Cargador DeWalt (DCB115) averiado

Reparación del cargador de baterías DCB115 de la marca DeWalt. El cargador DCB115 está diseñado para cargar las baterías de iones de litio entre 10,8 y 18V de la marca DeWalt. Esto significa que dispone en su interior de un control BMS adaptable a los módulos que contenga cada paquete, entre 3 y 5 celdas de iones de litio.

Cargador de baterías DeWalt, modelo: DCB115

Cargador de baterías DeWalt, modelo: DCB115

Este cargador sólo funciona cuando su electrónica detecta que se conecta un módulo DeWalt o compatible, y se encuentra en buen estado. En caso contrario, el cargador permanece en reposo con un consumo bajo.

Cargador de baterías DeWalt, modelo: DCB115

El cargador DCB115 dispone de 2 indicadores LED. El LED de la izquierda indica el estado de carga de la batería. El LED de la derecha se ilumina cuando la temperatura de la batería es demasiado alta o baja, reduciendo la intensidad de carga con el fin de proteger la batería.

El cargador DCB115 se debe enchufar a la red eléctrica antes de conectar la batería en su alojamiento. Cuando se inserta la batería en el cargador, el indicador LED de la izquierda se encenderá mostrando el estado de la batería:

  • Parpadea mientras se carga la batería
  • Se ilumina de forma continua cuando finaliza la carga

Reparación del cargador

El cargador me lo entregaron cerrado pero sin los tornillos, y al moverlo sonaba por dentro. Al abrirlo comprobé que alguien había intentado repararlo. Tenía el condensador electrolítico de la fuente de alimentación suelto y prolongado con unos cables. Al mover el condensador se soltó uno de los cables, porque el terminal del condensador se había sulfatado por dentro y se rompió. También se apreciaba un fogonazo al lado del transistor de potencia, y habían reparado una pista del circuito impreso. Posiblemente porque el transistor de potencia se pusiera en cortocircuito.

Buscando un poco por Internet, encontré el esquema del cargador DCB115, pero del modelo que va alimentado a 110VAC.  Así  los valores de algunos componentes no son los mismos para el cargador de 230VAC, pero el esquema me sirvió para poderlo reparar. Por ejemplo, el condensador electrolítico de la fuente de alimentación, en el esquema (C2) es de 220uF/200V y el de la fuente de 230VAC tiene que ser de 150uF/400V.

La resistencia SMD que estaba fundida y no pude comprobar su valor, la R16, es de 100 ohmios. El transistor MOSFET (Q1) es el K12A60, la resistencia ‘Shunt’ de potencia (R17) es de 0,47 Ohmios y el circuito integrado PWM (IC1) es el IW-710.

Componentes mal, en el cargador DCB115

En la imagen anterior se ve una parte del esquema con los componentes que tuve que sustituir, resaltados en color amarillo. Las 2 resistencias SMD enmarcadas en color rojo (R15 y R31) no estaban abiertas, pero su valor resistivo era superior a 2 MOhmios.

El origen de estas averías casi siempre es el mismo: el condensador electrolítico. Cuando el condensador electrolítico de la fuente de alimentación pierde capacidad o aumenta su valor ESR, el MOSFET trabaja con más corriente y aumenta la tensión de los picos de conmutación. Así es muy fácil que en cualquier momento se pongan los 3 terminales del transistor MOSFET en cortocircuito. Esto provoca que los 310VDC de la fuente entren en todos los componentes del circuito de control PWM, principalmente los que tengan una resistencia a masa más baja. Algunos componentes se queman de inmediato, y los componentes de un valor resistivo más alto tardan un poco más. Si se funde el fusible pronto, antes de quemarse las resistencias que se habían recalentado, las  de película metálica se carbonizan, y su valor resistivo aumenta.

Condensadores electrolíticos en paralelo

Como el origen principal de todas las averías de las fuentes conmutadas suele ser su condensador electrolítico, cuando se realiza una reparación es conveniente sustituirlo por otro de buena calidad y bajo valor ESR.

Condensadores en paralelo

Una forma fácil de reducir el valor ESR de los condensadores electrolíticos, es montar varios condensadores en paralelo de menor capacidad, pero de la misma tensión. Al montar condensadores en paralelo su capacidad se suma, pero el valor ESR resultante disminuye.

Cable comprobador de cargas

Cuando se reparan circuitos electrónicos que funcionan con fuentes conmutadas (actualmente son casi todos), es conveniente hacer las comprobaciones intercalando en serie con la alimentación de la red, una bombilla de filamento. Así en caso de que se produjera un cortocircuito, toda la tensión de la red iría a parar a la bombilla y evitaríamos más averías.

Cable comprobador de cargas

La imagen anterior se muestra el montaje que utilizo entre la toma de red y el equipo, para comprobar sus fuentes conmutadas durante la reparación. La bombilla que utilizo es de 40W, con el fin de limitar la corriente al máximo, pero se podría sustituir por otra de 60 o 100W, en caso de que el circuito a comprobar tuviese un consumo elevado en reposo.

La clavija de red se enchufa a una toma de 230V, y la bombilla está intercalada en serie, como si fuera un interruptor. A la salida hay una clema de conexión eléctrica gorda, con los terminales separados como una clavija de red Europea. Así se puede conectar una clavija de red o cables en puntas. En paralelo con la salida hay un LED con una resistencia limitadora de 100K y un diodo 1N4007 en paralelo con el LED, pero con los polos invertidos. El diodo 1N4007 absorve los picos de tensión inversa que le llegarían al LED, y lo protege.

El LED se ilumina cuando hay tensión en la clema de salida, indicando que la bombilla no está fundida y está correctamente apretada en su casquillo. Al conectar la alimentación de red a una fuente conmutada con la bombilla en serie, se producirá un destello luminoso fuerte, coincidiendo con el pico de consume de encendido. Después el filamento de la bombilla tiene que iluminar un poco, con mayor o menor intensidad dependiendo del consumo que hayamos conectado.

ANÁLISIS

  • La bombilla ilumina sólo al conectar la carga: es muy posible que la fuente conmutada este en reposo o su consumo sea muy bajo.
  • La bombilla se enciende al máximo desde el inicio: indicará que la fuente conmutada consume demasiado o está en cortocircuito.

¿Dónde fabricar el PCB?

Actualmente hay muchas empresas que se dedican a fabricar circuitos impresos, pero no en todas podemos conseguir pequeñas tiradas a buen precio. Por suerte, ahora disponemos de Internet y es mucho más fácil que antes. Podemos buscar empresas en cualquier parte del mundo, y es más fácil encontrar un fabricante que haga nuestros prototipos (PCB) a buen precio. Una de las empresas más grandes del sector es PCBWay.

Logo: PCBWay

 

Mini cargador de baterías, regulable de 5A

Construcción de un pequeño cargador de baterías, regulable en tensión y corriente, aprovechando una fuente de alimentación reciclada. El módulo de ajuste y control de carga, está basado en el circuito integrado XL4015 (Step-Down Converter), que permite funcionar con unos valores máximos de 36V y 5A. El conjunto lo he montado en una caja hecha a medida, fabricada con la impresora 3D en PLA.

Gearbest JGAURORA A5 Updated Large Printing Size 3D PrinterJGAURORA A5 Impresora 3D de gran tamaño de impresión

Regulador de tensión XL4015

El circuito integrado XL4015, es un regulador de tensión de bajas pérdidas, que permite funcionar con una tensión y corriente máxima de 36V/5A. La regulación de tensión se realiza modificando el ancho de impulso (PWM) de una señal de alta frecuencia, consiguiendo así un rendimiento muy alto  (>80%).

Chip XL4015

El XL4015 regula la tensión de salida mediante la comparación de una muestra de la tensión de salida y su referencia interna de 1,25V.

Step-Down Cnverter XL4015

Modificando los valores del divisor de tensión a partir de la tensión de salida (ver la fórmula en el esquema), es posible obtener una tensión estabilizada dentro de un amplio margen de tensiones. La tensión máxima de salida será la de entrada, menos algunas décimas de voltio, y la tensión mínima será la tensión de comparación del XL4015 (1,25V).

Cargador de baterías con el XL4015

A partir del circuito integrado XL4015 se puede construir un circuito de control para cargar cualquier tipo de batería, porque tiene un amplio margen de tensión-corriente, y ambos valores son regulables.

Módulo cargador de baterías XL4015

Actualmente se puede conseguir este módulo de control de carga a bajo precio, montado en una pequeña placa de circuito impreso.

Módulo cargador de baterías, con XL4015

Analizando el esquema de este módulo de carga con el XL4015, podemos ver lo fácil y barato que resulta construir un cargador de baterías ajustable en tensión y corriente, Sólo tendríamos que sustituir las 2 resistencias ajustable por 2 potenciómetros, y montarlos en el frontal de una caja junto con sus 3 indicadores LED.

Este mismo circuito también se puede comprar con el XL4005 en lugar del XL4015. El módulo con el XL4005 sería totalmente compatible para realizar este montaje, lo único que cambia es que la tensión de comparación del XL4005 es de 0,8V en lugar de 1,25V. Así la tensión mínima que obtendríamos con el XL4005 será 0,8V.

Cargador de baterías regulable

Para fabricar este cargador de baterías, nos haría falta una fuente de alimentación y un medidor de tensión/corriente.  Yo he utilizado una fuente de alimentación de 19,5VDC, recuperada de una impresora HP Deskject 940C. El medidor de tensión/corriente que he montado, es un analizador de energía eléctrica muy completo.

Medidor de energía eléctrica

 

Este analizador de energía eléctrica es muy adecuado para este montaje, porque muestra datos muy útiles para conocer el estado de carga de la batería: su capacidad, consumo, potencia, tiempo de carga, etc.

Caja a medida con PLA

A pesar de que existen muchos modelos y tamaños de cajas donde podríamos montar este cargador de baterías, he preferido hacer una caja a medida con la impresora 3D.

Caja con PLA

Descargar fichero .stl

Tiny battery charger, adjustable 5A

Hacer la caja de un cargador de baterías con PLA, quizás no sea lo más adecuado para obtener un acabado profesional y robusto. Pero como este cargador lo voy a utilizar de forma ocasional y no me importa mucho su aspecto, el PLA es una buena solución.