【實作實驗室】電容在做怪?解決遙控器耗電問題

作者:實作派 Lab

前幾天一個朋友跟我說他的遙控器買了新的電池裝進去後,大約一星期就沒電了,我想說這也太耗電了吧!在好奇心驅使下,我決定把他的遙控器拿來研究一番!

遙控器怎麼拆

拆遙控器的第一步,必須先判斷從何拆起,大部分人都會卡在這一關,因為這通常需要一些經驗。一般來說,遙控器很少用螺絲,而且大部分是以卡榫接合上下蓋,但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(圖片來源:實作派提供)

原來它的面板是一塊塑膠膜,包括按鈕與外殼的功能。要拆下這塊面板,必須用細螺絲起子從邊邊將塑膠膜撬開,然後用手撕開,之後再將裡面的螺絲鬆開就行了,如下圖所示:

遙控器螺絲藏在面板下面(圖片來源:實作派提供)

遙控器電路

要修理遙控器,通常只要找到 IC 就能找到 Datasheet,裡面會有示範線路,幾乎能掌握整個電路。這台遙控器的晶片是 Sonix 出品的 SN8PC20,只要搜尋一下就能找到它的 Sonix SN8PC20 Datasheet

主晶片 SN8PC20SG(圖片來源:實作派提供)

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(圖片來源:實作派提供)

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,就知道最大的不同在於實際線路多了很多顆 LED。

遙控器電路板(圖片來源:實作派提供)

遙控器耗電比較

  • 電池簧片

首先,看看是不是電池盒裡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

這個遙控器上有 13 顆高亮度 LED,外加一顆紅外線 LED。通常 LED 線路若設計不良,會消耗過多的電流,但經過實際操作遙控器發現,LED 只會在操作時發亮,若一段時間沒有動作,會自動熄滅,這樣是否會構成耗電的原因呢?我後續做了些實驗。

  • MCU 控制晶片

這顆晶片為遙控器專用,設計上應當要相當省電;如果是晶片出了問題,就表示需要買新的遙控器了,因此我不太懷疑是這顆晶片的問題。

解析 LED 電路

既然懷疑可能是 LED 的問題,那就先來看看驅動電路吧!這個遙控器的 LED 是由 IC 的 IO(Input/Output)腳位直接供電,因此我直接將 IO 腳位視為電池(如下圖所示)。LED 的驅動線路大多是以下圖這個方式來做,電阻 R1 用來限制電流大小,因此又稱為限流電阻,若要讓 LED 燈閃爍,則需再裝一顆電晶體 Q1 作為開關。

LED 的電源電路(圖片來源:實作派提供)

PS:這邊我們不知道 LED 是什麼廠牌與型號,因此我先將 LED 的順向電壓設為 0.7,正確電壓則需要查 datasheet。

縮小 LED 電流測試

實際來看看電路板,它用的是 100 ohm 的電阻作為限流電阻,LED 顯示亮度很高、很刺眼,於是我將它改為 2K ohm, 這樣看起來夠亮也沒那麼刺眼,重點是電流變為原來的 1/20。

PS:下圖的電阻標示 101 代表 100 ohm,前兩位是一般數字,第三位是 10 的次方數,因此 101 指的是電阻值 10×101=100 ohm,如下圖所示:

LED 的限流電阻(圖片來源:實作派提供)

修改電阻後的亮度拍照起來似乎很亮,但這是因為用相機拍光源的緣故,實際上 LED 看起來是不會刺眼的!

變更限流電阻後,LED 亮度幾乎一樣(圖片來源:實作派提供)

於是,我將所有 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,結果卻不如預期,這顆新電池到了第 6 天就乾了,因此 LED 並不是耗電的元兇。

變更限流電阻一樣耗電(圖片來源:實作派提供)

這下可真傷腦筋了,能看的都看了,還有什麼原因會導致耗電呢?

重新檢視電路

我們再複習一次電路:

  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,如果懷疑它表示要買新的遙控器了,這個選項我放到最後再來思考
  4. 按鈕的 LED 是這個遙控器本身新增的功能,並沒有出現在下圖原廠的 demo 線路上,因此 LED 是目前唯一可以懷疑的東西,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?如果它變成電阻,那就能合理解釋這個耗電現象了,咱們拆下來量看看吧!

參考線路只剩電容還沒檢查(圖片來源:實作派提供)

最不可能出錯的元件 — 電容

雖然我認為電容是最不可能出問題的元件,但還是決定檢查看看。我將 C1 換了紫色的電解電容、C2 換上新的 SMD 積層電容;同時,為了我個人在電路上的潔癖,我加了 reset 線路上去(原本的電路沒有 reset 線路,但因為過往有幾次 reset 不完全的狀況,導致 chip 工作不正常,想說既然遙控器都拆開了,就把 reset 線路加上囉)。

更換 C1、C2 電容(圖片來源:實作派提供)

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

RC reset 線路(圖片來源:實作派提供)

耗電罪魁禍首就是電容

我們先測量這顆從 C2 換下來的積層電容,結果發現了令人很吐血的現象。這顆換下來的電容竟然存在電阻!看來兇手就是它了!為了說明,我特別拿一顆正常的電容來做比較,如下圖所示,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,電容本身的構造處於斷路的狀態,理當電阻無窮大。如下圖,左方壞掉的電容存在 548 ohm 的電阻,右圖正常電容所含的電阻值為無窮大,電表顯示「1」(有些電表會以「L」表示無窮大),所以結論就是「這顆電容把電吃光了」。

遙控器耗電的兇手竟然是 SMD 電容(圖片來源:實作派提供)

根據讀者回饋,MLCC 電容故障時容易以短路方式呈現,而電解電容故障時容易以開路方式呈現,這部分沒有絕對,給各位參考。

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 2.4 V,因此流經的電流為:

這個遙控器使用了兩顆 AAA 四號電池,單顆容量大約是 320 mAh,兩顆就是640 mAh,這樣的容量可以讓故障電容消耗多久時間呢?

答案竟然不偏不倚就是 6 天呢!剛好和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,這次 debug 從一開始自認為的 LED、reset 線路到最不可能的電源 coupling 電容,我們不斷縮小範圍,終於成功找到了。

小結

這次 debug 過程相當曲折,幸好還是成功了,想告訴大家的心得就是「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」。

那既然現在已經找到遙控器耗電的兇手,而且也修理好了,我便將前面板貼回去,將它放個 2 星期,來看看原本的電池是否可以持續長長久久,結果不但運作 OK,遙控器也已經正常工作超過半年了呢!加上我有把 LED 的電流減小,亮度變得還蠻溫和的,本次的遙控器救援任務成功!

減少 LED 電流後,亮度夠亮也很溫和(圖片來源:實作派提供)

或許你會覺得為了一個遙控器做這麼多事情很不值得,但如果你有能力維修 DIY,那麼不妨為地球減少一個潛在垃圾,為地球做環保。

(本文轉載自實作派電子實驗室原文連結;責任編輯:賴佩萱)

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實作派電子實驗室(StrongPiLab)是一個著重知識與經驗的實作交流媒體,提供工程師們理論外的實務經驗,主要傳達電子產品與家電用品的正確操作概念與生活小常識、解說各種測試手法的技巧。
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