便宜有好货:拆解三洋 NC-TDR02 快速镍氢充电器

虽然现在锂离子电池和锂聚合物电池大行其道,但是传统的镍氢电池仍然有一定的生存空间,比如用在剃须刀和小功率备用电源上。尤其是当超低自放电的新一代镍氢电池(如三洋的 eneloop 和超霸的“力再高”)普及后,镍氢电池在某些低温、长时间放电、安全性要求高的场合仍是锂电所无法代替的。

然而,镍氢电池的充电始终是个麻烦的问题,一方面是因为其记忆效应比较明显,另一方面是因为其充电判停的方法较为复杂。普通的非智能慢充不仅充一次电需要花费 10 个小时甚至 20 个小时的时间,而且很容易把电池充坏。这个时候一个可靠的智能快速充电器就显得很有必要了。不过智能充动辄上百的价格实在很难然人接受(这里只讨论全新品),但是三洋的 NC-TDR02 却是个例外,它在淘宝上的价格普遍低于 ¥30 每只。这么便宜的智能充效果到底如何,内部做工又怎样,只有亲手拆开来才能知道了。

三洋的 NC-TDR02 是一个 AA (也就是常说的 5 号电池)镍氢电池双槽充电器,两路充电是分开控制的,但是共用一个指示灯。充电器内置开关电源,带 A 型双孔折叠交流插头。

使用网上很流行的电池转接筒可以让这只充电器给 AAA ( 7 号)电池充电,但是个人不太推荐这么做,因为这台充电器的充电电流对于 AAA 电池来说过大了。

正品正面的 LOGO 和标识在灯光下是闪闪发亮的。标识表明这只充电器只能充镍氢电池,事实上镍铬电池确实基本上都被拒充了。老化的镍氢电池也很容易被拒充,这是很多智能充电器的通病。

背面整个被铭牌标签所覆盖。这个充电器似乎最初是为美国的消费者设计的(见倒数第四行),但是因为便宜很快占领了国内市场。

充电器的开关电源支持 100-240 V 宽电压范围,这样在很多国家都可以使用。输出为每槽 550mA ,虽然充 2000mAh 的 eneloop 还是需要 4-6 个小时,但是已经属于快速充电器了。

折叠插头,收起来的样子。平心而论,插头的手感一般,质量不差但也称不上有多好。

另外插头那里还有个箭头所指的小机关,也许是用来固定某种交流延长线的卡子。

充电器的外壳用的是标准的 T9 螺丝,中间没有突起,所以用普通 T9 螺丝起子就可以开壳了。

开壳了,电路还是很复杂的,和傻充形成了强烈的对比。

折叠插头的设计,和常见的国内厂家设计的风格不太一样。

那个奇怪的卡子的弹力由塑料件提供(这样不太厚道)。

插头末端之所以做成斜的是为了更好地接触焊在 PCB 上的触片,从这张照片上一看便知。

电路板背面全貌。整块电路板可以划分为开关电源初级、开关电源次级和充电管理三个部分。开关电源的初级和次级之间开了槽,并且外壳穿插于槽中,同时用于绝缘和固定。

板子的整体焊工一般,大部分为波峰焊机完成,有少量手工焊点。质量跟不缩水的正宗日货还有差距。

PCB 正面全貌。

LED 指示灯是个大槽点,除了两槽共用使用极为不便以外,这只 LED 还没加塑料座子,很容易被摁弯,甚至是弄坏 PCB 上的印刷线路。

先看开关电源初级,这是 ABS8 硅整流桥,电流容量为 1A ,耐压 800V 。

这是 Onsemi 出品的 NCP1011 集成开关电源芯片,内置了高压功率开关管。根据某些人的说法,这个开关电源芯片比较容易炸管。NCP1011 的主要特征有:

  • 内置 700V 高压功率 MOSFET ,RDS(ON) 为 22Ω ,峰值电流 250mA ;
  • 固定的 65kHz 工作频率(对于后缀为 A 的产品);
  • 低负载情况下仍能提供高的效率,并且避免听觉上的噪音;
  • 自带高压电流源,不要求开关变压器有辅助供电绕组;
  • 1.0ms 软启动;
  • 过压、过热、短路以及光耦损坏保护;
  • 内建光耦偏置电路;
  • 用于减少电磁辐射的频率抖动。

虽然 MOSFET 耐压 700V ,但是钳位电路还是不能少,反面的高速整流管和这面的电阻、电容组成了一个 RCD 钳位电路。另外辅助供电绕组没有省略,这意味着这只充电器的待机功耗可能可以低至 100mW 。

虽然初级的电路不是很复杂,但是还是设置了几个测试点。

初级的保险丝,250V 2A ,质量很不错。

为了防止高压电容充电对电网造成冲击而设置的 NTC 。SCK 是个常见的系列,台湾很多厂商都在制造。

另外还有一只 430V 的压敏电阻保护后面电路的安全。

即使是个便宜货,初级高压电容用料也毫不含糊,为日本东信工业的电容,一只为 400V 6.8μF ,另外一只只能看到耐压 400V ,不过估计容量应该也有 4.7μF 。6.8μF 的高压电容多见于 5W 以上功率的开关电源中。另外还有一只奇特的红色底色的色码电感,与这两只电容一起组成初级侧的 π 形滤波电路。

开关变压器也不含糊,为台湾的正崴集团( FOXLINK )制造。次级输出有四条线,应该是给充电管理电路供电的电压 5V 以上的输出一条,给电池槽供电的低压输出一条,以及地线两条。初级飞出来的两根线应该是辅助供电绕组的,开关变压器的初级绕组通过基座上的引脚和 PCB 进行连接。

虽然是只便宜货,但是仍然不忘两只 Y 电容串联使用。国内厂商的产品绝无此类设计。另外还用到了台湾 cosmo (冠西电子,名字听起来老霸气了)的 817 光电耦合器,由于次级没有看到 431 一类的芯片,所以光耦应该是由充电管理部分直接控制的。

开关电源次级比较复杂,有一只为充电管理电路提供 5V 稳压电源的 78L05 线性稳压芯片。这说明变压器给这部分的输出在 7V 以上。除了这面有一只贴片肖特基管和一只贴片齐纳稳压管以外,正面还有另一只肖特基二极管,埋在开关变压器的输出线下面。正面的二极管应该是电池电路里面的,而背面的小管子是给充电管理部分供电的。

刚刚提到的正面的肖特基管以及电池充电电源的 6.3V 470μF 滤波电容。滤波电容为日本化工(俗称“黑金刚”)的 KZH 系列,适用于开关电源电路。

旁边还有一只 16V 100μF 的小滤波电容,是充电管理电路电源部分的。

三个小电解电容(包括初级辅助供电电路里的两只 50V 2.2μF 电容)也不含糊,都是台湾智宝电子(TEAPO)生产的。

最后来看充电管理部分,它的核心是一只 ATMEL AVR 单片机,型号为 ATTINY44 ,玩单片机玩得比较杂的一定不会对这块芯片感到陌生(顺便吐个槽,Atmel 最近换的新 LOGO 好难看啊)。

ATTINY44 的主要特征有:

  • 8 位 RISC 架构 AVR 内核,支持 120 条指令(跟新一点的型号还是有差距);
  • 4KB 程序存储,1 万次擦写寿命(对单片机来说 4KB 不是个小数目,可见充电管理程序相当复杂);
  • 256 字节的 EEPROM ,10 万次擦写寿命,20 年数据保持;
  • 256 字节的 RAM 用于存储运行数据;
  • 支持 PWM 输出的 8 位和 16 位共两个计时器;
  • 10 位精度 ADC ,8 路单端或者 12 路差分输入,1x 或 20x 增益;
  • 看门狗;
  • 模拟比较器;
  • UART ,SPI 以及 I2C ;
  • debugWire 调试支持;
  • 12 个针脚均可作为中断源;
  • 宽电压范围,低噪声,低耗电,欠压检测,上电复位;
  • 片上温度传感器,内置 RC 振荡器;
  • 最高运行频率 20MHz 。

ATTINY44 周围的几个测试点包含了 ISP 用到的几个针脚,我曾经在上面焊上杜邦线,尝试用 USBtinyISP 读出单片机内的程序,却发现单片机设置了 Lock bit 熔丝位,除非整片擦除否则芯片不可读。看来三洋的保密还是做的不错的,不像诺基亚 DT-14 的程序已经满天飞了。

未知厂商生产的 358 双运放一枚,应该是用在电流检测电路里面。

除此之外还有些控制用的三极管,每路两只。

正面还有一只热敏电阻,是两槽共用的,可以防止充电器把电池充得过热。


总的来说,这只 ¥30 不到的智能双槽镍氢快速充电器还是物超所值的,虽然 LED 指示灯的设计很欠揍,虽然作为三洋的产品做工让人略感失望,但是拿着 30 块大洋往往就只能买到一个远不如 NC-TDR02 的充电器。所以,性价比并不是国内厂商或者山寨的专利,有质量一样也可以有低价,便宜有好货。

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注