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博世12V锂电钻拆解,用到了这几款国产元器件!
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博世12V锂电钻拆解,用到了这几款国产元器件!

2024-07-03 09:58:10 来源:半导体器件应用网 作者:廖正世 点击:1976

【哔哥哔特导读】你想知道博锂世电钻内部是如何运作的吗?Big-Bit将揭示其电机、充电器和ECP电子电池保护技术所使用的元器件,一窥其设计的奥秘。

如果你想在墙上挂一幅画,安装一个书架,或者拆除旧的家具;当家具松动需要加固,或重新组装时;还是需要更换门锁或者安装窗帘轨道;抑或修理家用电器或者搭建一个简单的木工项目,电钻也能大显身手,成为你的得力助手,让工作变得轻松而高效。

随着电动工具无线化和锂电池技术的发展,电钻也变得更加便携、安全和方便,逐渐成为居家必备的工具之一。

电动工具老牌劲旅博世的型号为GSR 120-LI的锂电钻就是一款行业标杆的产品,其经过优化的2 速变速箱可在各种应用中提供出色的扭矩和高工作效率。电子电池保护可保护电钻驱动器的电池免受欠压、电流消耗过大和深度放电的影响,从而延长其使用寿命。

本期Big-Bit拆解将带来该款产品的详细拆解,它的设计方案是什么?里面用到了哪些关键的元器件?

主要元器件预览

德州仪器(TI)电源管理IC BQ77PL157A4225

德州仪器(TI)运算放大器 LM358B

中颖电子 MCU SH79F086

意法半导体(ST)MCU STM8S103F2

昂宝(ON-bright)电源IC OB2570TCP

迈斯派尔半导体(Max Power)N沟道MOSFET MXP4004BT

博世锂电钻介绍

博世锂电钻

博世锂电钻

▲产品拆箱

将箱子打开,我们可以看到锂电钻、锂电池、充电器和说明书等配件。

博世锂电钻

▲博世锂电钻及配件全貌

博世锂电钻

博世锂电钻基本信息:

型号:GSR 120-LI

工作电压:12V

转速:一档:0-400r/min 二挡:0-1500r/min

产地:马来西亚

生产日期:2023年

博世锂电钻

电池基本信息:

工作电压:12V

电池容量:2.0Ah

电池能量:21.6Wh

产地:马来西亚

博世锂电钻

充电器基本信息:

输入:220V~50Hz 16W

输出:10,8-12V 1A

产地:中国

博世锂电钻具有正反转调节功能,依靠中间的带箭头的红色进行调节。除正反转切换外,此开关还有一档中间保险位置,按到中位,即使扣动扳机也不会工作。

博世锂电钻

博世锂电钻

除了正反转切换以外,博世锂电钻还有档位切换功能,共有两档速度可调。其档位切换通过改变齿轮箱中的齿比来实现。

博世锂电钻

博世锂电钻

博世锂电钻拆解

博世锂电钻

博世锂电钻

将博世锂电钻的螺丝拆下,我们可以看到电钻的具体构成——主要由电机、夹头、调速开关和锂电池组成。

博世锂电钻

该博世电钻的电机来自于昂普(ONPO),型号为KV3SFN-8520SF-WR,工作电压12V。

博世锂电钻

将电池拆开可以看到,该锂电池是由三颗ICR18650电池组成,单颗容量2000mAh,放电电压3.7V。该电池来自于江苏天鹏电源(TenPower)。

博世锂电钻

直流一体调速开关来自于科都。

型号:KEDU DL7

·软启动

·过压保护

·欠压保护

·过流保护

·电池温度监控器

·开关温度监控器

·集成换向模块

·换向杆中间位置时触发锁定

·带制动功能

·公头(输入)、焊接端子(输出)

·外接二极管

·防尘IP50

电机控制电路板

将该调速开关拆开,我们可以看到其中的电路板构成。其主要元器件有一颗MCU和一个MOSFET。

博世锂电钻

【MCU】

博世锂电钻

该MCU来自于中颖电子,型号为SH79F086,封装形式为QFN-24。SH79F086是一种高速高效率8051兼容单片机。在同样振荡频率下,较之传统的8051芯片具有运行更快速,性能更优越的特性。SH79F086保留了标准8051芯片的大部分特性,包括内置256字节RAM和2个16位定时器/计数器。此外,SH79F086还集成了640字节外部扩展RAM,以及存储程序的8K字节flash,此外还集成2K类EEPROM,用于在系统掉电后保存数据。

博世锂电钻

SH79F086还集成了两个多输入模拟比较器,一路放大器,12位集成数字比较功能的高速ADC,以及4输出带死区时间控制的电机控制PWM模块,非常适合于直流无刷电机/永磁同步电机控制。此外,SH79F086集成了看门狗定时器,上电复位和低电压复位等功能,提供了2种低功耗省电模式。该MCU主要应用在电机控制方面。

【MOSFET】

博世锂电钻

该博世锂电钻上所用到的MOSFET来自于迈斯派尔半导体(Max Power),型号为MXP4004BT,封装形式为TO-220,是一颗40V N沟道MOSFET。该MOSFET采用了新的Trench技术,极大的减少了开关损耗。其最大承受电压40V,导通电阻为2.2mΩ。

博世锂电钻

该MSOFET主要应用在高效DC/DC转换器,同步整流器以及UPS逆变器中。

锂电保护电路板

博世锂电钻

该电源管理电路板上主要元器件为一颗电源管理IC,一个运算放大器。

【电源管理IC】

博世锂电钻

该电源管理IC来自于德州仪器(TI),型号为BQ77PL157A4225,封装形式为TSSOP-16。BQ77PL157 是一款可堆叠过压保护器件,适用于 3、4、5 或 6 节串联锂离子电池组。该器件集成了精确的过压检测电路和预先配置的阈值限制。其他功能包括堆叠多个部件以监控多达 18 个串联电池的能力。其工作电流为2μA,最大电压为30V。

博世锂电钻

其在工作时会将锂离子电池组中的每个串联电池都与内部参考电压进行比较。如果一节电池达到过压状态,保护序列就会开始。BQ77PL157 开始通过 CD 引脚对外部电容器充电。当 CD 引脚电压达到 1.2 V 时,OUT 引脚改变状态,LVO 引脚变为活动状态。如果堆叠多个 BQ77PL157 器件,则下一个器件的 LVIN 引脚会从上面的器件接收 LVO 引脚,并在激活其 OUT 引脚之前类似地启动一个缩短的延迟定时器(不需要额外的隔离或电平转换电路)。串中最低的 BQ77PL157 用于激活位于电源路径低侧的功率 MOSFET。

该电源管理IC主要应用于电动工具、不间断电源系统、电动自行车、踏板车和小型机动车辆、医疗器械、测试设备和工业产品的锂电池组的初级或次级电压保护。

【运算放大器】

博世锂电钻

该运算放大器也来自于德州仪器(TI),型号为LM358B,封装形式为TSSOP-8。其中包括两个高压 (36V) 运算放大器。其特性包括低偏移(300µV,典型值)、对地共模输入范围和高差分输入电压能力。

博世锂电钻

LM358B运算放大器利用单位增益稳定性、更低的失调电压(最大值为3mV)和更低的静态电流(每个放大器为 300µA,典型值)等增强型特性简化了电路设计。高 ESD(2kV,HBM)和集成 EMI 以及射频滤波器可支持将 LM358B 和 LM2904B 器件用于更严苛、更具环境挑战性的应用。

充电器电路板

博世锂电钻

▲充电器插头电路板

博世锂电钻

▲充电器插座电路板

该充电器电路板的主要元器件为桥式整流器、电源开关和MCU。

【MCU】

博世锂电钻

该MCU来自意法半导体(ST),型号为STM8S103F2,封装形式为SO20。STM8S103F2是意法半导体非常经典的一款通用型MCU,采用STM8内核,最高主频16MHz,内置8KB Flash,640 bit EEPROM。

博世锂电钻

该MCU主要用来控制充电以及指示充电器工作状态的LED。MCU控制充电的方案有着安全、效率高和低成本的优势。

【桥式整流器】

博世锂电钻

该桥式整流器来自于扬杰电子,型号为ABS10,用于将输入的交流电转换为直流电。

【电源IC】

博世锂电钻

该电源开关来自昂宝(ON-bright),型号为OB2570TCP,封装形式为SOP-8。OB2570TCP是一款QR模式原边电源开关,其内部集成了一个MOSFET,具有CC/CV控制功能,主要适用于中等功率的AD/DC充电器和适配器。在该电路中主要用作CC/CV控制作用。

博世锂电钻

博世锂电钻使用体验

该款型号为GSR 120-LI的博世锂电钻在电动工具中非常经典,在Big-Bit体验的过程中,能感受到它的手感非常好,重量也比较轻,握持起来非常舒服,多数情况下能够单手操作,很方便。

在功能上,该博世锂电钻共有两档速度,最高转速达到1400r/min,最大扭矩为30Nm,动力非常强劲,可以轻松应对生活中的打孔或者拧螺丝的需求。

值得关注的是,其正反转的开关和档位开关均为红色,视觉识别度较高,且设有保险位置以及停止后防止惯性转动功能,对使用安全性有作充分考虑。

Big-Bit拆解总结

通过拆解,Big-Bit商务网发现,该博世锂电钻使用了三颗来自天鹏电源(TENPOWER)的ICR18650电池,昂普ONPO的直流有刷电机;在电控方面,采用了来自中颖电子的MCU;电源管理方面用到了德州仪器(TI)的电源管理IC;充电控制方面用到了意法半导体(ST)的MCU和昂宝(ON-bright)的电源IC。从元器件方面来看,博世锂电钻的用料非常的扎实,相关元器件选型都来自于各个领域的龙头企业或者大厂。

相较于有线电动工具来说,其电路中要多一个电源管理电路和充电控制电路,在元器件的成本上相较于要高一些。近年来电动工具锂电化发展的持续推进也将为元器件厂商们带来更多市场。但相应的,其对于元器件的需求也有所变化。对于锂电工具来说,如何保证锂电池的工作效率,安全以及延长锂电池的寿命,这些都是锂电工具设计中的重点问题。

在该博世锂电钻的锂电池保护方案设计中,所使用的德州仪器(TI)电源管理IC针对多节锂电池场景进行保护,其内部集成了精确的过压保护电路,可以检测锂电池组中每个串联电池的电压,并进行相应的调节,达到保护作用。

在充电器设计方案中,我们可以看到此次所使用的昂宝(ON-bright)电源IC相较于一般的电源IC额外集成了CC(恒流)/CV(恒压)控制,在锂电池的充电方案中,CCCV方案充电效率高,对电池的损坏小,可以延长锂电池的寿命。而该方案中所使用的意法半导体(ST)MCU用来通过检测电路中的电压来切换CC/CV充电模式,以及控制电源IC的开关,使充电器可以高效率且安全的工作。

此外,Big-Bit商务网还观察到,该博世锂电钻中所出现的天鹏电源(TENPOWER)、昂普(ONPO)、中颖电子和扬杰电子都是国产品牌。在Big-Bit两年前所拆解的博世同款型号锂电钻上,使用的还是三星的电池、德昌电机和意法半导体(ST)的电控。

由此,可以明显看出,国内本土品牌的零部件和元器件厂商们近两年凭借着其优秀的产品正在慢慢进入诸如博世这样国际一线品牌的供应链。国产元器件厂商的崛起进程肉眼可见,未来显然还有更大发展空间。

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