作者：實作派
阿信助教最近買了一個汽車用的電瓶檢測器 ，其實它就是測量電壓用的，插在點菸器上就行，而因為點菸器與電瓶是接在一起的，用它來觀察電瓶電壓非常方便。
只是當我收到貨後，將它插在點菸器時，顯示的電壓竟然只有 9.2 V；明明車子可以發動，12 V 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 9.2 V（圖片來源：實作派提供）
零件鏽蝕
拆這個東西還蠻容易的，打開後發現裡面與點菸器接觸的簧片有嚴重鏽蝕的現象，這部分砂紙磨一磨，再塗一些 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（圖片來源：實作派提供）
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，因為一個數字會用 7 個 LED 來顯示；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，並轉換為 7-Seg 顯示，這需要 MCU 才能辦到。
我希望不要是 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（圖片來源：實作派提供）
電壓檢測器的主角 Voltage Reference
這顆到底是什麼零件呢？下圖中零件太小拍不清楚 marking，用眼睛看就知道這顆是 TL431，查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 2.5 V 電壓。
這零件損壞得還真徹底，3 腳變 2 腳（圖片來源：實作派提供）
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 2.5 V，你看它在 2.5 V 時候的電流，從 1 mA 到 100 mA 電壓都能維持 2.5 V，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）
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（圖片來源：實作派提供）
電壓掃描測試
我拿了電源供應器用 12.4 V 來測試，發現讀值是 12.5 V 比實際多了 0.1 V，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 0.1 V（圖片來源：實作派提供）
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 11 V 到 15 V 掃描一次，心裡就不過癮，於是我就每隔 0.1 V 測試一次，再把曲線畫出來看看，如下圖。
電壓偵測器的讀值 -X: input；Y: output（圖片來源：實作派提供）
基本上讀值都偏高，而且只有兩種誤差 +0.1 V 與 +0.2 V，妙的是這兩種誤差似乎如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 0.1 V~0.2 V。理論上兩者間不應該有壓降，但中間的繼電器和電線的接觸點，可能隨時間有老化現象產生阻抗，吃掉了一些電壓，所以我把這個電瓶偵測器多出來的誤差，當作是路徑損失的補償，這樣就會比較逼近實際電瓶的讀值。
當然如果是要調整 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，所以它其實是可程式化 Programmable，就是用電阻來程式它的意思。
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 0.1 V/12 V=0.83 %，光想就覺得挑戰頗高，我就沒有改了。如果各位對於 0.1 V~0.2 V 這樣的測量誤差是可接受的，你也可以買一個放在車上，隨時檢查電瓶電壓，低於 12 V 就去檢查電池的健康狀況。
當然，電池的狀況不是只有看電壓就好，還要觀察冷車啟動電流（CCA，Cold Cranking Amps），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，免得在路上「顧路」。據說 10.8 V ~12 V 以下都可能讓車子發不動，這我沒有研究，大家參考就好。
（本文經同意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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