@宜家FIXA费特沙14.4V充电钻维修

宜家的充电站以耐不用著称。某天在闲鱼上看到有一个人卖一台自己维修失败的，14.4V费克沙充电钻。

这个充电钻在宜家卖的可不便宜。于是拿下。

商品描述。

收到包裹打开，除了包装盒充电器，就是这些东西了。

线路板被修得七零八落，很多铜箔都被剥离了，接线图也没有。

正面透光图。

线路板背面。

对面透光图。

首先看到的是这个18脚的芯片。型号是PIC16F1827

拿单片机来做主控。

引脚定义。

另一块芯片F10Q20，应该是模拟前端。

这是其中一节电池，已经过放电了。

先把它充电到与其他电池电压一致。

单片机的电源没有电压。

最终确认是芯片F10Q20内部短路。拆除后发现单片机供电回路稳压失效，达到12V，单片机应该也烧掉了。由于这一套系统有程序在里面，而且完全找不到资料。决定更改方案。

可以保留的有放电开关场效应管B240

充电开关场效应管。承受3A散热完全没问题。

72K场效应管。

S1A帖片三极管。

改方案只能先描原理图，电容大部分都是 100nF。图中的CPU应该为MCU。

左上角是充电控制电路，单片机通过一个PWM驱动三极管Q1再滤波，再驱动场效应管M3，控制场效应管M5来打开/关断充电回路，这个设计思路相当清奇。单片机的12角负责接收“充电器已插入”的信号。

左下角和中间的25脚芯片（网上查不到任何信息）负责电池电压的检测和均衡。该芯片与单片机的1、2、7、8、9脚直接相连。

右上角是放电控制电路。如果发生过流丑闻等异常，可以关断Q2（实际上是个场效应管，原厂把符号搞错了），保护电池。其中的D2、ZD6似乎是用来防止电动机的异常反向电动势损坏电路用的。电动机电流在Q2上的压降，经过滤波后送入单片机的11脚，进行电流检测。

右边中间是充电指示灯，均由CPU直接控制。

右下角是检测和保护电路。由单片机的18脚给出高电平，驱动热敏电阻向单片机19脚输入温度信号；并驱动M2导通，把电池电压经过10:1分压后输入单片机10脚。之所以由单片机的10八角控制整个检测电路的工作，是因为检测电路的工作电流接近1mA，如果长期通电的话，几个月电池就过放了。所以单片机是检测到电动机在工作的时候才会去监测温度和电池电压。

由于原控制方案无法修复，改成流行的FM8254AAV TSSOP-16 3/4节串联用电池保护方案。

典型应用电路， 充电和放电MOS管都是N沟道，与充电站的应用线路不一样。VMP引脚内部既有可开关的上拉和下拉电阻；同时在上拉和下拉电阻断开时（高阻状态），它也是一个电压检测端子，逻辑复杂，而且对保护很重要，这导致了对原电路较大的改动。

现在来看怎么一步一步的实现原电路的所有功能。先尽量利用原电路进行一些局部改动。

充电控制电路：FM8254AA的COP脚是开漏输出，可以直接连到R14，控制场效应管M5来打开/关断充电回路。

电池电压的检测和均衡：直接连FM8254AA的VINI脚。

放电控制电路：由于FM8254AA是控制正极端的 P沟道场效应管，必须修改原电路，利用M2反相驱动Q2。

电动机电流检测：原电流检测脚接入VINI，当过流 Q 2断开的时候，VINI会持续高电平，直到调速开关放开。

实测了用同样电池的7.2伏宜家电池钻，过流动作电流大约20A，取样电阻10mΩ，功率MOS导通电阻6.3mΩ，动作电压约0.3V。

由于我买到的分档是AAV，过流保护电压是200mV，20A过流保护需要10毫mΩ的取样电阻。在放电MOS管的驱动上利用R28、R9、R21作为分压电阻，MOS管的门极电压降低到6V，升高导通电阻到3mΩ。并让过电流电池端电压下降的时候，正反馈过流检测过程，得到了低电池电量的时候，更容易过电流的特性。

另外PCB上还要增加5～7mΩ，当前实际上只有0.3mΩ，需要进行切割增加电阻。

最后得到了7.64mΩ的取样电阻。

充电指示电路： CH+插上充电系列的时候，红色LED通过4148接地，通电发光，表示在充电；充电结束后FM8254AA的COP转为高阻抗，R27上拉M3门极， M3导通绿色LED通电发光，红色LED因为串联的4148导通电压比绿色二极管高而熄灭，表示充电结束。

超温保护：经过测量所用的热敏电阻特性是25℃10kΩ、40℃是6.5kΩ，60℃是2.5kΩ。超温保护消耗电流比较大，需要在电动机在工作的时候才会去监测。利用Q2的导通电阻另外建立电路去监测电动机电流的方案不太现实。

网上查到了一篇拆解电池钻调速器的文章，确定钻调速器上也没什么文章可做。利用原有的热敏电阻改动比较麻烦。不如用一个无源的温控开关来，利用8254AA芯片的CTL脚做超温保护（CTL脚功能：电平高于0.8倍VDD锁死充放电，下降到0.2倍VDD恢复）。

通过R32和Q3接地，FM8254AA正常工作。温度开关高温闭合后，CTL脚上拉到B+，FM8254AA进入保护状态 ；温度开关同时驱动Q3导通两个充电指示二极管都无法发光，表示不能充电。

VMP引脚在本案例中以下情况起重要作用：

高阻状态，输入电压不低于电池端电压-0.9V以内时，充放电FETs被开启，电路处于正常状态。

过放电保护状态下，VMP引脚内部900kΩ下拉，如果引脚电压低于VDD引脚电压的一半，则进入低功耗状态，充放电MOS都关闭。之后如果引脚电压高于VDD引脚电压的一半，则退出低功耗状态，可以充电。

在过流保护状态下，VMP引脚内部1MΩ上拉，如果引脚电压不低于电池端电压-0.9V以内时，退出过流保护状态。

VMP引脚对于过充电保护也有很复杂的逻辑，但对本例没有影响。

至此，原电路所有功能都已实现。

接下来是实施。过程略过，花了大概5小时时间焊接各种跳线和核对电路，

为了尽量利用原单片机的焊盘，需要把FM8254AA的引脚反过来，嗯，纯手工艺。下图是弯了一边。

但是把FM8254AA焊接上去后，测试了充电指示灯电路工作正常，电钻能正常旋转，但很快出现了DOP脚输出不稳定的问题，而且芯片总是发热。还发现VPM脚的逻辑是反的。由于这相当于一个临时的开发项目，对FM8254AA不太熟悉，怀疑是芯片版本的问题（因为我在网上找到了好几个版本的data sheet，里面的电阻描述有些不一样的）。

好吧，只好放弃直接换芯片，从网上买一块FM8254AA成品板回来改吧。收到板之后拆掉 MOS管，各种飞线。结果上电之后充电MOS管下拉最低只有8V，充电指示灯电路就无法正常工作，然后换了一个新的芯片，居然出现原来一模一样的故障，芯片发热，各输出脚，输出电压全乱了。已经带着防静电手环电焊台也测量过，接地正常。怀疑是手电钻调速器有续二极管问题导致有反向电压尖峰击穿芯片。但是拆开调速器发现一切正常。

于是只能继续换芯片，换了三片芯片，故障大同小异。换到最后一片芯片，看着线路板百思不得其解。正冥思苦想的时候，看到芯片5、6脚之间居然出现细微的电火花，还有轻微的烟雾。我马上想起来之前在原版上改的时候就看到过一次有轻微烟雾出现，但是没有找到原因，用实验室电源供电发现芯片的电源消耗达20毫安，而且不稳定，怀疑是芯片被静电击穿。把芯片拆下来测试电源电流却一切正常，所有贴过上去出现故障的芯片实测都正常。

最后用放大镜认真的看了一下空焊盘，发现焊盘周围有些灰色的污垢。用万用表测量一下这些污垢，居然只有几kΩ的电阻。

马上拿起刚买的助焊剂看。

我这是相当无语。

纯酒精把整个电路板洗了一遍。重新把原来的跳线焊回去。由于FM8254AA的方案没有均衡功能。就把原来的6伏稳压管全部换成5.1伏的。而且经过配对。在10微安。的时候稳压值是3.91-3.93V，年均衡量90mAh，30微安在4.10V，年均衡量250mAh左右。

装好之后检查了一遍。充电控制功能符合设计；放电控制功能符合设计；电动机。过流保护阈值195mV，对应电流大约18.5A；过放电休眠功能符合设计；超温保护功能符合设计；充电指示电路功能符合设计。

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