遙控器耗電-竟然是這個零件做怪-換掉它一切就正常了

前幾天一個朋友跟我說他的遙控器耗電,新的電池裝進去之後大約一星期就沒電了,這太誇張了吧! 在好奇心的驅使下,我把他的遙控器拿來研究了一番,也讓各位一起來研究吧。

遙控器怎麼拆

拆遙控器的第一步,就是要先判斷從何拆起,大部分人都會卡在這一關,說實在這通常需要一些經驗。一般來說遙控器幾乎甚少用螺絲,而且大部分是以卡榫接合上下蓋,但是這個遙控器卻沒有任何縫隙(如下圖),也看不到卡榫,這該怎麼辦呢?

遙控器竟然沒有螺絲
遙控器竟然沒有螺絲

原來它的面板是一塊塑膠膜,包含了按鈕與外殼的功能。要拆下這塊面板,需要用細螺絲起子從邊邊將塑膠膜撬開,然後用手撕開就可以了,之後只要把裡面的螺絲鬆開就行了,如下圖。

遙控器螺絲藏在面板下面
遙控器螺絲藏在面板下面

遙控器電路

要修理遙控器,通常只要找到IC就能找到datasheet,裡面就會有示範線路,幾乎就能掌握整個電路。這台遙控器的晶片是Sonix出品的SN8PC20,只要搜尋一下就能找到他的Sonix SN8PC20 datasheet

主晶片SN8PC20SG
主晶片SN8PC20SG

datasheet裡面的demo線路,通常會與實際的線路差不多,遙控器廠商在時間的壓力下幾乎都會照抄,以下是Sonix datasheet節錄下來的demo線路。

原廠的參考線路圖
原廠的參考線路圖

實際的線路

當然實際線路會與demo線路略有不同,把電路板拆下來看(如下圖)就知道最大的不同就是實際線路多了很多LED。

遙控器電路板
遙控器電路板

遙控器耗電-看看誰是第一名

電池簧片

首先看看是不是電池盒的簧片與電路板接觸不良造成使用者誤以為電量耗盡,但是這個電路板的簧片是以焊接方式黏在電路板上的,因此不可能有接觸不良的問題。

高亮度LED

這個遙控器上面有13顆高亮度LED,外加一顆紅外線LED,由於LED線路若設計不良的話,是有機會消耗過多的電流。經過實際操作遙控器,LED只會在操作時點亮,若一段時間沒有動作,會自動熄滅,這樣是否構成耗電的理由,我後續做了些實驗。

MCU控制晶片

這顆晶片遙控器專用,設計上應該要相當省電,因此這顆晶片我就不懷疑了,如果是晶片出問題,那就表示要買新的遙控器了。

其他原因

目前我還真想不出有其他原因導致耗電。

LED電路

既然懷疑LED就先來看驅動電路吧,這個遙控器的LED是由IC的IO(Input/Output)腳位直接供電,因此我直接把IO腳位等效成電池(如下圖)。LED驅動線路十有八九是以下圖這個方式來做的,電阻R1用來限制電流大小,因此又稱為限流電阻,若要讓LED燈會閃爍,則會再裝一顆電晶體Q1作為開關。

PS: LED的順向電壓0.7是我假設的,正確電壓要查datasheet,由於我們不知道LED是甚麼廠牌型號,就先假設它0.7。

LED的電源電路
LED的電源電路

縮小LED電流

實際來看看電路板,它用的是100 ohm的電阻作為限流電阻,LED是高亮度很刺眼,我將它改為2K ohm看來沒這麼刺眼而且也夠亮,重點是電流變為原來的\(\frac{1}{20}\),等會要實際做實驗看是否對耗電有改善。

PS: 下圖中的電阻標示101代表100 ohm,前兩位是一般數字,第三位是10的次方數,用這樣來表示阻值。所以101表示 \(10\times 10^{1}=100\:ohm\)如下圖所示。

LED的限劉電阻
LED的限劉電阻

修改電阻後的亮度拍照起來似乎很亮,拍光源都會這樣,這是相機特性的關係,實際上LED看起來是不會刺眼的。

變更限流電阻,LED亮度幾乎一樣
變更限流電阻,LED亮度幾乎一樣

於是我就把所有LED電阻換成2K(IR LED除外),然後放上一個星期看看電池損耗是否有改善,結果不如預期,這顆新電池到了第6天就乾了。所以LED不是耗電的元兇,這下真的傷腦筋,能看的都看了,還有甚麼原因會導致耗電呢?

變更限流電阻一樣耗電
變更限流電阻一樣耗電

重新檢視電路

我們再把線路拿出來review一次,

  1. XTAL振盪器不可能是原因,因為遙控器運作正常表示震盪頻率正確。
  2. 按鈕也不可能,它是Normal off的狀態,平常狀況是不導通
  3. IC本身我不考慮懷疑,若懷疑它表示要買新的遙控器了,這個選項我放到最後來思考。
  4. 按鈕的LED是這個遙控器自己新增的功能,並沒有出現在下圖原廠的demo線路上,LED是目前唯一可以懷疑的東西了,但事實證明LED並非耗電的主因。

整個線路看下來,似乎只剩下電源的兩個Coupling電容C1, C2沒有確認。但是!! 它是電容耶,難不成它變成電阻了,不會吧? 如果它變成電阻,就能合理解釋耗電現象,拆下來量看看吧。

參考線路只剩電容還沒檢查
參考線路只剩電容還沒檢查

最不可能出錯的元件

於是我把C1換了紫色的電解電容、C2換上新的SMD積層電容,雖然我認為它們是最不可能出問題的元件,我們還是換換看。同時,為了我個人在電路上的潔癖,我還把reset線路加上去,原本的電路是沒有reset線路,因為過往曾經遇過幾個reset不完全的狀況導致chip工作不正常,既然遙控器都拆開了,我就把reset線路加上。

更換C1 C2電容
更換C1 C2電容

這是一般常用的RC reset線路,當電池放上去那一瞬間,電池對C8電容充電,RESET從low到high需要一段時間(大約是200us等級的時間,比眨眼還短),這段時間就是給MCU reset用。

RC reset線路
RC reset線路

遙控器耗電-兇手是它

我們先測量這顆從C2換下來的積層電容,結果我發現了讓人很吐血的現象,這顆換下來的電容竟然存在電阻! 看來兇手是它了,為了說明我特別拿了一顆正常的電容來比較,如下圖,壞掉的電容焊在電路板上方,正常的電容焊在下方。

接著看看電表的電阻值,電容本身構造是斷路的狀態,理當電阻無窮大。下圖左方顯示壞掉的電容存在548 ohm的電阻,而右圖的正常電容所含的電阻值為無窮大,電表顯示為”1.”(有些電表會以”L”表示無窮大),所以就是這顆電容把電吃光了。

遙控器耗電-兇手竟然是SMD電容
遙控器耗電的兇手竟然是SMD電容

那剛才我改的reset線路就等於白做工了,但你知道我有電路的潔癖嘛,就繼續留著它。至於另一顆從C1換下來的47uF電解電容,我測量的結果是正常的,就不貼圖了。

電容偷吃了多少電

這真的很值得算一算,這顆故障電容阻值是548 ohm,兩顆電池的電壓總共是2.4V,所以流經的電流如下

\[I=\frac{2.4\, V}{548\, ohm}=4.38\, mA\]

這個遙控器使用兩個AAA四號電池,單顆容量大約是320mAh,兩顆就是640mAh,這樣的容量可以讓故障電容消耗多久時間呢?

\[time=\frac{640mAh}{4.38mA}\div 24=6.09\: days\]

啊哈! 答案不偏不倚就是6天,剛好跟友人敘述症狀的天數相同。所以我找到答案了,這顆故障的電容就是兇手,而且還藏在這麼不起眼的位置,對於debug從一開始自認為的LED、reset線路到最不可能的電源coupling電容,我們不斷的縮小範圍。所以各位要知道,在debug的過程中,任何東西都值得懷疑,往往問題就出現在自己認為最不可能的地方。

測試

現在已經找到兇手也把遙控器修好了,將前面板貼回去,接下來就是放它個2星期,看看原本的電池是否可以繼續長長久久,結果遙控器已經正常工作超過半年了呢,而且我把LED電流減小了,亮度還滿溫和的。本次的遙控器救援任務成功!!

也許你會覺得為了一個遙控器做這麼多事情很不值得,但若你有能力維修DIY,那麼不妨為地球減少一個潛在垃圾,希望本篇能讓您學到一些東西,又能為地球做環保。

 

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