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維修宜家費特沙14.4V電鉆

2022-08-30 22:21 作者:西山云舞 0人讀過 | 我要投稿

宜家的充電站以耐不用著稱。某天在閑魚上看到有一個人賣一臺自己維修失敗的，14.4V費克沙充電鉆。

這個充電鉆在宜家賣的可不便宜，于是拿下。

商品描述。

收到包裹打開，除了包裝盒充電器，就是這些東西了。

線路板被修得七零八落，很多銅箔都被剝離了，接線圖也沒有。

正面透光圖。

線路板背面。

對面透光圖。

首先看到的是這個18腳的芯片。型號是PIC16F1827

拿單片機來做主控。

引腳定義。

另一塊芯片F(xiàn)10Q20，應(yīng)該是模擬前端。

這是其中一節(jié)電池，已經(jīng)過放電了。

先把它充電到與其他電池電壓一致。

單片機的電源沒有電壓。

最終確認(rèn)是芯片F(xiàn)10Q20內(nèi)部短路。拆除后發(fā)現(xiàn)單片機供電回路穩(wěn)壓失效，達(dá)到12V，單片機應(yīng)該也燒掉了。由于這一套系統(tǒng)有程序在里面，而且完全找不到資料。決定更改方案。

可以保留的有放電開關(guān)場效應(yīng)管B240

充電開關(guān)場效應(yīng)管。承受3A散熱完全沒問題。

72K場效應(yīng)管。

S1A帖片三極管。

改方案只能先描原理圖，電容大部分都是 100nF。圖中的CPU應(yīng)該為MCU。

左上角是充電控制電路，單片機通過一個PWM驅(qū)動三極管Q1，經(jīng)過濾波再驅(qū)動場效應(yīng)管M3，控制場效應(yīng)管M5來打開/關(guān)斷充電回路，這個設(shè)計思路相當(dāng)清奇。單片機的12腳負(fù)責(zé)接收“充電器已插入”的信號。

左下角和中間的25腳芯片（網(wǎng)上查不到任何信息）負(fù)責(zé)電池電壓的檢測和均衡。該芯片與單片機的1、2、7、8、9腳直接相連。

右上角是放電控制電路。如果發(fā)生過流等異常，可以關(guān)斷Q2（實際上是個場效應(yīng)管，原廠把符號搞錯了）保護(hù)電池。其中的D2、ZD6似乎是用來防止電動機的異常反向電動勢損壞電路用的。電動機電流在Q2上的壓降，經(jīng)過濾波后送入單片機的11腳，進(jìn)行電流檢測。

右邊中間是充電指示燈，均由CPU直接控制。

右下角是檢測和保護(hù)電路。由單片機的18腳給出高電平，驅(qū)動熱敏電阻向單片機19腳輸入溫度信號；并驅(qū)動M2導(dǎo)通，把電池電壓經(jīng)過10:1分壓后輸入單片機10腳。之所以由單片機的10八角控制整個檢測電路的工作，是因為檢測電路的工作電流接近1mA，如果長期通電的話，幾個月電池就過放了。所以單片機是檢測到電動機在工作的時候才會去監(jiān)測溫度和電池電壓。

由于原控制方案無法修復(fù)，改成流行的FM8254AAV TSSOP-16 3/4節(jié)串聯(lián)用電池保護(hù)方案。

典型應(yīng)用電路，充電和放電MOS管都是N溝道，與充電站的應(yīng)用線路不一樣。VMP引腳內(nèi)部既有可開關(guān)的上拉和下拉電阻；同時在上拉和下拉電阻斷開時（高阻狀態(tài)），它也是一個電壓檢測端子，邏輯復(fù)雜，而且對保護(hù)很重要，這導(dǎo)致了對原電路較大的改動。

周邊元件典型值。

現(xiàn)在來看怎么一步一步的實現(xiàn)原電路的所有功能。先盡量利用原電路進(jìn)行一些局部改動。

充電控制電路：FM8254AA的COP腳是開漏輸出，可以直接連到R14，控制場效應(yīng)管M5來打開/關(guān)斷充電回路。

電池電壓的檢測和均衡：直接連FM8254AA的VINI腳。

放電控制電路：由于FM8254AA是控制正極端的 P溝道場效應(yīng)管，必須修改原電路，利用M2反相驅(qū)動Q2。

電動機電流檢測：原電流檢測腳接入VINI，當(dāng)過流 Q 2斷開的時候，VINI會持續(xù)高電平，直到調(diào)速開關(guān)放開。

實測了用同樣電池的7.2伏宜家電池鉆，過流動作電流大約20A，取樣電阻10mΩ，功率MOS導(dǎo)通電阻6.3mΩ，動作電壓約0.3V。

由于我買到的分檔是AAV，過流保護(hù)電壓是200mV，20A過流保護(hù)需要10毫mΩ的取樣電阻。在放電MOS管的驅(qū)動上利用R28、R9、R21作為分壓電阻，MOS管的門極電壓降低到6V，升高導(dǎo)通電阻到3mΩ。并讓過電流電池端電壓下降的時候，正反饋過流檢測過程，得到了低電池電量的時候，更容易過電流的特性。

另外PCB上還要增加5～7mΩ，當(dāng)前實際上只有0.3mΩ，需要進(jìn)行切割增加電阻。

最后得到了7.64mΩ的取樣電阻。

充電指示電路： CH+插上充電系列的時候，紅色LED通過4148接地，通電發(fā)光，表示在充電；充電結(jié)束后FM8254AA的COP轉(zhuǎn)為高阻抗，R27上拉M3門極， M3導(dǎo)通綠色LED通電發(fā)光，紅色LED因為串聯(lián)的4148導(dǎo)通電壓比綠色二極管高而熄滅，表示充電結(jié)束。

超溫保護(hù)：經(jīng)過測量所用的熱敏電阻特性是25℃10kΩ、40℃是6.5kΩ，60℃是2.5kΩ。超溫保護(hù)消耗電流比較大，需要在電動機在工作的時候才會去監(jiān)測。利用Q2的導(dǎo)通電阻另外建立電路去監(jiān)測電動機電流的方案不太現(xiàn)實。

網(wǎng)上查到了一篇拆解電池鉆調(diào)速器的文章，確定鉆調(diào)速器上也沒什么文章可做。利用原有的熱敏電阻改動比較麻煩。不如用一個無源的溫控開關(guān)來，利用8254AA芯片的CTL腳做超溫保護(hù)（CTL腳功能：電平高于0.8倍VDD鎖死充放電，下降到0.2倍VDD恢復(fù)）。

通過R32和Q3接地，F(xiàn)M8254AA正常工作。溫度開關(guān)高溫閉合后，CTL腳上拉到B+，F(xiàn)M8254AA進(jìn)入保護(hù)狀態(tài) ；溫度開關(guān)同時驅(qū)動Q3導(dǎo)通兩個充電指示二極管都無法發(fā)光，表示不能充電。

VMP引腳在本案例中以下情況起重要作用：

高阻狀態(tài)，輸入電壓不低于電池端電壓-0.9V以內(nèi)時，充放電FETs被開啟，電路處于正常狀態(tài)。

過放電保護(hù)狀態(tài)下，VMP引腳內(nèi)部900kΩ下拉，如果引腳電壓低于VDD引腳電壓的一半，則進(jìn)入低功耗狀態(tài)，充放電MOS都關(guān)閉。之后如果引腳電壓高于VDD引腳電壓的一半，則退出低功耗狀態(tài)，可以充電。

在過流保護(hù)狀態(tài)下，VMP引腳內(nèi)部1MΩ上拉，如果引腳電壓不低于電池端電壓-0.9V以內(nèi)時，退出過流保護(hù)狀態(tài)。

VMP引腳對于過充電保護(hù)也有很復(fù)雜的邏輯，但對本例沒有影響。

至此，原電路所有功能都已實現(xiàn)。

接下來是實施。過程略過，花了大概5小時時間焊接各種跳線和核對電路。

為了盡量利用原單片機的焊盤，需要把FM8254AA的引腳反過來，嗯，純手工。下圖是彎了一邊。

但是把FM8254AA焊接上去后，測試了充電指示燈電路工作正常，電鉆能正常旋轉(zhuǎn)，但很快出現(xiàn)了DOP腳輸出不穩(wěn)定的問題，而且芯片總是發(fā)熱。還發(fā)現(xiàn)VPM腳的邏輯是反的。由于這相當(dāng)于一個臨時的開發(fā)項目，對FM8254AA不太熟悉，懷疑是芯片版本的問題（因為我在網(wǎng)上找到了好幾個版本的data sheet，里面的電阻描述有些不一樣的）。

好吧，只好放棄直接換芯片，從網(wǎng)上買一塊FM8254AA成品板回來改吧。收到板之后拆掉 MOS管，各種飛線。結(jié)果上電之后充電MOS管下拉最低只有8V，充電指示燈電路就無法正常工作，然后換了一個新的芯片，居然出現(xiàn)原來一模一樣的故障，芯片發(fā)熱，各輸出腳，輸出電壓全亂了。已經(jīng)帶著防靜電手環(huán)電焊臺也測量過，接地正常。懷疑是手電鉆調(diào)速器有續(xù)二極管問題導(dǎo)致有反向電壓尖峰擊穿芯片。但是拆開調(diào)速器發(fā)現(xiàn)一切正常。

于是只能繼續(xù)換芯片，換了三片芯片，故障大同小異。換到最后一片芯片，看著線路板百思不得其解。正冥思苦想的時候，看到芯片5、6腳之間居然出現(xiàn)細(xì)微的電火花，還有輕微的煙霧。我馬上想起來之前在原版上改的時候就看到過一次有輕微煙霧出現(xiàn)，但是沒有找到原因，用實驗室電源供電發(fā)現(xiàn)芯片的電源消耗達(dá)20毫安，而且不穩(wěn)定，懷疑是芯片被靜電擊穿。把芯片拆下來測試電源電流卻一切正常，所有貼過上去出現(xiàn)故障的芯片實測都正常。