仪控原理

家里使用多年的一个触控应急灯坏了，如图01所示，晚上起夜给孩子把尿很不方便，于是决定好歹修一修，原本觉得很简单，现在想来中间过程并不轻松，不过经过维修也学习和巩固了一些基本知识，算是维修工作的慰藉吧。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/07/201307241859_453450_1611921_3.jpg图01 家用触控LED应急灯闲话不表，把我的维修与思考的过程逐一分解给各位读者先。1、维修的第一步当然是不由分说的拆开应急灯底座，如图02所示，一拆开发现有一个电容完全废了，电解液都流出来的（有点遗憾的是没有拍照就扔了，这是更换之后的照片）根据标号从电子元件库中找了一个容值和尺寸差不多耐压高达650V的电容换上， 原感觉问题解决了，可没想到灯泡无法点亮，而且电池并不能充上电，我的表情顿时严肃起来，心想可能摊上大事了，看来必须进行更加深入的维修……http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/07/201307241900_453452_1611921_3.jpg图02 触控灯底座电路板照片2、深入的维修首先当然需要弄清楚其工作原理，根据我的理解，将整个原理图剖解如图03。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/07/201307241900_453454_1611921_3.png图03 触控灯的原理示意图3、使用一个电流电压源和万用表逐一对充电模块、电池、触控模块及负载进行隔离检测，发现充电模块与电池都不能正常工作，前者空载直流280V而接100欧负载的电压仅0.3V，远远偏离正常值，可以断定充电模块除了刚才提到的电容烧坏之外肯定还有其他地方坏了；后者充电电流小于1毫安。不过所幸的是，触控模块与负载经过3V供电时都可以正常工作，于是确定维修点，如图04所示。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/07/201307241901_453455_1611921_3.png图04 触控灯的故障分析结果图4、根据失效模块选择相应的配件，由于原来的蓄电池是铅酸电池寿命较短，濒临淘汰，于是毫不犹豫更换成锂电池，选择一个3.7V的模块，注意购买锂电池时一定要同时购买相应的保护电路，以保证锂电池的稳定、均匀的充放电，避免不正确的充放电对电池的损害甚至引起事故，这个细节通过百度都可以找到，不赘述；由于充电模块也坏了，干脆就新买的锂电池配一个标准充电器(5V1A)，如图05所示。充电器与电池分别花5元与18元，共23元。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/07/201307241901_453457_1611921_3.jpg图05 市场上购买的标准锂电充电器5、将配件更换组装，如图06所示，其结构原理图如07所示，维修结果也上一个图，如图08。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/07/201307241901_453458_1611921_3.jpg图06 维修结束后的底座电路照片http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/07/201307241902_453461_1611921_3.png图07 触控灯维修结果示意图http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/07/201307241902_453462_1611921_3.jpg图08 触控灯维修结果照片6、剩下电子垃圾有板砖一样的蓄电池与充电器外壳各一个分别如图09与10所示。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/07/201307241902_453463_1611921_3.jpg图09 被更换的铅酸电池http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/07/201307241903_453464_1611921_3.jpg图10 被挖去内脏的充电器故事到这里本应该结束了，可我在维修中发现一个半天想不明白的问题：该灯的触控原理具体是怎样的，乍一看是电容感应控制，但电容一般都是两个平行极板，而这里的触控敏感元件怎么只有一个极？！如图06中的触控铜片。A1、带着这个问题，首先需要搞清楚触控灯的原理电路，其核心是一个SGL8022W芯片，根据查阅该芯片的手册、应用电路(如图11所示)及一些热心朋友分享的应用案例(如改造一个很艺术的装饰灯,顺便验证一下SGL8022W的触摸感应效果、【拆解与改进】久量牌可充电触控三级调光LED灯【新增电路图】)，应用手册及用户讨论让我更加深入了结了SGL8022W芯片的强大功能，它不仅仅可以触控开关，还可以通过手指悬停进行无级光强调节，通过改变输入阻抗调节灵敏度还可以实现隔空打物(仅仅手在空中挥舞就可以开关与无级调光)，不过遗憾的是，这些资料均没有讨论我关心的问题：只有一个极如何实现电容触控？http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/07/201307241903_453465_1611921_3.jpg图11 SGL8022W触控应用电路图A2、查更多的资料，我了解到，通常的触控原理，或者使用声表面波，或者像iPad/iPhone中使用的平行板电容触控元件阵列，分别如图12、13所示，其中电容触控原理与我关心的问题比较接近，它是在手指靠近触控单元时电容发生改变而进行判断和响应的，如图14，可是如果只有一个电极，如何实现触控呢？还需要更加深入的调查。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/07/201307241904_453466_1611921_3.jpg图12 超声波触控原理（来源于网上，漫画作者蔡子君）http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/07/201307241904_453467_1611921_3.jpg图13 ipad电容触控原理图，两层ito导电膜之间是介质夹层(原文作者Paul Ockenden链接http://www.pcpro.co.uk/realworld/357325/capacitive-or-resistive-whats-the-best-type-of-touchscreen)http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/07/201307241904_453468_1611921_3.png图14 双极板触控原理图A3、经过一番检索，终于找到 David Johnson先生写的一段话让我刹那间明白了"A key to the success of these circuits was to measure thecapacitance change relative to earth ground using a frequency much higher than standard power lines."(原文链接http://www.imagineeringezine.com/e-zine/capacitance.html)，单极触控的关键一是单极板对地的电容变化；二是频率不能太低与交流电频率接近，也不能太高和无线电接近。根据我的理解画一个单极板触控原理图如图15所示。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/07/201307241905_453469_1611921_3.gif图15 单极板触控原理动画图A4、为了更清楚的表达我对单极触控问题的理解，我把通常的双极板电容的认识拓宽为两个半电容(双极直接存在电容，同时对地也分别存在分布电容)，单极触控的实质是半电容变化的调节[/