Phân tích chi tiết mạch IC sạc cho đồng hồ thông minh (theo sơ đồ)

1. Tổng quan khối sạc

Sơ đồ cho thấy một khối đường nguồn chính (VBAT) chạy dọc ở phía trên, kèm theo các đường VBAT_SENSE (đo điện áp pin), một điện trở dò dòng (shunt/current-sense) R6101 đặt gần socket pin (ghi trên sơ đồ: R6101 CLOSE TO VBAT SOCKET), và một IC sạc/giám sát nằm phía dưới nối vào VBAT qua các chân và dây tín hiệu. Ngoài ra có một số điện trở chia điện áp, tụ lọc (100pF / 1µF), và có vẻ có MOSFET hoặc transistor bảo vệ mạch sạc.

Mục tiêu của khối: nhận nguồn sạc (VCHG), kiểm soát dòng/điện áp sạc cho pin, đo điện áp và dòng sạc bằng mạch cảm biến để IC hoặc MCU điều khiển, và bảo vệ chống ngược, quá dòng, quá áp.

2. Các phần tử chính và vai trò

A. Điện trở dò dòng — R6101 (Current sense)

Vị trí: nằm trên đường VBAT, gần socket pin (ghi chú quan trọng trên sơ đồ).

Giá trị ghi trên sơ đồ: 0.068Ω 0.5W (phỏng đoán từ ảnh). (Có thể là 0.068Ω hoặc 0.068Ω ±1%).

Chức năng: đo dòng sạc đi vào pin. Khi dòng chảy qua R6101 tạo ra một điện áp nhỏ (V = I·R) được đưa về chân I_SENSE hoặc ampli đo của IC sạc/giám sát. IC dùng điện áp này để giới hạn dòng nạp, phát hiện quá dòng, hoặc tính lượng sạc.

Lưu ý: đặt gần socket pin để đo chính xác dòng vào pin, tránh sai số do đường mạch dài.

B. Đường VBAT và VBAT_SENSE

VBAT: đường cấp điện từ pin cho toàn bo (nguồn chính).

VBAT_SENSE (hoặc V_BAT_SENSE): đường lấy mẫu điện áp pin (thường qua điện trở chia) đưa vào chân đo ADC hoặc chân sense của IC/MCU. Dùng để:

Kiểm tra điện áp pin (Xác định trạng thái sạc: empty/charging/full).

Điều chỉnh thuật toán sạc (CV/CC — constant voltage / constant current).

Trên sơ đồ thấy cặp chân ra (connector) ghi VBAT_SENSE — cho phép IC/MCU đo.

C. IC sạc / giám sát (block có nhiều chân)

Trên sơ đồ là một IC ký hiệu như M6251? / UB100? (chưa rõ exact). Block có nhiều chân (E, G, S, các D1..D4, C1..C4?), có thể là:
Một IC quản lý pin (PMIC) tích hợp MOSFET chuyển mạch hoặc là một IC sạc pin Li-ion/LiPo tích hợp.

Chân E/G/S gợi ý phần tử MOSFET (E = Drain/Source tùy ký hiệu nhà sản xuất; G = Gate). Có thể đây là sơ đồ một MOSFET bảo vệ hoặc MOSFET đảo chiều giữa nguồn sạc và pin.

Các chân C1..C4 / D1..D4 có thể là các đầu nối tới các cảm biến hoặc cho các chức năng bảo vệ/điều khiển (khó xác định từ ảnh).

Nếu IC là bộ bảo vệ pin (battery protection IC), nó chịu trách nhiệm: ngắt khi quá dòng, ngắt khi quá xả, đo nhiệt độ, điều khiển MOSFET sạc/ngắt.

D. MOSFET / transistor bảo vệ

Sơ đồ có các đường dẫn, khối MOSFET gần IC: dùng để:

Chặn dòng ngược từ pin ra nguồn sạc khi nguồn ngoài rời.

Điều khiển chu trình sạc (bật/tắt dòng sạc theo lệnh từ IC).

Các MOSFET có thể được tích hợp trong IC sạc hoặc là linh kiện rời.

E. Tụ lọc và linh kiện thụ động

Tụ C6313 ~100pF nối xuống mass: có thể là tụ lọc nhiễu cho đường đo/feedback.

Tụ C6312 1µF ở nhánh VDRM? (dưới sơ đồ): có tác dụng khử nhiễu, ổn định nguồn.

Điện trở R6123 10K (theo nhãn): có thể là điện trở pull-up/pull-down cho chân detect hoặc cho điện trở vào chân báo trạng thái.

F. Các đường tín hiệu vào/ra

VCHG_D? (hoặc VCHG_D): điểm nhận nguồn sạc từ cổng (USB/connector sạc).

VBAT_SENSE, Vbat: đo.

Các đường nhỏ khác: có thể là IO cho MCU (status, charge enable).

3. Hoạt động cơ bản (flow sạc điển hình)

Nguồn sạc (VCHG) cung cấp điện vào mạch qua cổng sạc.

Dòng qua mạch điều khiển/ MOSFET đến R6101 (shunt) rồi tới pin (VBAT).

IC sạc/giám sát đo điện áp ở VBAT_SENSE (qua điện trở chia) và điện áp trên R6101 (dò dòng).

Dựa trên các tham số đo được, IC điều khiển MOSFET để:

Áp dụng chế độ CC (giới hạn dòng) khi pin thấp.

Chuyển sang CV (giữ điện áp ổn định ~4.2V cho Li-ion) khi pin đạt điện áp mục tiêu.

Khi dòng giảm dưới ngưỡng (pin gần đầy), IC/người điều khiển tắt sạc hoặc chuyển sang trạng thái duy trì (trickle).

IC cũng sẽ giám sát các lỗi: quá dòng, đo nhiệt (nếu có input thermistor), ngắn mạch.

4. Cách kiểm tra & đo chẩn đoán (bước bước, cho kỹ thuật viên)

Chuẩn bị: đồng hồ vạn năng, nguồn sạc ổn định (USB 5V), kìm đo dòng/amp meter hoặc shunt + đo V.

Kiểm tra hình thức:

Kiểm tra R6101 có bị cháy, mất tính dẫn hay bị nứt.

Quan sát mối hàn quanh IC, MOSFET, socket pin.

Kiểm tra trị số shunt (R6101):
Khi rút nguồn, đo điện trở hai đầu R6101 — trị số nhỏ (mΩ đến vài chục mΩ). Nếu đứt/giá trị vô cùng lớn -> thay.

Nếu cháy, nó có thể mở mạch -> pin không nhận sạc.

Đo khi có nguồn:

Cấp nguồn sạc (5V USB) vào VCHG. Đo điện áp tại VCHG vào mạch.

Đo điện áp tại VBAT socket (chưa có pin hay có pin?): nếu có pin, đo trực tiếp VBAT; nếu không có pin, đo ở socket.

Khi sạc bắt đầu, đo dòng sạc. Dòng đo được phải tương ứng với điện áp trên R6101 / giá trị R.

Đo tín hiệu sense:

Đo điện áp ở điểm VBAT_SENSE và kiểm tra điện trở chia nếu có. So sánh với VBAT thật sự để đảm bảo không lệch đáng kể.

Kiểm tra hoạt động IC:

Nếu có chân status trên IC (LED hoặc chân báo), kiểm tra chân này xem có thay đổi khi cắm sạc.

Dùng oscilloscope (nếu có) kiểm tra xem có xung điều khiển gate MOSFET hay PWM không (để xác định sạc switch-mode vs linear).

Kiểm tra lỗi thường gặp:

Pin không nhận sạc:

Kiểm tra shunt R6101, cầu chì nhiệt (nếu có), MOSFET.

Kiểm tra cổng sạc (micro USB/USB-C) và dây/đầu cắm.

Dòng sạc rất nhỏ:

R6101 quá lớn, hoặc IC giới hạn dòng do cảm biến lỗi (VD: sense open).

Pin nóng, sạc bất thường:

Kiểm tra IC đo nhiệt (thermistor) hoặc mạch đo điện áp/điện trở bị hỏng.

An toàn: luôn làm test với điện áp/phụ tải phù hợp; pin Li-ion có nguy cơ cháy nổ nếu sạc sai. Nếu không chắc, tháo pin khi đo mạch.

5. Các nhãn trên sơ đồ (giải thích cụ thể các ký hiệu bạn có thể dùng trong bài)

VBAT: Nguồn pin, điện áp pin Li-ion (thường 3.7–4.2 V).

VBAT_SENSE: Điểm lấy mẫu điện áp pin (đi vào ADC/IC sạc).

VCHG / VCHG_D: Điện áp sạc (từ cổng sạc).

R6101: Shunt đo dòng; đặt gần socket pin để giảm sai số.

R6123 10K: Pull-up/pull-down hay một phần của mạch detect (ví dụ detect cắm sạc).

C6312 1µF, C6313 100pF: Tụ lọc, chống nhiễu cho đường sense/feedback.

IC (ký hiệu M6251 / UB100 trên ảnh): IC quản lý sạc / bảo vệ pin (tùy board có thể là PMIC hoặc bảo vệ pin).

6. Những hỏng hóc thường gặp & cách khắc phục nhanh

Socket pin bị oxi hóa / mối hàn lỏng

Triệu chứng: sạc lúc có lúc không.

Khắc phục: vệ sinh socket, hàn lại, kiểm tra mối hàn trên pad VBAT.

R6101 bị cháy / mất giá trị

Triệu chứng: không đo được dòng, IC hiểu là lỗi, có thể ngắt sạc.

Khắc phục: thay R shunt chính xác giá trị (chú ý công suất, hệ số chính xác).

IC sạc lỗi (bị chết do ngắt nguồn đột ngột, quá áp)

Triệu chứng: không sạc, không có tín hiệu control.
Khắc phục: thay IC nếu có kỹ năng; trước đó kiểm tra MOSFET và tụ gần IC.

Tụ lọc bị hở/short

Triệu chứng: sạc không ổn định, nhiễu, dao động.

Khắc phục: thay tụ theo trị số.

MOSFET / diode bảo vệ hư

Triệu chứng: sạc không qua, điện áp bị sụt.

Khắc phục: kiểm tra bằng đồng hồ, thay MOSFET/diode tương thích.