電瓶檢測器 準不準? 新品故障-維修DIY

阿信助教最近買了一個汽車用的 電瓶檢測器 ,其實就是測量電壓用的,插在點菸器就可以用了,因為點菸器與電瓶是接在一起的,用來觀察電瓶電壓非常方便。

只是當我收到貨之後,將它插在點菸器時,顯示的電壓竟然只有9.2V,明明車子可以發動,12V的電池不可能只有這樣的電壓,看來是新品故障了,由於退貨有點麻煩,而且這東西也才幾百元,我想就自己DIY修了吧!

汽車 電瓶檢測器故障-電壓讀值只有9.2V
汽車 電瓶檢測器故障-電壓讀值只有9.2V

零件鏽蝕

拆這個東西還滿容易的,打開之後發現裡面與點菸器接觸的簧片有嚴重鏽蝕的現象,這部分等會砂紙磨一磨,在塗一些WD-40就可以解決。但電壓偏移的問題一定不在這裡,可能是類比數位轉換器(Analog to Digital converter)故障,或是參考電壓偏掉了。

接觸點菸器的簧片鏽蝕
接觸點菸器的簧片鏽蝕

上圖電路板上的白色方塊就是數位顯示器,我們稱為七段顯示器(Seven segment display),或稱為七字節,因為一個數字會裡用7個LED來顯示,在顯示器下方疊了一個IC,我想這應該是個小型的單晶片處理器MCU,因為要測量電壓需要不斷從ADC讀資料,並且轉換為7-Seg顯示,這需要MCU才能辦到。希望不要是MCU故障,這樣我就沒辦法修了,因為MCU需要燒程式在裡面,而我並沒有廠商的程式與燒錄器。

接著把PCB翻到另一面如下圖,喔! 我的老天鵝! 有一顆看起來像是電晶體的東西好像有一隻腳生鏽了,而且還斷腳。

參考電壓TL431嚴重鏽蝕,已經斷腳了
參考電壓TL431嚴重鏽蝕,已經斷腳了

電壓檢測器的主角-Voltage Reference

這顆到底是甚麼零件呢? 下圖中零件太小拍不清楚marking,用眼睛看就知道顆是TL431,查詢了一下發現這是一顆參考電壓產生器Voltage Reference,簡單說就是只要有電流經過TL431,它就能提供穩定的2.5V電壓。

這零件損壞得還真徹底,3腳變2腳
這零件損壞得還真徹底,3腳變2腳

以下是TL431的詳細資訊,只要把電流從陰極Cathode灌到陽極Anode,Ref就能保證輸出2.5V,你看它在2.5V時候的電流,從1mA到100mA電壓都能維持2.5V,這應該可以拿來做電表吧,只是我沒有研究它的精準度是否真的可以拿來做電表,有些高精度的電表會使用更穩定的參考電源。

這看起來TL431真是顆好用的東西,可惜它斷腳了,也許是被零件廠商的清潔人員不慎潑到鹽酸,導致金屬腳位鏽蝕,不然怎麼可能只有局部發生鏽蝕,其他都好好的。不管如何,我趁著有經過光華商場的時候,順道去買了新的TL431,還真便宜一顆不到台幣10元。

TL431的資訊(摘自Texas Instruments TL431 datasheet)
TL431的資訊(摘自Texas Instruments TL431 datasheet)

更換TL431後測試

把TL431換上之後,果然電壓就比較準了,但是到底準不準還需要進一步測試,因為我也滿好奇到底精準度如何。

換上新的TL431之後, 電瓶檢測器 果然就比較準了
換上新的TL431之後, 電瓶檢測器 果然就比較準了

電壓掃描測試

我拿了電源供應器用12.4V來測試,發現讀值是12.5V比實際多了0.1V,是有一些些不準啦,但若只是要拿來看看電瓶壓降的趨勢,我覺得是還好。

經過測試,讀值誤差大約0.1V
經過測試,讀值誤差大約0.1V

依照阿信助教的個性,既然電源都搬出來了,若沒有把這個電壓偵測器從11V到15V掃描一次,心裡就不過癮,於是我就每隔0.1V測試一次,再把曲線畫出來看看,如下圖。

電壓偵測器的讀值與實際電壓的曲線
電壓偵測器的讀值-X: input , Y: output

基本上讀值都偏高,而且只有兩種誤差+0.1V與+0.2V,妙的是這兩種誤差似乎有週期性般的交替出現,我猜可能是ADC的Gain Error造成的,我沒有再深究,畢竟我只是要拿來方便觀察電瓶還有沒有電而已。

但其實電瓶與點菸器之間是有壓降的,大概也就0.1V~0.2V,理論上兩者間不應該有壓降,但中間有繼電器以及電線的接觸點,可能隨著時間有老化現象產生阻抗,吃掉了一些電壓。所以我可以把這個電瓶偵測器多出來的誤差,當作是路徑損失的補償,這樣就會逼近實際電瓶的讀值。

當然若是要調整TL431的參考電壓來讓讀值更精準應該也是可以,它本身可以利用兩個電阻來產生你要的參考電壓,所以它稱為可程式化Programmable,就是用電阻來程式它的意思。

Programmable voltage reference sample circuit
Programmable voltage reference sample(Quote from Texas Instruments TL431datasheets)

只是這樣改要大動干戈,要微調的幅度是0.1V/12V=0.83%,光想就覺得挑戰頗高,我就沒有改了。如果各位對於0.1V~0.2V這樣的測量誤差是可接受的,或許你也可以買一個放在車上,可以隨時檢查電瓶電壓,低於12V就該去檢查電池的健康狀況了。

當然,電池的狀況不是只有看電壓就好,還有冷車啟動電流(CCA, Cold Cranking Amps)要觀察,這就不是這種東西可以看得到的,基本上電壓開始降低就應該去換電池了,免得在路上”顧路”。據說10.8V~12V以下都可能讓車子發不動,這我也沒有研究,給大家參考就好。

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TL43xx Precision Programmable Reference datasheet

 

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