重新修改18650電池座開發板(後續)

撰寫: 2023/6/10                                                           

發佈: 2023/6/29

基本上這是一個失敗的範例，如果各位可以從個人的失敗的教訓得到下次設計的經驗，歡迎各位繼續看下去，若想直接採用正確的設計，可以跳過本篇內容。

重新修正18650電池座開發板目標

當初採用18650電池座開發板來修改，主要是現成業界硬體設計的開發板功率提供不會有問題，對於Raspberry Pi Zero W來說應該相對安全，不應該發生之前Debug1-3-1 自行設計鋰電池充電模組板慘痛經驗中將Raspberry Pi Zero W燒壞的經驗；但上篇自行修改18650電池座開發板應採用1.27mm公排針與母排座來代替原來2.54mm排針，卻因下方就只有靠1.27mm母排座來單點支撐，但1.27mm母排座針腳只有薄薄的一片金屬，幾次插拔略為施力就斷針GG了。因此這回重新修正18650電池座開發板目標以修正缺失如下:

• 增加下方支撐，不在只是靠1.27mm母排座來單點支撐：必須在Raspberry Pi Zero W再加上其他螺絲支撐點，形成三點支撐點，減少靠1.27mm母排座來單點支撐的力量。
• 改除GND切換開關：當初發現切換開關經過改造後接觸也變得不穩定，所以將去除切換開關簡化電源接點。

重新修正Raspberry Pi 3充放電保護18650電池座開發板

• Step1: 解焊
  移除18650電池座開發板上1.27mm排針與開關上算容易，因為1.27mm公排針並未斷針，但是移除Raspberry Pi Zero W上斷針後的1.27mm母排座就相當困難，因為斷針在Raspberry Pi Zero W pin4針孔中，無法利用吸錫器將內部焊錫及斷針取出，無奈下只好採用1mm電鑽鑽掉焊錫及斷針，但也埋下了後續的禍根，之後再提。
  
• Step2: 18650電池座開發板針孔擴孔及焊接施工
  原來利用三根2.54mm針將1,3針利用開關跨接方式來將18650電池座開發板電源負極(-)端孔往上牽線移動兩個2.54mm針距孔位距離，但是橋接過到Raspberry Pi Zero W pin6上方並沒有在上方有任何焊點，如此設計個人覺得屬於懸空的狀態不授力，並不穩固，因此決定在18650電池座開發板中間5V正負極針孔上方2.54mm針距上再開一孔，將18650電池座開發板中間5V負極針孔跨接到此新負極針孔；如此就可以直接焊接正對下方Raspberry Pi Zero W pin 4 and 6的1.27mm兩針公排針，擴孔如下圖：
  
  反面如下：
  
  經過實際採用三用電表測試，多鑽的負極孔位並沒有造成任何電源電壓問題。所以此鑽孔算是安全沒有破壞18650電池座開發板電路板功能。

• Step3: 18650電池座開發板支撐螺絲擴孔
  因為前一步驟鑽孔結果安全過關，並沒有破壞18650電池座開發板電路板功能，為了在Raspberry Pi Zero W再加上其他螺絲支撐點，形成三點支撐點，所以在18650電池座開發板中間5V負極針孔下方對映到Raspberry Pi Zero W支撐螺絲孔位處鑽孔如下圖：
  
  加上六角尼龍柱如下圖：
  
  在此疏忽在鑽孔後沒有經過實際採用三用電表測試，事後發生電源電壓問題才查出此鑽孔已破壞18650電池座開發板電路板功能。

• Step4: 連接Raspberry Pi Zero W與18650電池座開發板
  雙板連接並加上六角尼龍柱如下圖：
  
  可以看到有三個六角尼龍柱，理論上支撐點應該足夠。

使用結果

正式使用發現Raspberry Pi Zero W使用一回兒在USB、HDMI金屬頭就有點微熱，使用過了10mins後發燙到燙手的地步，發現情況不妙後立刻關閉電源，再次啟動18650電池座開發板卻發現無法再啟動Raspberry Pi Zero W了，直接使用Raspberry Pi Zero W USB電源也無法啟動，心中浮現不祥的陰影，取三用電表測量一下發現兩個問題：

• Raspberry Pi Zero W 5V與GND竟然有導通，只剩下微微的阻值，這現象就如同電線短路會過熱一樣，5V到GND接近短路怪不得USB、HDMI金屬頭接地都會發燙。最有可能發生此問題就在採用1mm電鑽試圖鑽掉針孔的焊錫及斷針，實際上電鑽也破壞了5V針孔孔內的隔離層鑽到GND層以至於導通到GND層造成短路，更慘的是在短路狀態下還使用過了10分鐘，Raspberry Pi Zero W在此時間已經短路破壞GND周邊元件，所以這片Raspberry Pi Zero W又報廢了。
• 18650電池座開發板5V與GND也有導通短路，所以造成此板5V針腳根本無法產生5V電壓，只剩下不到3V電壓，電壓不足因此也無法驅動Raspberry Pi Zero W啟動；造成的原因就是隨意在此板上鑽洞，電鑽鑽洞破壞了5V到GND層的隔離層以至於導通到GND層造成短路，基本上此電池座開發板也報廢了。

設計缺失與心得

當初直接修正Raspberry Pi 3充放電保護18650電池座開發板就是看重它已經是商業產品使用起來風險小，但是自認為巧妙的利用3D空間設計加上自行設計佈線來達到直接連接Raspberry Pi Zero 5V及GND接點的設計，實際上卻是過於天真的危險，最後主板Raspberry Pi Zero W及充放電保護18650電池座開發板兩個都報廢了，檢討過失有以下的問題：

• 電路板隨意鑽洞風險非常大：基本上在沒有確認電路板各層電路分布下就進行鑽孔本身就是賭博，一來顯示沒有專業，二來顯示做事方法馬虎任意而為；雖然第一個針孔在18650電池座開發板中間5V正負極針孔上方2.54mm針距上的鑽孔結果看似安全過關，主要造成破壞電路板功能是在第二個鑽孔加上其他螺絲支撐點，但是對於多層板來看，任一穿透的鑽孔都一樣會破壞層極間的連結設計。
• 機械物理支撐也是設計上重要的環節：在此為了主板與充放電電池座開發板間距不要太大而採用1.27mm公排針與母排座來代替原來2.54mm排針，雖然達到了空間高度縮小的考量，但是沒有考慮1.27mm母排座針腳相當脆弱物理支撐的問題，斷針造成後續解焊就有很大的問題，所以為了安全起見及物理支撐考量，應該使用強固的2.54mm排針及排母才是正確。

後記

本文為個人學習的經驗，後續有所改進將再發文分享；本人因工作因素發文後並不會經常檢視讀者問題，對於沒法及時回覆問題敬請見諒!

若覺本文對讀者有所幫助，可回覆感想及你的分享!謝謝!