之前马云家买的几十块的廉价锂电钻由于成本问题电量显示功能被厂家阉割，对使用造成一定不便。如图 此帖共100多张图片 预计三层楼。。。
这个电钻就算电量显示功能没被阉割也基本等于形同虚设，主要是指示功能十分粗糙（这类电量指示就用了几颗二极管和电阻加三颗led）不能体现真实电量状况，于是决定为其设计一个电量板。如下图手绘版原理图，此电量板带有负载补偿功能，引入电流反馈克服一般电量指示带载和空载时压降变换带来的指示不准确问题，拥有四段指示最后10%会闪灯提示。
开始前先了解一下调速开关详细原理，这个大概原理坛友基本都知道但开关的详细运作原理论坛貌似还没有一篇帖子有过介绍
为了设计好电量板必须了解其详细原理，这个小东西看似小，其实设计的还是挺精妙的 ，如图下半部分为调速器原理图 跑了一下电路。
绿框为 调速开关结构 k1 k2 k3 为联动开关 当开关按下时 k1 k2 k3 同时滑动 首先k2（电子刹车 你按下开关复位后电钻电机会立即停转就是这个开关在起作用，它的两点和图中调速器原理图中a b 两点直连 复位后会将两点也就是电机两端短路起到刹车作用，这就是为什么有坛友疑惑很快的复位调速开关电机里面会有很大的火花，就是因为电机两端被开关短路线圈里的反电动势放电造成，慢慢回位开关由于感应电动势很小则不会有很大的火花）会从连接状态断开 ，电机不再被短接 开始行程，k1 也在滑动 准备调速 ，随着行程进行，k3 滑动触片将d点和e点短接，d点为电池负极 e为调速板地 两点相连 调速板得电运行，相当于电源接通，与此同时k1 滑动电位器触点1和c接通 使pwm芯片产生特定脉宽从8脚芯片（型号看不清也查不到，但不影响分析）第脚输出pwm脉冲送mos管g极 控制电机转动，随着行程的加大，k1中会依次连通c2 c3。。。。c7 转速不断提高，当到达c7后调速器滑动电位器触点接通最后一个电阻端子7 的20k后转速不再提高，以达到pwm芯片占空比极限，再向下按压调速开关 k3的d e f 三个触点会短接再一起，相当于电路图中把 电池负极 调速板mos的漏极和源极短接在一起，这时相当于把调速器短接直连此时电机是直通电池的，不再受调速器调速控制，电机也达到最高转速和最大功率。看似7速 实际是8速 最后一档是直通。
松开调速开关就是以上的逆过程， 先解除mos管直通 恢复调速功能 转速越来越慢 到最慢后断开电源 最后短接ab两点电子刹车。
好了分析完调速器原理后就知道怎么加这个电流取样了， 图中下半部分中段虚线方框就是后加的电量板电流取样电阻的位置。
下面是调速器拆解和原理图中对应关系
开关触片
正反转开关
下面介绍电量板原理 图中上半部分 用lm324做电压比较器 ne555做10%闪灯时基， tl431做电压基准 78l05做振荡器稳压电源和反馈电路稳压偏置。 电量板分4段 分别 70%-100% （绿灯led1） 40%-69%（黄灯led2） 10%-39%（橙灯led3） 0-10%（红灯闪led4）
运放a1-a3接成比较器 同相输入端分别接到 tl431阴极作为基准 设定3v 反向输入端通过 r6 r7 分压节点取样（a1比较器）当分压节点电位高于3v基准时比较器a1 7脚输出低电平 12v电源经led1 电阻r8限流到a1 7脚低电平点亮，当电池电压降低到设定电位 r6 r7 分压节点电位低于3v基准则比较器翻转 a1 7脚输出高电平 led1熄灭 ，达到指示目的，a2 雷同 说下a3 当电量小于10% 也就是a3 14脚输出高电平 led3橙色灯熄灭 的同时高电平被送入 二极管d1 和r15限流电阻送入npn型三极管的基极 三极管导通 使集电极c电位为零（接近）ne555组成的振荡器得电开始工作频率为3hz 每秒三次 ，ne555三脚输出脉冲推动led4（红灯闪烁），由于lm324并非轨对轨运放输出低电平带载2ma左右时并非为0v（大概0.5-0.7v）如果不串联二极管三极管会处于微导通状态，导致led4应该为关断状态时会微微闪亮，二极管d1的作用是利用其0.7v左右的压降吸收运放这0.7v使送到三极管基极电位为0 使三极管可靠关断。78l05为ne555供电的同时会通过rp1电位器上端输入5v稳压源，通过分压后送a0 3脚 作为电流取样放大器的稳压偏置（单电源供电需要设置偏置）运放a0 接成反向放大器 （为什么要反向放大器，因为抗干扰能力强，由于取样信号是脉动和谐波成分非常严重的信号，如果用同相输入端会造成放大器无法正常工作）a0 1 2 脚 接r1 2脚接rp2 上端 下端去电流取样点。输出电压计算公式 vout=vin+ * （1+r1/pr2）- vin- * r1/rp2 r3 r4 r5 是431 上下臂和偏置电阻 选择得当 使431输出 3v基准电压 q1 三极管 pnp型 c e 分别并联在r4两端 作为电子电位器使用，设定好r1 rp2 放大器的倍数就确定了，调节rp1设定合适偏置电压使 运放a0 2脚反向输入端为0时 三极管q1 正好处于微导通状态 调节到基本不影响3v基准的 状态，当电钻接通 随着按压力度的增大转速提高 电池由于内阻的存在输出电压会降低此时指示灯取样分压电阻如果靠近转换点会下降一格电量（低于3v基准了），这并不是真实的电池容量变小，而是压降造成的，这显然是不准确的，就需要随负载大小的补偿功能。
负载加大的同时电流取样电阻电流增大 下半图虚线 mos 源极s和5毫欧电阻节点电位上升送到a0 2脚 会使1脚 电位降低 三极管q1 基极电位下降开始导通，导致 e c 等效电阻降低 会使r4 等效并联电阻变小 431输出基准会降低 这时取样分压电阻检测到的压降会被动态基准的降低所抵消，led就不会因为带载跳电了，这个就是带载补偿功能。
原理说完了 需要确定电压电量对应节点 用ebd做了一次电池完全放电 如图 可以看到电池标称1300mah 1a放电也是1300 图中标注出了电量对应点 但不能准确看出具体数值 这可不行
再看下图 软件导出的excel文档 里面详细记录了 放电信息和电压电流时间对应关系
需要查看 3个点位的具体数值 先看看总放电时间和放电截止电压 可以看到截止时间为4691秒 截止电压9.199v
好了可以计算 电量电压对应点了 先70% 4691* （1-70%）=1407s 查表看电压 可以看到1407对应11.417v
40% 4691*（1-40%）=2814s 对应2814 10.832v
10% 4691*（1-10%）=4221s 对应10.187v
元件取值 lm324 取样电阻 最大输入电压为4.2*3 =12.6v 运放输入ma级电流即可 假设1ma 两个分压电阻就需要12/1ma =12k 取总值20k
比较器上臂由于承受大部分电压越 3分之2 取15k 也就是 r3 r9 r12 取15k
计算 下臂电阻取值 由于基准设定3v a1比较器 对于节点电压为11.417 ，（11.417-3）/r6（15k）=0.561ma 根据欧姆定律 r7=3/0.561=5.3k
剩下a2 a3 取样以此类推不再赘述。赠送个324资料
下面t431 工作需要至少1ma的偏置电流 上面已经查表得出 电池放电截止电压为9.199v（保护板动作）取9v 9-3（基准取值）=6v /1ma=6k
实际为了留出余量我改成了4k 实际电路板上用的3.9k。 431 上下臂取值 431pdf文档要求输入上下臂分压最少能提供ma级的电流ref负载最小大约2-4ua，也就是上下分压电阻要远大于 ua电流 为了较强的抗干扰能力我取2ma 总值10k左右 结合公式vout=（1+r4/r5）vref （2.5v）3（设定基准）r5（取10k） r4计算结果为2k 再赠送一个431资料
运放a0 rp1 要求ma输入 5v偏置电源 设1ma电流 需5k 所以rp1 取5k
r1 rp2 要求远大于 输出负载阻抗 由于 q1 三极管 输入限流电阻 取1k 为了较强的抗干扰能力取值较小 1-5k都可以 （运放最低输出为0.7三极管集电极电位最高3v 压差2.3v 电流限制在几ma即可所有取 1k ） 输出阻抗确定 输入增益调节电位器 取值10几20k都可以 这个手绘版原理图我用的10k 和2k 电位器 最终电子版原理图和实物用了一颗20k贴片电位器代替。
ne555取值 设定振荡频率3hz 根据公式t=ti+t2=0.7（r16+2r17）c 周期c=1/f 1/3=3.333 充放电电阻一般习惯几十k 我选两个100k 代入公式最终 电容取1.5uf
ne555 5内部基准控制端 我用内部基准 所以接了一颗0.1uf 电容
r15 10 几20k 都行 ne555 5v下工作电流 10ma左右 r15能使三极管在10ma饱和导通就行。
78l05 的作用一个是为a0提供稳压偏置源 一个是给ne555供电，不然振荡频率会随电压变化。
r8 r11 r14 led限流电阻 led 工作电流2-3ma就行 12v -2v（led压降）=10v /2（取2ma）=5k 最终4.7k代替
r18 led4限流 这个工作电压5v r= 5-2-0.3(q2饱和管压降)=2.7/2=1.75k 最终1k 代替。
下面是电子版原理图和pcb图
和手绘版有点区别以这个为准
pcb图 由于体积较小走线单面板无法布通 所以采用双面走线单面分布元件
顶层 紫色为机械层1 定位标记
底层 四周方框为禁止布线层
机械层13
机械层15
丝印层
阻焊层
锡膏层没有截图 我用不上 一把烙铁就够了
下面全部图层
3d 由于没有贴片电位器3d封装 我也懒得画这个 只画了元件封装库 所以电位器位置缺失图形
2楼是pcb制作详细过程。。。。
