如果你想在墻上掛一幅畫，安裝一個書架，或者拆除舊的家具;當家具松動需要加固，或重新組裝時;還是需要更換門鎖或者安裝窗簾軌道;抑或修理家用電器或者搭建一個簡單的木工項目，電鉆也能大顯身手，成為你的得力助手，讓工作變得輕松而高效。
隨著電動工具無線化和鋰電池技術(shù)的發(fā)展，電鉆也變得更加便攜、安全和方便，逐漸成為居家必備的工具之一。
電動工具老牌勁旅博世的型號為GSR 120-LI的鋰電鉆就是一款行業(yè)標桿的產(chǎn)品，其經(jīng)過優(yōu)化的2 速變速箱可在各種應(yīng)用中提供出色的扭矩和高工作效率。電子電池保護可保護電鉆驅(qū)動器的電池免受欠壓、電流消耗過大和深度放電的影響，從而延長其使用壽命。
本期Big-Bit拆解將帶來該款產(chǎn)品的詳細拆解，它的設(shè)計方案是什么?里面用到了哪些關(guān)鍵的元器件?
主要元器件預(yù)覽
德州儀器(TI)電源管理IC BQ77PL157A4225
德州儀器(TI)運算放大器 LM358B
中穎電子 MCU SH79F086
意法半導體(ST)MCU STM8S103F2
昂寶(ON-bright)電源IC OB2570TCP
邁斯派爾半導體(Max Power)N溝道MOSFET MXP4004BT
博世鋰電鉆介紹
▲產(chǎn)品拆箱
將箱子打開，我們可以看到鋰電鉆、鋰電池、充電器和說明書等配件。
▲博世鋰電鉆及配件全貌
博世鋰電鉆基本信息：
型號：GSR 120-LI
工作電壓：12V
轉(zhuǎn)速：一檔：0-400r/min 二擋：0-1500r/min
產(chǎn)地：馬來西亞
生產(chǎn)日期：2023年
電池基本信息：
工作電壓：12V
電池容量：2.0Ah
電池能量：21.6Wh
產(chǎn)地：馬來西亞
充電器基本信息：
輸入：220V~50Hz 16W
輸出：10,8-12V 1A
產(chǎn)地：中國
該博世鋰電鉆具有正反轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)功能，依靠中間的帶箭頭的紅色進行調(diào)節(jié)。除正反轉(zhuǎn)切換外，此開關(guān)還有一檔中間保險位置，按到中位，即使扣動扳機也不會工作。
除了正反轉(zhuǎn)切換以外，博世鋰電鉆還有檔位切換功能，共有兩檔速度可調(diào)。其檔位切換通過改變齒輪箱中的齒比來實現(xiàn)。
博世鋰電鉆拆解
將博世鋰電鉆的螺絲拆下，我們可以看到電鉆的具體構(gòu)成——主要由電機、夾頭、調(diào)速開關(guān)和鋰電池組成。
該博世電鉆的電機來自于昂普(ONPO)，型號為KV3SFN-8520SF-WR，工作電壓12V。
將電池拆開可以看到，該鋰電池是由三顆ICR18650電池組成，單顆容量2000mAh，放電電壓3.7V。該電池來自于江蘇天鵬電源(TenPower)。
直流一體調(diào)速開關(guān)來自于科都。
型號：KEDU DL7
·軟啟動
·過壓保護
·欠壓保護
·過流保護
·電池溫度監(jiān)控器
·開關(guān)溫度監(jiān)控器
·集成換向模塊
·換向桿中間位置時觸發(fā)鎖定
·帶制動功能
·公頭(輸入)、焊接端子(輸出)
·外接二極管
·防塵IP50
電機控制電路板
將該調(diào)速開關(guān)拆開，我們可以看到其中的電路板構(gòu)成。其主要元器件有一顆MCU和一個MOSFET。
【MCU】
該MCU來自于中穎電子，型號為SH79F086,封裝形式為QFN-24。SH79F086是一種高速高效率8051兼容單片機。在同樣振蕩頻率下，較之傳統(tǒng)的8051芯片具有運行更快速，性能更優(yōu)越的特性。SH79F086保留了標準8051芯片的大部分特性，包括內(nèi)置256字節(jié)RAM和2個16位定時器/計數(shù)器。此外，SH79F086還集成了640字節(jié)外部擴展RAM，以及存儲程序的8K字節(jié)flash，此外還集成2K類EEPROM，用于在系統(tǒng)掉電后保存數(shù)據(jù)。
SH79F086還集成了兩個多輸入模擬比較器，一路放大器，12位集成數(shù)字比較功能的高速ADC，以及4輸出帶死區(qū)時間控制的電機控制PWM模塊，非常適合于直流無刷電機/永磁同步電機控制。此外，SH79F086集成了看門狗定時器，上電復位和低電壓復位等功能，提供了2種低功耗省電模式。該MCU主要應(yīng)用在電機控制方面。
【MOSFET】
該博世鋰電鉆上所用到的MOSFET來自于邁斯派爾半導體(Max Power)，型號為MXP4004BT，封裝形式為TO-220，是一顆40V N溝道MOSFET。該MOSFET采用了新的Trench技術(shù)，極大的減少了開關(guān)損耗。其最大承受電壓40V，導通電阻為2.2mΩ。
該MSOFET主要應(yīng)用在高效DC/DC轉(zhuǎn)換器，同步整流器以及UPS逆變器中。
鋰電保護電路板
該電源管理電路板上主要元器件為一顆電源管理IC，一個運算放大器。
【電源管理IC】
該電源管理IC來自于德州儀器(TI)，型號為BQ77PL157A4225，封裝形式為TSSOP-16。BQ77PL157 是一款可堆疊過壓保護器件，適用于 3、4、5 或 6 節(jié)串聯(lián)鋰離子電池組。該器件集成了精確的過壓檢測電路和預(yù)先配置的閾值限制。其他功能包括堆疊多個部件以監(jiān)控多達 18 個串聯(lián)電池的能力。其工作電流為2μA，最大電壓為30V。
其在工作時會將鋰離子電池組中的每個串聯(lián)電池都與內(nèi)部參考電壓進行比較。如果一節(jié)電池達到過壓狀態(tài)，保護序列就會開始。BQ77PL157 開始通過 CD 引腳對外部電容器充電。當 CD 引腳電壓達到 1.2 V 時，OUT 引腳改變狀態(tài)，LVO 引腳變?yōu)榛顒訝顟B(tài)。如果堆疊多個 BQ77PL157 器件，則下一個器件的 LVIN 引腳會從上面的器件接收 LVO 引腳，并在激活其 OUT 引腳之前類似地啟動一個縮短的延遲定時器(不需要額外的隔離或電平轉(zhuǎn)換電路)。串中最低的 BQ77PL157 用于激活位于電源路徑低側(cè)的功率 MOSFET。
該電源管理IC主要應(yīng)用于電動工具、不間斷電源系統(tǒng)、電動自行車、踏板車和小型機動車輛、醫(yī)療器械、測試設(shè)備和工業(yè)產(chǎn)品的鋰電池組的初級或次級電壓保護。
【運算放大器】
該運算放大器也來自于德州儀器(TI)，型號為LM358B，封裝形式為TSSOP-8。其中包括兩個高壓 (36V) 運算放大器。其特性包括低偏移(300µV，典型值)、對地共模輸入范圍和高差分輸入電壓能力。
LM358B運算放大器利用單位增益穩(wěn)定性、更低的失調(diào)電壓(最大值為3mV)和更低的靜態(tài)電流(每個放大器為 300µA，典型值)等增強型特性簡化了電路設(shè)計。高 ESD(2kV，HBM)和集成 EMI 以及射頻濾波器可支持將 LM358B 和 LM2904B 器件用于更嚴苛、更具環(huán)境挑戰(zhàn)性的應(yīng)用。
充電器電路板
▲充電器插頭電路板
▲充電器插座電路板
該充電器電路板的主要元器件為橋式整流器、電源開關(guān)和MCU。
【MCU】
該MCU來自意法半導體(ST)，型號為STM8S103F2，封裝形式為SO20。STM8S103F2是意法半導體非常經(jīng)典的一款通用型MCU，采用STM8內(nèi)核，最高主頻16MHz，內(nèi)置8KB Flash，640 bit EEPROM。
該MCU主要用來控制充電以及指示充電器工作狀態(tài)的LED。MCU控制充電的方案有著安全、效率高和低成本的優(yōu)勢。
【橋式整流器】
該橋式整流器來自于揚杰電子，型號為ABS10,用于將輸入的交流電轉(zhuǎn)換為直流電。
【電源IC】
該電源開關(guān)來自昂寶(ON-bright),型號為OB2570TCP，封裝形式為SOP-8。OB2570TCP是一款QR模式原邊電源開關(guān)，其內(nèi)部集成了一個MOSFET，具有CC/CV控制功能，主要適用于中等功率的AD/DC充電器和適配器。在該電路中主要用作CC/CV控制作用。
博世鋰電鉆使用體驗
該款型號為GSR 120-LI的博世鋰電鉆在電動工具中非常經(jīng)典，在Big-Bit體驗的過程中，能感受到它的手感非常好，重量也比較輕，握持起來非常舒服，多數(shù)情況下能夠單手操作，很方便。
在功能上，該博世鋰電鉆共有兩檔速度，最高轉(zhuǎn)速達到1400r/min，最大扭矩為30Nm，動力非常強勁，可以輕松應(yīng)對生活中的打孔或者擰螺絲的需求。
值得關(guān)注的是，其正反轉(zhuǎn)的開關(guān)和檔位開關(guān)均為紅色，視覺識別度較高，且設(shè)有保險位置以及停止后防止慣性轉(zhuǎn)動功能，對使用安全性有作充分考慮。
Big-Bit拆解總結(jié)
通過拆解，Big-Bit商務(wù)網(wǎng)發(fā)現(xiàn)，該博世鋰電鉆使用了三顆來自天鵬電源(TENPOWER)的ICR18650電池，昂普ONPO的直流有刷電機;在電控方面，采用了來自中穎電子的MCU;電源管理方面用到了德州儀器(TI)的電源管理IC;充電控制方面用到了意法半導體(ST)的MCU和昂寶(ON-bright)的電源IC。從元器件方面來看，博世鋰電鉆的用料非常的扎實，相關(guān)元器件選型都來自于各個領(lǐng)域的龍頭企業(yè)或者大廠。
相較于有線電動工具來說，其電路中要多一個電源管理電路和充電控制電路，在元器件的成本上相較于要高一些。近年來電動工具鋰電化發(fā)展的持續(xù)推進也將為元器件廠商們帶來更多市場。但相應(yīng)的，其對于元器件的需求也有所變化。對于鋰電工具來說，如何保證鋰電池的工作效率，安全以及延長鋰電池的壽命，這些都是鋰電工具設(shè)計中的重點問題。
在該博世鋰電鉆的鋰電池保護方案設(shè)計中，所使用的德州儀器(TI)電源管理IC針對多節(jié)鋰電池場景進行保護，其內(nèi)部集成了精確的過壓保護電路，可以檢測鋰電池組中每個串聯(lián)電池的電壓，并進行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，達到保護作用。
在充電器設(shè)計方案中，我們可以看到此次所使用的昂寶(ON-bright)電源IC相較于一般的電源IC額外集成了CC(恒流)/CV(恒壓)控制，在鋰電池的充電方案中，CCCV方案充電效率高，對電池的損壞小，可以延長鋰電池的壽命。而該方案中所使用的意法半導體(ST)MCU用來通過檢測電路中的電壓來切換CC/CV充電模式，以及控制電源IC的開關(guān)，使充電器可以高效率且安全的工作。
此外，Big-Bit商務(wù)網(wǎng)還觀察到，該博世鋰電鉆中所出現(xiàn)的天鵬電源(TENPOWER)、昂普(ONPO)、中穎電子和揚杰電子都是國產(chǎn)品牌。在Big-Bit兩年前所拆解的博世同款型號鋰電鉆上，使用的還是三星的電池、德昌電機和意法半導體(ST)的電控。
由此，可以明顯看出，國內(nèi)本土品牌的零部件和元器件廠商們近兩年憑借著其優(yōu)秀的產(chǎn)品正在慢慢進入諸如博世這樣國際一線品牌的供應(yīng)鏈。國產(chǎn)元器件廠商的崛起進程肉眼可見，未來顯然還有更大發(fā)展空間。 |
