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電池タブ溶接器を買ったけど壊してしまった

◆まえがき
18650のリチウムイオン電池を使った機器で電池の寿命が尽きかかっているものが増えてきました。そんなことで自分で電池を交換したくなったので電池タブの溶接機を買ってみました。

一応動いたのですが、すぐに壊してしまい修理出来るか可能性を探る羽目に陥りました。

この記事ではそのあたりの顛末について順番に説明したいと思います。なお、記事中の資料はクリックで別窓に拡大表示します。

◆販売ページ
Aliの溶接器
この商品の販売ページはこちら
(2022/9/28発注で送料込み2336円でした。カバー無しケーブル付き品)

◆基板の外観
・部品面
溶接機基板の部品面
これ以外に接続ケーブル、溶接電極、テスト用のニッケルリボンが付属します。
大電流を流すためにパターンの上に金属の丸棒がはんだ付けされていますが、残念なことに材質は真鍮のようです。ここは銅の丸棒を使って欲しかったです。中国では銅は貴重品?

タクトスイッチのボタンが2個破損していました。クレームを出しても良いのですが面倒なので自分で修理しました。

・裏面
基板の裏面
パワーFETを追加出来るように、フットプリントが5個分付いています。

・制御回路
制御回路

小さな8ピンのチップが制御用のマイコンで、溶接電極のコンタクト検出や溶接時間の設定・表示、ブザー音の発生などを行っています。
7セグLEDには1~99までの値が表示されますが、オシロで確認すると表示されているのは溶接時間をms単位で表した値でした。つまり、設定可能な溶接パルス幅は1~99msです。

・取説、中文
取説、中文

・取説、英文
取説、英文
使用するバッテリーについていろいろ書かれています。鉛バッテリーなら、中古の12V 20Ahから100Ahが使用可能で新品なら45Ah以下のものを使うように書かれています。これ読むまで知らなかったです。
あと、この文書は固定ピッチフォントで印刷されているので読みづらいです。プロポーショナルフォントにして欲しかったです。

◆溶接テスト
溶接テスト
ほぼ新品の3.2Ah/CCA:50Aの鉛バッテリー(YTX4L-BS, YUASA)を使って溶接テスト。溶接時間は20msでうまく溶接出来ました。
なお、推奨のバッテリーサイズをかなり下回っていますが、フル充電の状態で充電しながら使うとうまく行きました。充電中は内部抵抗がかなり下がっているのかも知れません。

◆壊してしまった、、
ここまでは順調だったのですがいろいろやってる最中に、溶接電極から手を離したはずみに棒の先端が回路に振れてしまい、その後は全く動かなくなってしまいました。

調べて見ると待機中なのに0.5Aくらいの電流が流れ続け、マイコンのチップがあっちっちになっていました。どうも過電圧でICを壊してしまったようです。

新しく買っても良いけど、この円高なのでかなり高くなっていそうです。それに、めったに使わない物にこれ以上お金を掛けるのも何だかなー、という感じなので修理を目指して回路を調べてみました。

◆回路図
溶接器としての動作に必要な部分を中心に回路図にしたものです。概略回路図
 ・STCのSG1K08Aという8ピンのマイコンで全体を制御。
 ・溶接のスイッチはローサイドに置いたN-ch MOS FETを使い、フォトカプラでゲート駆動。
 ・操作ボタンや溶接電極のタッチ検出はADコンバーターを使ったアナログ方式。
 ・7セグLEDの表示にはシリパラ変換IC(74HC595)を使用。
 ・C1を大容量(470uF)にしておくことで、溶接時にバッテリー電圧が低下してもある程度の時間は持たせる。

フォトカプラでパワーFETをON/OFFさせているのが予想外でした。大電流のスイッチングを行っているので、僅かなリアクタンスが原因で高電圧が発生して素子が壊れることがあるので、その対策なんだと思います。

気になったのはFETをOFFする時で、R8 (2.1kΩ) でゲートの電荷を抜いていますが、そんなにのんびりやるとFETを壊しそうでちょっと心配です。

◆まとめ
中華な電池タブの溶接機を買ってうまく動いていたけど、作業ミスで壊してしまった。何とか直せないか調べるために中の回路を調べてみたという話でした。

制御回路のICは壊れていましたが、溶接機として最低限必要なパワーFETとフォトカプラは生きていました。これなら外部から信号を送ることで復活させることは出来そうです。ということで、次回の記事では修理を行ってみます。

注意:リチウム電池の取り扱いには色々な注意が必要になります。もし同じようなことをやられる場合は自己責任でお願いします。
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Author:ラジオペンチ
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