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電推剪高效改鋰電（分立元件開關(guān)降壓電路應用1）

關(guān)福 >《其他》

2015.04.15

關(guān)注

KAIRUI防水電推剪，比較有勁，不過噪聲也偏大。新機時并沒有拍照，這是借用網(wǎng)上的圖：

　　是成套的，內(nèi)置充電電池，可充電的：

　　插上充電頭即充電，會亮起紅色指示燈：

　　用到現(xiàn)在外殼有些掉漆，不過刀頭依然鋒利。以下是本人用卡片相機實拍的圖，效果雖然有些勉強，但風格還算比較配套：

　　由于只是自家用，每個使用周期中閑置時間較長，每次用后如果充好電存放，下次取出要用時卻是差不多沒電了，電池自放電較大，只好現(xiàn)充現(xiàn)用，比較耽誤時間。
　　電池越來越不行了，充足電也支撐不夠一次使用了，換吧。拆開看看，原來是用2節(jié)AA鎳鎘電池串聯(lián)的，容量只有600mAh。這容量是按每個頭15分鐘設計的？下圖中的電池就是從里面拆出的：

　　手中有不少AA充電電池，其中有幾節(jié)稍舊的超霸（GP）鎳氫電池，每節(jié)容量是2400mAh。想想這電力容量每次夠變幻幾個發(fā)型用的，超耐用有木有？且同是AA，能保持原滋原味，就換上了。換后內(nèi)外觀沒什么變化。

　　不曾想，由于舊鎳氫電池有較大的自放電，每回取出使用時，電機竟然都是難以啟動，需要插上充電頭現(xiàn)充電很長時間才能緩過勁來（充電頭沒有升級擴容是主因），然后越用電越足——這么久的前奏也太捉弄人了吧！看來還得換，著急理發(fā)用，直接換成鋰電吧，來個終極解決。
　　先抄出原來的電路圖（這是后來整理的，就不顯擺當時手畫真跡了）：

　　圖中二極管D1原為RS1M，實際與1N400X相當。

　　再拆開，去掉里面的一個用于原來電池定位的塑料立筋后，里面空間恰好能放下一節(jié)18650電池，再給鋰電加個條狀的保護板，還是很合適的。簡單勞動，過程就不上圖了。這是換電池后的樣子，電池是綠皮的：

　　試通電，鋰電池電壓太高，電機瘋轉(zhuǎn)，有點嚇人。這樣肯定不行，需要降壓，最簡單的辦法是串聯(lián)二極管。先串一只1N4007試試，電壓還高、速度仍快，于是串了二只，差不多了。增加的兩只二極管串接在電機的白線上，圖中電路板下有1只，只能看到1只。實物如下：

　　部分元件和節(jié)點標示一下：

　　捉急理發(fā)，就先裝好、這么樣用一次吧～～實際使用效果還是很不錯的。
　　原來的充電頭沒勁、不能用了。主要是不喜歡那個歐式插頭，就不對這個充電頭進行改造了。充電頭已拆過，詳見拆機帖：http://bbs.mydigit.cn/read.php?tid=1088426

　　電推剪的充電插頭是專用形狀的，還得保留。鋰電要充電，就把原來的充電頭剪線了，只用線及插頭。線的另一端與一個聯(lián)想鼠標的優(yōu)質(zhì)USB線對接，改成USB插頭線了。改線時需要注意正負極性不可接錯。這樣可以與5V的手機充電頭共用，統(tǒng)一了不僅方便，同時電力充沛，可以邊理發(fā)邊充電，不需再擔心里面的電池沒電了。

　　在加裝專用充電芯片之前，臨時串聯(lián)二極管D1降壓做為充電電路，這個暫且按下不表。上改造后的電路圖：

　　這樣改后已經(jīng)很不錯了，18650電芯的容量一般在1500mAh以上，已經(jīng)遠高于原配電池的600mAh了。不過，這與完美還有距離，至少不如采用LDO好，不能就此止步。那么問題來了：除了要加上自動充電外，降壓電路怎么再改進呢？

那樣改為鋰電后，至少有兩點不夠滿意：
　　1、電機轉(zhuǎn)速受電池電壓影響較大，特別是在電池充滿電時轉(zhuǎn)速仍然偏高，對壽命影響較大。對于這個問題，可以將降壓二極管改為1A以上的低壓差LDO來解決，會有較好的效果。
　　2、串聯(lián)兩只二極管降壓或用LDO，損耗不小啊。估算一下，鋰電池的電壓按4.0V，2只二極管壓降按1.4V，那么電機上的電壓約2.6V，效率為：2.6/4=65%，有一定的提升空間。

　　為解決電壓匹配的問題，也可以考慮改造電機，即重繞線包，使之適用于4V電壓。不過，本人不善于繞制電機線包，這涉及到動平衡調(diào)整等精細活計、如何計算選用適當粗細的漆包線、怎么調(diào)整匝數(shù)等問題，感到難度不小。同時，改線包是不能解決電池電壓變化時，電機轉(zhuǎn)速或動力會隨之變化的問題的。
　　相比之下，還是采用降壓+穩(wěn)壓電路的方案更好——歡迎對此偏見拍磚。
　　即便已經(jīng)滿意，也會繼續(xù)改進的，因為本帖是為了實踐“分立元件開關(guān)降壓電路應用“的，目標是實現(xiàn)動力穩(wěn)定和電源高效。

　　于是，理完發(fā)后就開始考慮如何改造為開關(guān)電路進行降壓和穩(wěn)壓。手上沒有能工作于5V以下的DC-DC降壓IC，還是用分立元件做一個吧。先給降壓電路找個安裝位置，內(nèi)部可利用空間并不多：

　　似乎只有后部的這個空間（圖中位置2）最合適，面積雖然不大但還有些深度可利用。

　　電路必須簡單，邊仿真邊修改，設計了精干的自激Bulk穩(wěn)壓電路，實際僅比線性穩(wěn)壓電路多2個元件。先用常見元件搭建實物電路進行驗證及調(diào)整參數(shù)。沒使用面包板或電路板，手邊有啥就用啥，元件引腳長短不一，所以看上去比較狂野，大家看圖樂呵一下，哈哈～：

　　試過用NMOS管，效果一般：

　　電路不算復雜，經(jīng)驗證后決定不用電路板，搭棚構(gòu)建。關(guān)鍵元器件：
　　1、要有一個電阻小、電感量大的電感，后來在舊的開關(guān)電源板上找了個，就沒有自行繞制；
　　2、選一個主開關(guān)管，要雙極性的，NPN的2SD882好找（8050也可，好處是個頭小，但裕量略?。?，電流大，電機堵轉(zhuǎn)時能抗住；
　　3、要有個工作指示燈，用了個3mm紅色LED兼做電平移位和指示燈；
　　4、要有個合適的低壓穩(wěn)壓管，可用高靈敏貼片LED代替。
　　其他元器件個頭要小些，因為空間有限。

　　正式搭棚，確定以磁芯電感和D882為主體的結(jié)構(gòu)，這是個頭最大的2個零件。比較緊湊，有幾個貼片太小了，難以在圖上顯示清楚：

　　構(gòu)造時注意把需要調(diào)整的元件置于外圍，以方便更換。本電路僅需調(diào)整輸出電壓，調(diào)整元件為一個電阻。

　　輸出電容必不可少，這里上個小的。由于要接輸出線，這里需要一些強度，所以用了帶引腳的電容：

　　搭建的降壓電路塊在預定位置就位，大小剛剛好，多了個紅色的工作指示燈：

　　連接電池，以鑷子接通電源，電機正常運轉(zhuǎn)，初試成功：

　　圖中挨著電池的深色長條就是鋰電保護板。

　　關(guān)閉閃光燈拍照，能清楚看到LED亮起，還有個貼片藍光LED發(fā)出微弱的藍光，這個LED是當作穩(wěn)壓管用的：

　　然后按如下電路圖進行完善。前面搭棚的電路為圖中的"NPN降壓電路”，已然采用開關(guān)式DC-DC了; 充電部分暫時仍用二極管降壓方式：

　　試試插上充電線并通電工作時的情況：充電燈亮，工作燈微亮，穩(wěn)壓燈較亮，表明電機主要由外部供電。

　　最后對LED的限流電阻和外部直供電的限流電阻進行了調(diào)整，使得兩路電流分配適當、指示燈亮度均衡：

　　在電機兩端并聯(lián)了一個470uF的電解電容，較大的輸出電容用以保證開關(guān)式DC-DC電路穩(wěn)定工作。改好降壓—穩(wěn)壓電路后的完整內(nèi)部圖：

　　這部分就算完工了。說一下實測性能數(shù)據(jù)：
　　1、實測電機最佳工作電壓約2.6V，而非3V，若用3.3V的LDO則電壓明顯偏高。電機正常電流約0.26A。
　　2、接10Ω電阻負載時，本DC-DC電路輸出電壓2.665V，輸出功率0.710W。
　　3、接10Ω電阻負載、鋰電供電時，實測電池電壓3.9V、電流0.216A，消耗功率0.842W。
　　4、接10Ω電阻負載、鋰電供電時，按實測計算效率不低于84%。最高效率沒有測試。
　　5、按此電路，用輸出5.2V的USB供電頭充電，最高充電電壓僅4.0V，所以最好還是改一下充電電路。

　　隨后加裝自動充電管理電路。

展示加裝正規(guī)充電電路情況，位置選在電路板元件面。充電電路要考慮有線供電、邊充邊用的問題。
　　買了2元一個的移動電源板，經(jīng)測試充電單元是完好的，選用作為原料板：

　　上面有一塊型號為P40X的充電管理IC：

　　這顆IC體質(zhì)不錯，能保證邊充邊用。它的一些特性使它非常適合用在這里：
　　　1、可編程使充電電流可達1A
　　　2、預設充電電壓為 4.2V±1%
　　　3、充電電流輸出監(jiān)控
　　　4、充電狀態(tài)指示標志和充滿狀態(tài)標志
　　　5、自動再充電
　　　6、軟啟動限制浪涌電流
　　　7、輸出端具有防反灌保護功能。
　　性能及功能與TP4056基本一致，下面是它的典型應用電路圖：

　　根據(jù)充電IC的情況，再次修改、確定電推剪整體電路圖：

　?。ㄗⅲ河捎诔潆奍C電流能力夠大，最后實際沒有加裝R1、D3組成的電源輔助直供電路。）

　　把充電單元連同周圍電路板切下利用最為簡單：

　　這一小塊電路板后面沒有元件：

　　為加強散熱貼了片銅條。這是從80線并口硬盤線的插頭里拆出的接地銅條，把其中2根刺折彎后恰好能插入孔中定位。它同時能將電路板墊高，避免其他焊點與電推剪的主板接觸：

　　過程不多說，把小板焊裝到主板上了，先鍍錫，然后通過加熱銅片將它與主板的那條負電源銅箔焊到一起了。同時把原來的紅色充電指示LED換成紅藍雙色共陽LED了。測試一下，充電截止后藍燈亮：

　　接通電機后，電池電壓降低，就會自動重啟充電。充電過程中紅燈亮。這個雙色LED的亮度明顯不平衡，需要再調(diào)整一下：

　　通過調(diào)換電阻，把LED的紅、藍兩色發(fā)光亮度平衡了：

　　最終電路圖：

　　注意紅、藍LED是不可以顛倒功能、互換位置的。

　　測試沒有問題了，全部裝回，改造完成。推上電源開關(guān)試一下：

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