Przeróbka układu zasilania RTC w multimetrze UT181A

Multimetr Unit UT181A ma całkiem przydatną funkcję — wbudowany zegar czasu rzeczywistego. Okazało się jednak, że ma on pewną usterkę, a mówiąc dokładniej, usterkę ma mój egzemplarz multimetru. Być może ktoś jeszcze napotka ten problem, dlatego dziś opowiem o jednym ze sposobów jego rozwiązania.


Właściwie nie wiedziałem, jak nazwać to, co musiałem zrobić. Niby nie jest to modyfikacja, bo układ pozostał bez zmian, ale naprawą też trudno to nazwać, bo multimetr w zasadzie działa.

Przypomnę, że kilka lat temu kupiłem sobie nowy multimetr i napisałem nawet jego recenzję z testami. W recenzji wspominałem wtedy, że przyszedł z rozładowaną baterią. Pamiętam, że napisałem do sprzedawcy i ostatecznie dostałem niewielki zwrot pieniędzy. Wymieniłem baterię i na tym sprawa się skończyła.


Jak bardzo się myliłem! Okazało się, że po stosunkowo krótkim czasie — może po pół roku, może wcześniej albo później — bateria znów się rozładowała. W rezultacie w niektórych moich recenzjach mogliście co jakiś czas zobaczyć jakieś kosmiczne daty, za każdym razem inne.


W pewnym momencie miałem już tego serdecznie dość i postanowiłem sprawdzić, w czym tkwi problem. Układ RTC jest zbudowany na bazie układu SD2068.


Poszperałem w internecie i znalazłem jego kartę katalogową. Wynika z niej, że pierwotnie przewidziano zasilanie przez dwa wejścia: pin 3 z baterii podtrzymującej, a pin 8 z głównego obwodu zasilania.
Sprawdziłem połączenia pinów układu i ustaliłem, że w rzeczywistości pin 3 jest podłączony do masy, a do pinu 8 przez dwie diody podłączono baterię oraz główne zasilanie, które pojawia się po włączeniu multimetru.


Nie znalazłem pełnej karty katalogowej, ale okazało się, że ten układ ma bliźniaka o nazwie BQ32000. W jego karcie katalogowej podano, że z głównego obwodu zasilania pobiera aż 100 µA.
100 µA to naprawdę dużo. Dla przykładu typowa pojemność ogniwa 2032 wynosi 210-240 mAh, więc przy takim prądzie rozładuje się ono w ciągu 100 dni.


Rozwiązanie samo przyszło mi do głowy: odłączyć plus baterii, podnieść pin 3 i podłączyć do niego zasilanie podtrzymujące. Zrobiłem to, ale nic z tego — nie mogłem nawet ustawić godziny. Wchodzę w ustawienia, ustawiam ją, naciskam OK, a godzina się nie zmienia. Musiałem przywrócić wszystko do poprzedniego stanu.


Potem musiałem poprosić o „pomoc publiczności”. Zapytałem dwóch użytkowników tego przyrządu o zegar i zadałem im to samo pytanie: jak u was chodzi zegar?
Obaj szybko odpowiedzieli, że u nich wszystko działa bez zarzutu.

A więc problem występuje tylko u mnie. W dalszej rozmowie jeden z użytkowników zmierzył pobór prądu w swoim egzemplarzu i podesłał linki do kart katalogowych BQ3200 i SD2068, a drugi przekazał mi informacje o SD2068, których wcześniej nie miałem.

Okazało się, że pełna wersja schematu z karty katalogowej SD2068 jest znacznie ciekawsza. Przewidziano w niej wariant podłączenia taki jak w multimetrze, czyli zasilanie tylko przez główne wejście i separację diodową. W karcie katalogowej, którą znalazłem, tego schematu nie było.


Okazało się też, że pobór prądu z głównego wejścia powinien wynosić 1.2-1.5 µA, gdy pracuje tylko zegar, oraz 40-120 µA podczas transmisji danych. W karcie katalogowej, którą znalazłem, tej tabeli również nie było.



Początkowo pomyślałem, że trafił mi się układ o dużym poborze prądu, i nawet rozważałem zakup nowego. Znalazłem ten układ RTC na AliExpress. Kosztuje stosunkowo niewiele, ale jest sprzedawany w zestawach po 5 albo 10 sztuk. Już prawie go kupiłem, ale przypomniałem sobie, że jeden z użytkowników zmierzył u siebie prąd pobierany z baterii i uzyskał 1,33 µA.
Zmierzyłem u siebie:
Miernik wyłączony, prąd 25 µA
Miernik włączony, prąd -15 µA

Tak, dobrze widzicie — prąd płynie w stronę baterii, ale równie dobrze może płynąć w stronę multimetru przez drugą diodę.

1, 2. Wylutowuję układ i otrzymuję prąd około 30-32 µA, nawet bez niego. Potem prąd stopniowo maleje.
3. Z ciekawości lekko podgrzewam lutownicą miejsce montażu układu, nie dotykając samej płytki. Prąd znów rośnie.
4. Czekam, aż płytka ostygnie. Bez układu prąd wynosi około 26 µA; wcześniej miałem 25 µA z układem. Biorąc pod uwagę różnicę temperatury i inne czynniki, wychodzi na to, że za większość poboru odpowiadają prądy upływu w układzie separacji diodowej.


Diody znajdują się po drugiej stronie płytki, pod wyświetlaczem. Ta bliżej odpowiada za zasilanie z głównego obwodu, a ta położona głębiej — za zasilanie z baterii.
Najpierw wymieniłem diodę odpowiedzialną za zasilanie z głównego obwodu. Można to zrobić bez zdejmowania wyświetlacza.


W rezultacie mój 61E w ogóle nie rejestruje żadnego prądu. Po zamontowaniu układu pobór prądu wynosi 1.22 µA!
Jak było widać na wcześniejszym zdjęciu, zamontowane były diody z oznaczeniem SD. Znalazłem tylko diody Vishay S1D, ale są większe, na 200 V i 1 A — ewidentnie nie te.
Sprawdzenie miernikiem wykazało na nich spadek napięcia około 0.12 V, co wskazuje na diody Schottky’ego. I właśnie tutaj może tkwić problem: diody Schottky’ego są bardzo dobre, ale często mają jedną wadę — duży prąd wsteczny, przez co nie nadają się do tego zastosowania.



Jest też drugi problem. Mógłbym zostawić starą diodę w obwodzie baterii, ale wtedy układ scalony byłby stale z niej zasilany, ponieważ spadek napięcia na diodzie w głównym obwodzie byłby wyraźnie większy niż na diodzie w obwodzie podtrzymania.
Trzeba więc wymienić również drugą diodę. Obie diody to 1N4148, zgodnie z zaleceniami w nocie katalogowej.

Na układzie scalonym mamy 2,717 V, a na baterii 2,991 V — jest już dość stara.


Przy zasilaniu z głównego obwodu przed diodą jest 3,283 V. Jeszcze podczas wymiany diod wypatrzyłem na płytce wygodny punkt pomiarowy, po lewej stronie i poniżej baterii.
Na układzie RTC jest wtedy 2,988 V, a prąd w obwodzie baterii podtrzymującej wynosi zero.


Ale ciekawość nie dawała mi spokoju, więc poszedłem dalej. Kupiłem w najbliższym sklepie nową baterię 2032. Okazało się, że jej napięcie jest niemal takie samo jak w głównym obwodzie: 3,225 V, różnica wynosi zaledwie 60 mV.
Może się więc zdarzyć, że przy większym obciążeniu spadek napięcia na diodzie w głównym obwodzie wzrośnie i układ zacznie być zasilany również z baterii podtrzymującej. Tak właśnie stało się w tym przypadku, ale prąd wyniósł zaledwie 0,3 µA. Myślę, że to nie problem, choć wynik jest na granicy.


Na tym można uznać przeróbkę za zakończoną. Zegar działa, a prąd pobierany z baterii spadł z 25 µA do 1,2 µA, czyli 20-krotnie.


Wnioski.
Myślę, że producent początkowo zastosował diody Schottky’ego, żeby zmniejszyć spadek napięcia w tym obwodzie, choć zwykłe 1N4148 w zupełności by wystarczyły. Potem pojawiły się skargi, zaczęto montować 1N4148 i wszystko wróciło do normy. Mnie po prostu nie dopisało szczęście i kupiłem miernik właśnie z tej partii. Być może jednak ktoś ma podobny problem, dlatego postanowiłem opisać tę usterkę — może komuś się przyda.

W kolejnym kroku chcę wymienić wbudowany akumulator na coś nowszego, być może na ogniwo 18650.
Przy okazji: link w tytule prowadzi do najtańszej oferty UT181A na AliExpress.

I oczywiście ogromne podziękowania dla użytkowników infino i electronus, bo bez ich pomocy naprawa miernika byłaby trudniejsza.