Нужна помощь в обратном проектировании и понимании небольшой схемы

Я студент-электронщик, и однажды я открыл у меня дома счетчик энергии EM21 и обнаружил, что его тело состоит из двух основных компонентов:

• Корпус счетчика, который подключается к сети и измеряет напряжение и ток (теоретически он обладает всеми интеллектуальными возможностями счетчика)
• ЖК-дисплей, который в реальном времени показывает пользователю информацию об измерениях (тупой, обладает достаточным интеллектом для управления ЖК-дисплеем, кнопками и запросом информации о напряжении / токе / мощности с помощью индукции)

Самое удивительное в том, что ЖК-компонент питается от тела и связывается с ним, используя не более чем индукцию (бесконтактную) .

[LCD with buttons]-----coil  <magnetism magic>  coil-----[meter body]

За пару часов я попытался изменить схему, в которой используется связь для подачи энергии на ЖК-экран с помощью кнопок, и в то же время эта связь используется в качестве бесконтактного канала связи.

Это был конечный результат:

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Спасибо Транзистору и / u / eyal0 @ Reddit за организацию соединений

А это фото настоящей каннибализированной схемы:

• FRONT (открыть в одной вкладке)
• НАЗАД (откройте в другой вкладке, а затем коммутируйте между ними, они выровнены друг с другом)
• FRONT с маркировкой
• PWR SRC Катушка, которая используется для питания цепи (корпус питает ЖК-цепь через нее) и для связи

(Вы можете проверить, правильно ли я понял схему?)

Спасибо / u / InductorMan @ Reddit за указание на ошибку C4 / R4, которая была у меня на диаграмме.

У меня есть несколько вопросов о внутренней работе этого, на которые я не могу найти ответ:

1. Как катушка может снабжать ATMEGA постоянным током? Как получилось, что VCC напрямую подключен к одному из концов катушки и не жарит ATMEGA?

2. Какова роль Q1?

3. Что такое компонент WB2?

4. Какие контакты ATMEGA используются для связи? Как я могу «прослушать» их (с помощью осциллографа) и обнаружить протокол связи?

5. Что AVCC и AREF делают так, как показано на схеме?

6. Как я могу легко найти значения конденсаторов и стабилитронов?

Спасибо!

Ссылка: текущее обсуждение Reddit

Радиочастотная индукция к компонентам питания постоянного тока должна быть тщательно подобрана для взаимной связи и импеданса, но резонанс очень низкий Q ~ 1.

Некоторые предположения должны были быть сделаны, так как никакие детали не были предложены.

При использовании трансформатора с первичной катушкой 200 мкГн (не дано), такой же, как у приемной катушки, такие же обороты, отношение = 1, но Взаимная связь снижена до оптимистичных 75% при входном напряжении 20 В и частоте 15 В (без нагрузки) от 50 кГц до 250 кГц. Зарядка, кажется, работает хорошо (из моего недавнего анализа сейчас) в диапазоне ~ 100 ~ 200 кГц, вызванная моей оценкой индуктивности катушки по фотографии и опытом с RFID и WPT (беспроводная передача мощности)

С Zener, D2 и C2, крышкой 220 мкФ, я выбрал C3 в широком диапазоне и остановился на 5 нФ. Без C3 и вышеуказанных настроек он достиг 5 В за 50 мс, а с С3 - за половину времени, 25 мс (что означает низкий Q). Поскольку начальное состояние C2 = 0 В понижает (отношение диодов ESR) / Xc (f) = Q относительно полного сопротивления. LC (т. Е. Низкий Q) , резонанс отсутствует, и он недостаточно демпфирован с большим количеством пульсаций тока, начиная с 0,5 A (среднеквадратичное значение) (наибольшее значение при самой низкой частоте моего диапазона подразумевает полное сопротивление), затем снижая Ipk по мере зарядки, но Ipk все еще много раз нагрузка по постоянному току.

С этими значениями в теории 200 мкГн и 5 нФ он должен резонировать чуть выше 100 кГц, но на практике с переключением сопротивления Зенера на 220 мкФ он работает одинаково для всего выше 100 кГц, подразумевая очень низкое значение Q, используя нагрузку 1K R и 220 Ом для X (е) для LC с импульсными токами. (Нелинейный)

Если вы хотите поиграть со значениями, перейдите сюда. Если вы не знакомы с Falstad, то указатель на осциллограмму выделяет область, в которой находится область, и наоборот, со значениями Max / min на каждой трассе, и я также выбрал Max Scale, который автоматически настраивается, как соединение по переменному току, но по-прежнему показывает фактические максимальные значения DC и показывает медленное в режиме реального времени, но настраивается с помощью ползунка и параметров> другие параметры

Я предположил, что SOT23 был стабилитроном 5,6 В.

Это просто анализирует беспроводной путь LF к DC. Неэффективно, но с переключателем на выходе XFMR он, кажется, почти соответствует для максимальной передачи мощности. Все шапки подразумеваются как без потерь, если вы не добавите рупий. 1G Ом R были добавлены только для отслеживания объема и 1 Ом входного ESR для измерения входного сопротивления.

Помните, что заземление - это просто ссылка 0 В на плавающую цепь. Если я сделаю их общепринятыми, выход будет от -5В до 0В.

Уменьшение входного сигнала с 20 В до 18 В в два раза увеличивает время зарядки до 5 В. Интересная верхняя правая область видимости - это полная шкала с напряжением 220 мкФ переменного тока в стационарном состоянии с очень малой нагрузкой 5 мА. Повышение напряжения указывает на то, что зарядка постоянного тока в середине f-диапазона от 100 до 200 кГц имеет довольно постоянный наклон I = CdV / dt, а затем затухает вниз на внешних концах сигнала мощности тестового развертки FM. Поскольку моя развертка не была двунаправленной, это пилообразный журнал для развертки. , Отсюда мы видим функцию передачи напряжения зарядным напряжением крышки из полуволнового стабилитрона. Хотя развертка по постоянному току не показана, выбор C3 = 5 нФ соединяет стабилитрон с C2 = 220 мкФ, и его напряжение возрастает на низком конце fподразумевает ток и сопротивление индуктивной связи.

В симуляции Фальстада применяются все данные свойства компонентов и законы физики.

На этом мой анализ завершен и соответствует моим ожиданиям.

Допущения «приблизительного уровня» для работы от 100 кГц до 200 кГц

• учитывая C3 = 220 мкФ (предполагается, низкий ESR)
• катушка Ls = 200uH, первичная, Lp не показана, предполагается, что тот же самый L с коэффициентом связи 1: 1 = 0,75
• C2 = 5 нФ (предполагается низкий ESR)
• D2 Zener должен быть 11,5 В ~ 12 В, чтобы эффективно получить 5 В постоянного тока, используется 12 В
• SOT23, предполагается, что зажим 5,6 В не критично, для OVP.

D2 - полуволновой выпрямитель, который создает постоянный ток от трансформатора для подачи питания на процессор. C1 и C3 параллельны и сглаживают постоянный ток, причем неизвестный компонент, вероятно, является стабилитроном или шунтирующим регулятором для управления напряжением питания в цепи.

Хотя это выглядит необычно, находясь в отрицательной шине, D2, вероятно, устроен так, что напряжения удобны для обнаружения и возбуждения трансформатора с Q1 для обратной связи.

C3 резонирует трансформатор с частотой несущей, используемой для передачи энергии и связи. Я ожидал бы частоту в диапазоне 100-200 кГц.

Сигнал переменного тока проходит через D1 к выводу PE1 на ЦПУ для связи. Комбинация D1 и R1 ограничивает напряжение, которое процессор видит до приемлемых значений.

Q1 используется для ЦП, чтобы отправить данные обратно в базовый блок. Когда MCU предписывает провести высокий уровень PE1, он подает напряжение от С1 на вторичную обмотку трансформатора - базовый блок сможет это поднять.

Я подозреваю, что он реализует полудуплексную последовательность, где базовый блок передает некоторые данные, изменяя рабочий цикл сигнала в трансформатор, который в то же время передает энергию в C2 для питания передней панели.

Затем передатчик прекратит отправку и подождет, пока передняя панель отправит информацию обратно на базовый блок. Последовательность будет повторяться. Последовательность должна выполняться довольно быстро (10 или 100 раз в секунду), поскольку передняя панель полностью работает от энергии в С1 в течение времени, когда она отправляет информацию обратно в базовый блок.

Поскольку AREF подключен к заземлению, это означает, что АЦП не используется - обычно рекомендуется оставить его открытым.