В этой статье мы рассмотрим ситуацию, когда ноутбук включается только от сети, но не включается от аккумулятора, а сам аккумулятор не заряжается. Диагностика этой неисправности включает как ряд простых шагов, так и сложных, требующих знаний в электронике и схемотехнике.
Итак, существует несколько причин невозможности заряда аккумулятора:
- неисправны «банки» аккумулятора
- неисправен контроллер аккумулятора
- неисправен контроллер заряда на материнской плате
Устройство и неисправности аккумуляторной батареи (АКБ)
Аккумуляторная батарея ноутбука состоит из нескольких групп «банок» – литий-ионных аккумуляторов, соединенных последовательно-параллельным подключением. Емкость элементов питания со временем уменьшается, что приводит к уменьшению времени автономной работы и необходимости ремонта. Кроме того, их приходится менять после глубокого разряда, когда аккумулятор некоторое время лежит без дела.
Нормальный срок работы коммутатора 3-4 года, 5-6 лет предельный срок, заявляемый производителем. При частом использовании и зарядки ноутбука, вы уже через год или пол начнете замечать признаки износа батареи. Чаще всего они проявляются так:
- В автономном режиме длительность работы ноутбука сокращается.
- Индикатор заряда батареи «врет”.
- Показатель уровня износа «Battery Wear level” в различных программах превышает 25%.
Реальное состояние батареи можно посмотреть в бесплатной утилите BatteryInfoView. Она используется данные с контроллера самой батареи, если контроллер неисправен, то данные могут не отображаться или отображаться некорректно.
Схема АКБ обычно включает в себя 4, 6, 9 или 12 элементов питания, так называемых ячеек (cells) или на сленге, «банок». При сильном износе этих «банок» аккумулятор может вздуться. Также это может произойти из-за перенапряжения. Иногда батарея может дать течь: если банки, в которых храниться электролит, сильно прохудились, то он может вытекать через них. Такую батарею нужно извлечь и никогда больше не заряжать. Поврежденные элементы питания заменяются методом перепайки.
Типичные симптомы неисправных банок:
- аккумулятор не держит заряд;
- моментальное выключение ноутбука после отключения блока питания;
- ноутбук распознает батарею, но уровень заряда при этом не меняется;
- наличие визуальных дефектов, таких как вздутие потекший электролит, прогар корпуса или сильный нагрев при подключении к сети.
Электроника
В схему заряда аккумулятора ноутбука также входит контроллер – это микросхема, обеспечивающая равномерное распределение заряда, а также защиту от перезаряда, перегрева и других нарушений работы. Литий-ионные аккумуляторы считаются достаточно капризными: любое отклонение в процессе зарядки может привести к возгоранию и взрыву. Контроллер также хранит информацию о количестве циклов зарядки и разрядки.
[stextbox id=’info’]Контроллер отключает аккумулятор от внешнего мира (размыкает цепь) после того, как достигнуто напряжение 4,7 вольта при заряде. Также отключение производится при снижении напряжения до 2,5 вольта при разряде. Такое устройство позволяет предотвратить необратимые изменения в аккумуляторе.[/stextbox]
Устройство батареи предусматривает защитное отключение при достижении температуры 80─90 градусов благодаря встроенному термостату и термодатчику. В литий-ионных батареях больше, чем в других типах АКБ, всевозможных предохранителей. Это необходимо, поскольку литий представляет собой очень активный металл. Контроллер следит за степенью заряженности аккумулятора в целом и всех элементов в отдельности.
Также в Li-Ion аккумуляторах имеется много разных датчиков и защит для её обеспечения. Вот некоторые:
- Общий предохранитель по току (восстанавливается);
- Предохранитель на каждом аккумуляторном элементе, срабатывающий при температуре 80–90 градусов С;
- Защита от превышения давления в аккумуляторном элементе. Критическое значение 10 кгс/см2. Защита не восстанавливается;
- Схема контроля зарядки и общего состояния аккумулятора.
Срабатывание любого датчика или отключает отдельную банку, или же прекращает заряд всей АКБ полностью.
Взаимодействие контроллера АКБ с материнской платой происходит через шину SMBus. Для подключения аккумулятора к плате используется разъем с как минимум 5 контактами. Из них два отвечают за подачу питания, ещё два обеспечивают обмен данными о состоянии аккумулятора и степени зарядки, отработанных циклах заряд-разряд, информации о производителе и т. п. Некоторые параметры приводятся ниже:
- текущее состояние;
- тип аккумуляторных элементов;
- идентификатор;
- серийный номер;
- даты производства и первого использования;
- производитель
- число сделанных циклов заряд-разряд.
Большинство ноутбуков, предлагаемых на рынке, имеют батареи с разъёмами 6, 7, 9 контактами. Распиновку для конкретного ноутбука приходится искать на сайтах производителей или мануалах. Распиновка наиболее распространённого семи контактного разъёма аккумулятора ноутбука выглядит следующим образом:
- ID;
- NC (No Contact);
- SCL/SDA (применяется для связи микросхем);
- BATT_IN (сигнал о подключении);
- SMB (шина для передачи данных о состоянии батареи);
- DATA- (ноль);
- DATA+ (основное напряжение).
В аккумуляторной батарее отдельная электрическая линия отводится под передачу идентификатора (ID), который представляет собой последовательность кодов. Распиновка таких батарей включает в себя следующие контакты:
- (+);
- ID;
- термистор;
- общий вывод.
Вывод идентификации в аккумуляторе обеспечивает тактовый генератор. Этот элемент вырабатывает сигнал в виде электрических импульсов. Чтобы интерфейс мог функционировать, требуется наличие двух линий. С их помощью передаётся информация между батареей и материнской платой.
Как вы понимаете, в случае неисправности генератора или термистора батарея не будет определяться ноутбуком.
Типичные симптомы неисправности контроллера, генератора или схемы обвязки:
- Ноутбук не видит батарею. Несмотря на то, что батарея целая и подключена к ноутбуку, он ее не распознает и выдает уведомление, что батарея отсутствует;
- Ноутбук определяет батарею, но заряд не начинается;
- При подключенной батареи, ноутбук не запускается, а после ее извлечения и подключения на прямую от электросети включается сразу. Такой симптом будет говорить о том, что внутри батареи происходит короткое замыкание.
Прошивка
Аккумуляторная батарея обменивается с электроникой ноутбука не только идентификационной информацией. Она хранит много другой информации о себе и текущем состоянии. Чтобы хранить все эти данные в батарее предусмотрена энергонезависимая программируемая EEPROM-память в виде микросхемы с последовательным интерфейсом. Она содержит заводскую информацию о полной емкости, серийном номере, производителе и т.п. Её содержимое можно перепрошить при необходимости.
Чаще всего перепрошивку выполняют через программу Battery EEPROM Works. Перепрошивку необходимо выполнять, когда вы установили новые банки, чтобы сбросить счетчик циклов заряда и полный объем новых элементов (Full Charge Capacity):
Несовместимость батарей и блоков питания
Основная причина сбоев контроллеров аккумуляторов заключается в том, что вместо оригинальной батареи для ноутбука используют китайские аналоги, купленные в интернет-магазинах типа Aliexpress и Ebay. В этом случае проблема может проявить себя моментально, после подключения устройства к цепи питания, либо после нескольких циклов подзарядки. Основная причина несовместимости — материнской плате не удается распознать контроллер батареи.
[stextbox id=’warning’]Для того, чтобы проверить блок питания сомнительного качества, необходимо подключить к ноутбуку заведомо исправный аккумулятор. Если с ним ноут будет работать стабильно и батарея заряжается, значит проблема в новокупленном блоке питания.[/stextbox]
Некоторые производители ноутбуков используют специальную систему распознавания оригинального блока питания. Такую функцию имеют ноутбуки Sony, HP, Dell (некоторые модели), Lenovо. К примеру, если к одному из этих ноутбуков подключить чужой или не оригинальный блок питания, то батарея в этом случае может не заряжаться. Да, ноутбук включится и будет работать, но только от сети.
Диагностика цепи заряда на материнской плате
Как изначально было сказано, аккумулятор может не заряжаться и не по своей вине, а именно по вине схемы заряда на материнской плате.
Процесс заряда батареи управляется с платы микросхемой ШИМ-контроллера — чарджером (charger). Коммутация цепей питания от источника питания (АКБ или БП) на плату ноутбука путем подачи управляющих сигналов на транзисторные ключи (MOSFET) — это и есть основная задача чарджера. Также чарджер отвечает за сообщение о подключении источника питания другим системным контроллерам и формирование напряжений и токов для зарядки аккумулятора.
Существует огромное число различных модификаций ШИМ-контроллеров заряда, используемых в ноутбуках. Связано это с тем, что мощности потребления и напряжения в разных платформах разные. Наиболее популярными являются микросхемы фирм RT (RICHTEK), MAX (Maxim Integrated), ISL (Renesas, Intersil), SEMTECH (SX), Texas Instruments (TPS, BQ).
Рассмотрим схему чарджера на примере применения BQ24707.
При подсоединении к ноутбуку блока питания, включенного в электросеть (обычно 15-19 V), на одном из контактов чарджера появляется напряжение (в примере выше оно передается по линии Adapter Detection, обведенной красным) – так происходит распознавание подключения БП. Узнав, что адаптер подсоединен, чарджер информирует об этом одну из главных управляющих микросхем – EC/KBC controller (он же мультиконтроллер) или южный мост, которые обозначены на рисунке прямоугольником «Host». В некоторых реализациях информацию получают обе микросхемы.
Если уровень входного напряжения с блока питания соответствует требуемому (для большинства ноутбуков это 19 V), EC/KBC контроллер закрывает ключ (BATFET, обведенный синим), который пропускает на плату питание с АКБ. Одновременно с этим открываются ключи Q1 и Q2, работающие в противофазе с BATFET. Q1 пропускает питание с линии 19 V к самому чарджеру, а через Q2 напряжение с БП поступает остальным потребителям системы. Также оно идет на зарядку аккумулятора.
Вот типовая схема подключения:
По отдельному каналу чарджер отслеживает уровень напряжения АКБ. При достижении максимума зарядка прекращается.
- ACDET — вход определения наличия адаптера
- SCL — тактирование шины SMBus
- SDA — данные шины SMBus
- SRN и SRP — негативные и позитивные входы датчиков тока. SRN также используется для определения напряжения батареи.
- PHASE и LODRV — верхние и нижние плечи MOSFET выхода питания.
- ACN и ACP — входы тестирования наличия тока
Если вы обратите внимание на линии, которые идут к чарджеру и от него, вы заметите, что они усыпаны мелкими деталями, которые называются элементами обвязки. Каждый из этих элементов в любой момент может выйти из строя. Именно это и послужит причиной для отсутствия зарядки и ряда других проблем с батареей.
Некорректная работа системы заряда сопровождается следующими симптомами:
- Ноутбук не видит рабочую батарею
- Ноутбук видит новую батарею, но не заряжает ее.
- При подключении компьютера к электросети индикатор заряда батареи активен, но на самом деле батарея не заряжается.
- Батарея имеет полный заряд, но на ноутбук питание не поступает. Если отключить его от электросети, происходит моментальное выключение компьютера.
Решив проблемы с контроллером заряда, вы одновременно решите и проблемы со включением ноутбука.
Многие контроллеры похожи друг на друга и взаимозаменяемы. Вы можете изучить эту статью, посвященную данному вопросу.