet.



Es gibt noch ein zweites Problem. Ich hätte die alte Diode im Batteriekreis lassen können, aber dann würde der Chip immer von der Batterie versorgt, weil der Spannungsabfall an der Diode im Hauptstromkreis deutlich größer wäre als im Reservekreis.
Also muss auch die zweite Diode ersetzt werden. Beide Dioden sind 1N4148, wie im Datenblatt angegeben.

Am Chip liegen 2,717 V an, an der Batterie 2,991 V – sie ist schon ziemlich alt.


Bei Versorgung über den Hauptstromkreis liegen vor der Diode 3,283 V an. Schon beim Austausch der Dioden hatte ich auf der Platine einen praktischen Messpunkt entdeckt, links unterhalb der Batterie.
Am RTC-Chip liegen dabei 2,988 V an, der Strom im Reservebatteriekreis beträgt null.


Doch der Forscherdrang trieb mich weiter: Im nächsten Laden kaufte ich eine neue Batterie der Größe 2032. Wie sich herausstellte, liegt ihre Spannung mit 3,225 V fast auf dem Niveau des Hauptstromkreises – der Unterschied beträgt gerade einmal 60 mV.
Damit ist folgende Situation möglich: Bei höherer Belastung steigt der Spannungsabfall an der Diode im Hauptstromkreis, sodass der Chip auch aus der Reservebatterie versorgt wird. Genau das ist hier passiert, allerdings betrug der Strom nur 0,3 µA. Ich denke, das ist unkritisch, auch wenn es knapp ist.


Damit ist der Umbau abgeschlossen. Die Uhr läuft, und der Strom aus der Batterie ist von 25 µA auf 1,2 µA gesunken – also auf ein Zwanzigstel.


Fazit.
Ich denke, der Hersteller hat ursprünglich Schottky-Dioden eingebaut, um den Spannungsabfall in diesem Stromkreis zu verringern. Dabei reichen normale 1N4148 dort völlig aus. Es gab wohl Beschwerden, dann wurden 1N4148 verbaut, und alles war wieder in Ordnung. Ich hatte einfach Pech und erwischte ein Gerät aus genau dieser Charge. Vielleicht hat aber noch jemand dasselbe Problem – deshalb habe ich die Beschreibung veröffentlicht. Vielleicht hilft sie ja jemandem.

Als Nächstes möchte ich den eingebauten Akku durch etwas Neueres ersetzen, vielleicht durch einen Akku im Format 18650.
Übrigens führt der Link in der Überschrift zum günstigsten UT181A-Angebot auf AliExpress.

Und natürlich ein großes Dankeschön an die Nutzer infino und electronus – ohne ihre Hilfe wäre die Reparatur des Geräts schwieriger gewesen.