电路拆解——C4-12锂电池充电器

前言
手头许多18650动力电池嘛，但是一直没有一个多节锂电池充电器。一方面我自己着手在在制作一款大功率锂电池充电器，一方面，我也在海鲜市场寻找着那么一些比较不错的二手大功率锂电池充电器。那么一次偶然经历，在海鲜市场发现了一款某公司出品的C4-12锂电池充电器，C4代表可以同时支持4节锂电池，12代表总电流可达12A。（在下文中所有涉及品牌信息均打码）但是这一款锂电池充电器据买家描述，有多个通道坏掉了，不然不会以几十块这么低的价格给我。我的直觉告诉我，我能修好它，所以便整了回来，自己修理。


一、问题描述

听对方描述，这个锂电池充电器第2、4槽插入电池显示ERR，第1、3槽插入电池显示正常。我初步判断可能是锂电池充电芯片坏了，应该问题不大，更换芯片应该就可以。便拍下等待它发货给我。
疫情期间，物流非常的慢，直直等了半个月才受到货，订单都要自动关闭了。

拿到充电器时还是挺激动的，外观也比较不错，立即上手测试。（涉及品牌logo均打码）

对第四槽进行测试

第三槽测试。
经过测试我发现问题没有那么简单。第2、4槽确实显示ERR，代表error错误。而第一槽虽然可以正常显示，却无法充电，电流一直显示0.1A，只有第三槽可以正常调节电流电压进行快速充电。
这一下应该是三个槽位都坏掉了，不过我猜测这么多槽位都坏掉，一定是因为某些意外原因导致，比如错用24V供电把电路给烧了，不应该是电路的实用性问题。应该是比较好维修的，接下来拆机检测。


二、拆机详解
拆机很简单呀，四角螺丝拧掉，外壳分开就漏出来电路板主体。电路采用两个电路板构成，主板上有大部分元件，主单片机和升降压电路均在这里，通过软排线和屏幕副板相连接。

下图是屏幕电路板，通过软排线和主板相连接。通过观察屏幕为LCD液晶屏，和屏幕小板通过软连接相连。并且屏幕显示也没有出现问题就不再继续拆屏幕。

下图为主电路板，可以看出，电路板的整体布局比较简洁，按照功能进行模块化分区，每通道的供电、管理、反馈以及电流采样都可以直观的分辨出来。整体用料还是比较对得起这个价位的。

下图是对电路进行分区分析划定的功能框图。主板通过DC接口供电。而后分为四路。

• 黄色为5V降压电路：将输入电压降至5V，给三颗红色框内的单片机和显示屏供电。
• 红色为控制电路，采用新唐的三颗51单片机。左边和右边的单片机各控制两个槽位，包括电流采样、电压采样、MOS开关控制，降压电路使能控制。总的来说，这两颗单片机控制着蓝色和白色方框的工作。中间的一颗单片机负责显示屏的驱动，以及和左右两颗单片机进行通信控制，作为总控制器。
• 蓝色方框内是DCDC降压电路，一共四路，将输入12V电压降低至电池需要的电压，芯片的使能引脚连接到红色方框内的单片机，被单片机控制。
• 白色方框为电池充电电路。其实就是两颗MOS管，在锂电池正极和负极各设置了一颗MOS管，并且有采样电路。采样数据传输到单片机并接受单片机的控制。
  

这就是整个电路的大致工作流程，接下来对每一部分进行详细讲解。

• 蓝色方框内是DCDC降压电路，采用ME3118同步整流降压稳压器。12V输入电源经过降压稳压后通过后级MOS管控制导通与否来给锂电池充电。
  

下图是在该电路中ME3118的应用电路图。可以看到，芯片使能引脚EN接受单片机的控制。而输出电压反馈引脚FB也经过RC滤波网络后将输出电压信号传递给单片机。

这颗芯片在输入12V，输出5V时。在1A~3A充电电流下效率都在93%以上，是一颗比较不错的芯片。

• 黄色方框内是5V降压电路，采用的是ME6118高速LDO。因为三颗单片机和显示屏并不需要多大的电流，所以这颗LDO在输入12V输出5V的大压差下也能很正常的工作。
  

上图是ME6118的应用电路图，就像ASM1117一样，简便易用，朴实无华。

• 红色方框内是控制电路，采用新唐N76E003系列单片机。这颗单片机有8通道12bit的ADC，可以用来检测每通道的充电电压以及电流。同时还有8通道的PWM控制器，来控制电池正负极MOS管的开关以及蓝色方框内电源的使能。这样算来，每一颗单片机可以管理两个充电槽位，刚刚好符合原电路设计。同时这颗单片机有高速SPI以及两个串口，利用一颗单片机来和另外两颗交换数据，处理显示屏的信息在合适不过，因此便有了采用3颗51单片机的电路。
  

• 白色方框是电池充电电路，其实就是两颗MOS管。正极采用的是P-MOS管NCE4953，负极采用的是N-MOS管NCE9929。同时在负极连接有采样电阻，电池端放置有NCT热敏电阻检测温度。两颗MOS管接收单片机的控制。
  

基本电路就是这样，搞明白电路原理以后，猜测大致问题所在区域应该是在蓝色方框内降压电路，接下来开始检测维修。

三、维修测试
电路维修不能着急，从电源输入一级一级开始往后找， 这个电路板问题就如我猜的一样简单。12V输入后，连接到四颗并联的ME3118降压芯片上，那就先从这里测起。（这张照片拍的真干净）

其实这个问题所在肉眼就能看见了，第一路的这个芯片上面都烧黑了，怪不得第一路显示正常，却没有电流。而第二路的ME3118看起来很正常，但是因为显示错误，估计也已经内部击穿了。第三路可以正常充电，没啥问题。第四路ME3118外观正常，但是上电发烫严重，也是内部击穿了。而后又分别测试了输出电压。第三路正常输出4.2V，其他三路不带负载情况下都直接输出12V。这很明显电源芯片少了。这个问题维修起来也很简单，在网上下单了三片ME3118，一片一块钱，没多久就收到了货。

回来就立马给三路坏掉的电源芯片更换下来。在更换完成后接上屏幕进行测试。
通道一显示正常，并且可以正常设置电流进行充电了。果然和我猜的一样，就是这个芯片坏了。

第四路测试，显示正常了，可以设置最大电流进行正常充电。

第二路更换后，显示正常了，但是又出现了一个问题，界面一直显示温度100度，无法充电。

我赶紧对第二路的电路进行排查。发现电池旁边一颗NTC热敏电阻有一只引脚断了，非常不容易发现。为了以防万一，我更换了新的NTC热敏电阻。更滑后进行测试，这回问题不简单了，我测试发现问题还在，这就蹊跷了。
我将热敏电阻取下，发现仍旧显示100度，测量ADC采集引脚发现对地短路。这问题可不小了，要是线路元件短接了还能救回来，要是单片机坏了，那就没办法了，因为没有人家的程序。

我用万用表一路查，检查到这一颗NTC热敏电阻连接在单片机的第19引脚上，测量该引脚也是对地短路，并且这跟信号线一路过来并没有和其他什么东西连。那这极大可能是单片机击穿了，而且是只有这个引脚击穿了。我想了半天，最后的办法了，用烙铁把第19引脚从焊盘上翘起来了，和电路没有了直接连接。此时我用万用表测量发现仍旧对地短路，那这没跑了击穿了，救不回来了。最后只能放弃这一路了。

整体算是没有亏，三路维修好后都正常充电了，第二路也不影响其他路的使用。

总结

这个小东西的维修也算完成，虽然没有完美修复所有功能，但也是尽我所能了。使用起来和我自己做的另外一个锂电池充电器是足够了。我认为，整个维修如果遵循一套科学的流程会对整个维修过程有很好的效果。对电路进行分区，那一部分是干什么的，他们的控制方式以及控制流程是什么样的。搞清楚了这些，在面对一些肉眼不好分辨的问题时，可以系统性的排查，不会遗漏问题。同样的，电路维修过程也需要一些技巧，肉眼观察，上手摸温，一些小方法可以时维修事半功倍。