Ремонт портативных устройств пожалуй самое любопытное занятие, имеется ввиду наличие различных узлов и блоков внутри устройства здесь пожалуй чуть ли самое большое на единицу объёма, что не может не увлечь. А раз устройство портативное, значит с вероятностью около 100 % внутри будет аккумулятор, а самый распространённый на сегодняшний день - Li-Ion в разных исполнениях. Для поддержания заряда в таких аккумуляторах устройство должно уметь его пополнять. В статье рассмотрим устройство аккумуляторов, несколько типовых цепей заряда и разумеется типовые проблемы с этими узлами.
Понятие "Устройство не заряжается" на самом деле гораздо обширней чем может показаться, поэтому разберём вопрос более детально и разделим его по симптомам, но сначала пару слов об аккумуляторах.
Аккумуляторы по типу контроллера BMS.
Battery Management System или по-нашему Система управления батареей - это контроллер аккумуляторной батареи, который служит для отслеживания токов заряда/разряда, защиты от высокой температуры, короткого замыкания и даже для сбора статистики циклов заряд/разряд и других параметров. Представляет собой плату, припаянную непосредственно к ячейкам Li-Ion банок. Контроллеры бывают нескольких типов, рассмотрим три основные. Я не уверен, что есть некая технологическая градация, я просто их разделил на типы, что называется для себя, это существенно упрощает ремонт и поиск неисправностей, когда понимаешь с чем имеешь дело.
Аккумулятор двухпроводный.
Это пожалуй самый простой тип, который обеспечивает только токовую защиту и напряжение отсечки полного заряда. Может быть построен как на универсальном плоском элементе в мягкой упаковке, так и на классическом элементе типоразмера 18650 (типов на самом деле гораздо больше, но статья не об этом).
Такие аккумуляторы практически никогда не вызывают проблем в диагностике, и если батарея "не держит" или не берёт зарядку - смело меняй аккумулятор.
Аккумулятор с датчиком температуры, трехпроводный.
Аккумулятор с тремя проводами подключения так же довольно распространённый тип и встречаются в устройствах не реже двухпроводных. Кроме положительного и отрицательного электродов, у трёхпроводного аккумулятора имеется еще вывод датчика температуры. Он служит для передачи значения температуры батареи в контроллер заряда самого устройства.
В редких случаях, при выходе температурного датчика из строя (обычно используется терморезистор) контроллер заряда может отключать зарядку или существенно снижать зарядный ток. Учитывайте это при диагностике!
Необходимость наличия такого датчика разработчик решает исходя из условий эксплуатации и факторов могущих влиять на температуру аккумуляторной батареи. В любом случае это связано с безопасной эксплуатацией устройства.
Такие аккумуляторы так же редко доставляют проблем в диагностике.
Умный аккумулятор, четыре провода и более.
Вот эти засранцы доставляют больше всего хлопот. И дело конечно в их "мозгах". Такие аккумуляторы как правило построены на "умной" плате BMS, которая подключается к контроллеру заряда в устройстве посредством цифровой шины (2 и более провода), чаще всего используется SMBus протокол живущий на шине IIC (I2C - квадратная шина). Подробно рассматривать работу интерфейса мы не будем, это тема для отдельной статьи. Хочу лишь сказать, что для проверки работоспособности аккумулятора желательно обзавестись специальным оборудованием для прошивки контроллеров таких аккумуляторов, т.к. простыми средствами диагностировать часто сложно.
Что понимается под сложной диагностикой? Дело в том, что умный контроллер может заблокироваться при случайном КЗ в нагрузке, а так же при "севших" банках после длительного простоя, и "вернуть его к жизни" путём поднятия заряда непосредственно на ячейках невозможно без прошивки, т.к. он может не только не отдавать заряд, но и не принимать его. Самый частый случай - напряжение на клеммах аккумулятора присутствует, устройсто с ним даже работает, а зарядку не берёт совсем.
На этом знакомство с самыми распространёнными аккумуляторы мы закончим и перейдём непосредственно к диагностике устройства при различных симптомах отсутствия заряда аккумулятора.
Диагностика.
Диагностику как обычно начинать следует с проверки значений зарядного тока, а значит подключить в качестве источника заряда следует ЛБП.
В целом при ремонте устройств, именно ток является самым болтливым, так что очень важно научиться его слушать и понимать о чём он говорит.
Для диагностики проблемы с зарядом на ЛБП надо выставить необходимое напряжение (например для USB устройств 5,3 Вольт) и проверить потребление тока через порт зарядки устройства. И тут у нас несколько возможных вариантов развития событий.
Ток не течёт.
Напрашивается обрыв в цепи, а это возможно неисправный входной разъём порта зарядки, его стоит подвергнуть проверке в первую очередь. Но разъём часто может вас обмануть, даже если "прозванивается" нормально, ток может не передавать, так что делайте замеры напряжения до и после него. При наличии напряжения на контактах разъёма проследуйте цепочку до первого потребителя, а им наверняка будет контроллер заряда. При наличии необходимого напряжения на входной цепи контроллера заряда (точка VBUS на Рис.6), необходимо достаточно точно дефектовать его неисправность, обвязки или самого аккумулятора, который ток не берёт.
Для примера я взял контроллер который можно встретить на планшетах, электронных книгах и других малогабаритных и портативных устройствах. Из данных таблицы (Рис. 7) можно понять, что токи холостого хода контроллера превышают значение 1 мА, т.е. замерить их с помощью ЛБП вполне реально. А значит, если ток не течёт совсем - контроллер вероятно требует замены.
В некоторых случаях виновником отсутствия зарядного тока может быть сам аккумулятор. Двух- и трех-проводные проверить не составляет труда, а вот четырёхпроводный проверить можно только программатором - заблокированный аккумулятор ток принимать не будет!
Закрепляем материал. Чтобы дефектовать неисправность контроллера заряда, всегда обращайтесь к технической документации и изучайте электрические рабочие характеристики.
Ток течёт, малое значение.
Это диагностическое событие вероятно будет с самым очевидным решением. Некоторое значение тока, которое явно не дотягивает до нормального (например менее 300-400 мА для стандартной батареи планшета/смартфона не является нормой), с вероятностью 90% будет свидетельствовать о неисправном аккумуляторе. Попытаюсь объяснить почему.
Как всегда не забываем и про входной разъём - падение напряжения на нём это явный свидетель его выхода из строя!
Неисправная батарея с утраченной ёмкостью как правило имеет высокое внутреннее сопротивление, в результате чего не в состоянии принимать/отдавать токи больших значений. Для уверенной диагностики достаточно выполнить измерения напряжений на входе контроллера заряда (точка VBUS на Рис.6) и на его выходе (точка BAT на Рис.6). При правильном напряжении VBUS (значение 5 Вольт для данной микросхемы), на аккумулятор будет подано достаточное напряжения для его заряда и контроллер, пытаясь добиться зарядного тока, будет его повышать, пока не достигнет максимального значения 4,5 Вольт. Ток при этом значительно вырасти не может из-за высокого сопротивления неисправной батареи.
Некоторые особо умные контроллеры после попытки зарядить неисправную батарею, не достигнув нормального зарядного тока, просто отключают процесс в течении нескольких или десятков секунд! Обращаем внимание на поведение тока в течении некоторого времени!
Отсутствие напряжения зарядки на самой батарее будет означать неисправность контроллера или его обвязки. В этом случае проверяем сигналы управления и при их наличии - дефектуем контроллер.
Сопровождающимся симптомом неисправной батареи так же будут неверные показания уровня заряда в процессе эксплуатации, часто завышенные, с резким хаотичным падением значений.
Ток течёт, короткое замыкание.
При ненормальных и явно завышенных значениях тока протекающего от зарядного блока отыскиваем КЗ на входных цепях устройства. Самым частым виновником назначаем снова разъём порта зарядки, поэтому его подвергаем проверке в первую очередь.
Следующим потенциальным виновником можно назвать контроллер заряда. Так же легко дефектуется по излишнему перегреву.
Таким образом я познакомил вас с основными моментами при диагностике проблем заряда аккумуляторов Li-Ion в современных устройствах. Картина разумеется не полная, но охватить всевозможные устройства и принципы заряда в одной статье нереально, но может быть дополнена в будущем.
Так же читайте статью "Устройство не включается", где я рассматриваю основные причины и поиск неисправности "невключаек".
Если понравилось, на забудьте поблагодарить автора.
