Доработка настольных цифровых часов

В интернет-магазине были приобретены многофункциональные настольные электронные часы со светодиодным дисплеем (рис. 1 ), имеющие функции отсчета времени, календаря, будильника с расширенными настройками и измерителя температуры окружающего воздуха Режим работы дисплея программируемый — обычный режим и ночной с пониженной яркостью. Часы рассчитаны на питание от источника напряжения постоянного тока 5 В, который не входит в комплект. В качестве резервного источника питания на случай отсутствия сетевого электроснабжения в часы можно установить три гальванических элемента типоразмера LRO3 (АДА).

В процессе эксплуатации этих часов был выявлен существенный конструктивный недостаток. При питании часов от большинства имеющихся в наличии сетевых адаптеров с импульсным преобразователем напряжения (зарядные устройства для мобильных телефонных аппаратов) при приближении руки к кнопкам управления происходит хаотичное переключение режимов работы часов. В таком случае их установка становилась невозможной. Ранее с аналогичным дефектом пришлось столкнуться при эксплуатации отечественных электронных часов “Электроника 6.03", выпущенных в 1993 г., собранных на многофункциональной микросхеме КА1035ХЛ1. Также был обнаружен ненадежный контакт штекера питания с гнездом, разрывающийся при незначительном перемещении комплектного USB-npo-вода питания. Для устранения этих дефектов было решено доработать приобретенное устройство

Для разборки этих часов надо медленно и аккуратно отклеить от корпуса зеркальный экран и, поочередно отжав четыре защелки, вынуть из корпуса переднюю панель. Предпочтительнее не отклеивать зеркальный экран, а вытащить его из корпуса вместе с передней панелью, скрытые защёлки находятся парами сверху и снизу по краям корпуса часов, глубина зацепов — около 1 мм.


Все детали часов, кроме гнезда питания и батарейного отсека, размещены на односторонней печатной плате с маркировкой ЕК8ОО1. Всеми процессами часов управляет одна интегральная микросхема в корпусе с 24 выводами, маркировка микросхемы стёрта изготовителем. Для устранения чувствительности часов к фоновым наводкам и электрическим помехам параллельно контактам пяти кнопок управления были припаяны миниатюрные керамические конденсаторы ёмкостью 33 пФ (рис. 2) Для наглядности были установлены выводные конденсаторы, но предпочтительнее использовать конденсаторы для поверхностного монтажа. При установке конденсаторов ёмкостью 100 пФ и более кнопки начинают работать нестабильно. На монтажной плате не было обнаружено штатно установленных конденсаторов, шунтирующих контакты кнопок, что при наличии длинных дорожек от кнопок до выводов микросхемы приводит к повышенной чувствительности устройства к помехам. Также для защиты от помех на плату с обратной стороны был приклеен экран из липкой алюминиевой фольги, электрически соединенный с общим проводом (минус напряжения питания).


Поскольку в комплекте часов не было штатного блока питания, а также из-за плохого контакта штекера питания и его неудачного расположения на задней стенке часов было решено оснастить это устройство миниатюрным встроенным импульсным блоком питания. От источника напряжения 5 В постоянного тока часы потребляют ток до 150 мА, от резервной батареи 4,5 В — 50. 100 мА в режиме включённой индикации и 10...20 мкА при выключенном дисплее. Часы сохраняют работоспособность при снижении напряжения питания до 3,2 В.

В качестве встраиваемого БП был выбран сетевой адаптер модели Alcatel WEU 350mA5V00-00 (рис. 3), рассчитанный на выходное напряжение 5 В при токе нагрузки до 350 мА. Поскольку в БП использована неизвестная микросхема ШИМ-контроллера, принципиальная схема не составлялась. Размеры платы БП — 45x30 мм — позволяют удачно разместить ее в корпусе часов. В режиме холостого хода выходное напряжение этого БП — 5,6 В, а при токе нагрузки 0,15 А — 5,3 В. Схема подключения модуля питания к часам показана на рис. 4 Модуль А1 — плата блока питания, модуль А2 — плата часов. Нумерация дополнительно установленных элементов начинается с префикса 1 Поскольку в часах отсутствует стабилизатор напряжения постоянного тока, для снижения напряжения питания установлен диод 1VD100, понижающий напряжение до 5,05 В. От напряжения питания зависят рабочий ток и яркость свечения SMD-светодиодов, повышенные значения которых могут негативно сказаться на сроке службы. Также в часах в цепи питания нет конденсаторов большой ёмкости, поэтому, в отсутствие резервной батареи при кратковременном пропадании напряжения питания, происходит сброс показаний часов. Поэтому дополнительно установленный конденсатор большой ёмкости 1С101 увеличивает время работы часов до 0,5 с при отсутствии сетевого электроснабжения. Резистор 1R101 необходим для разрядки конденсатора 1С101. чтобы при переходе на батарейное питание произошло отключение светодиодного дисплея. Подключенный параллельно конденсатору С7 нагрузочный резистор сопротивлением 360 Ом был удалён.


Для защиты импульсного БП от аномальных входных напряжений на входе диодного моста D1 D4 установлен варистор 1 RU 1. Для уменьшения тока включения БП дополнительно установлен невозгораемый резистор 1R1. Этот резистор также значительно снижает вероятность повреждения БП. Параллельно оксидному конденсатору С6 (2.2 мкФ на напряжение 25 В) со стороны печатного монтажа был установлен керамический SMD-конденсатор ёмкостью 1 мкФ. Аналогичным образом параллельно конденсатору С7 установлен керамический конденсатор ёмкостью 20 мкФ.


Вид на монтаж блока питания в корпусе часов показан на рис. 5 Вместо упомянутого блока питания можно использовать любой аналогичный, подходящий по размерам и параметрам. Если напряжение источника питания стабилизировано и находится в интервале 4.9...5,1 В, установка диода 1VD100 необязательна. Вместо дискового варистора SVC471-07 подойдёт любой аналогичный на классификационное напряжение 470 В. например, FNR-07K471, FNR-10K471. INR10D471, TVR10471, MYG10K471, ZNRV10471U. Диод 1N5817 можно заменить диодами 1N5818, 1N5819, SB120SB140, SK120SK140. В некоторых случаях, например, если в конструкции БП в узле стабилизации выходного напряжения используется микросхема TL431 или её аналог, может оказаться удобнее в незначительных пределах изменить выходное напряжение блока питания, а вместо диода 1D100 (ранее по тексту он дважды назван 1VD100) установить перемычку.


При работе светодиодного дисплея с полной яркостью часы потребляют от сети переменного тока 230 В мощность около 1,3 Вт. Кроме упомянутых недостатков, в этих часах был неудачно расположен термодатчик (терморезистор сопротивлением 12 кОм при температуре 18 °С), который был прижат к плате в направлении к её центру. Термодатчик следует отогнуть от монтажной платы поближе к краю корпуса часов (рис. 5 вверху слева}, чтобы измерение температуры стало точнее Также следует приклеить корпус кварцевого резонатора к плате.