Hai bisogno di aiuto per il reverse engineering e la comprensione di un piccolo circuito

Sono uno studente di elettronica, e un giorno ho aperto un contatore di energia che ho a casa chiamato EM21 , e ho scoperto che il suo corpo è composto da due componenti principali:

• Il corpo del misuratore, che si collega alla rete e misura la tensione e la corrente (in teoria, ha tutta l'intelligenza del misuratore)
• Il display LCD, che mostra all'utente informazioni in tempo reale sulle misurazioni (stupido, ha abbastanza intelligenza per controllare il display LCD, i pulsanti e richiedere al corpo informazioni sulla tensione / corrente / potenza mediante induzione)

La cosa fantastica qui è che il componente LCD è alimentato dal corpo e comunica con il corpo, usando nient'altro che l' induzione (senza contatto) .

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

In un paio d'ore ho provato a invertire il circuito che utilizza l'accoppiamento per fornire energia a uno schermo LCD con pulsanti e, allo stesso tempo, quell'accoppiamento viene utilizzato come canale di comunicazione senza contatto.

Questo è stato il risultato finale:

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Grazie Transistor e / u / eyal0 @ Reddit per l'organizzazione delle connessioni

E queste sono le foto del vero circuito cannibalizzato:

• ANTERIORE (aperto in una scheda)
• INDIETRO (aprire in un'altra scheda, quindi spostarsi tra i due, sono allineati tra loro)
• FRONTE Etichetta
• PWR SRC La bobina utilizzata per alimentare il circuito (il corpo alimenta il circuito LCD attraverso di esso) e per la comunicazione

(puoi controllare se ho il diagramma correttamente?)

Grazie / u / InductorMan @ Reddit per avermi segnalato l'errore C4 / R4 che ho avuto nel diagramma.

Ho alcune domande sul funzionamento interno di questo per il quale non riesco a trovare una risposta:

1. Come può la bobina alimentare ATMEGA con corrente continua? Come mai VCC è direttamente collegato a una delle estremità della bobina e non frigge ATMEGA?

2. Qual è il ruolo di Q1?

3. Cos'è il componente WB2?

4. Quali pin ATMEGA vengono utilizzati per la comunicazione? Come posso "ascoltarli" (con un oscillo) e scoprire il protocollo di comunicazione?

5. Cosa stanno facendo AVCC e AREF nel modo in cui sono collegati nello schema?

6. Come posso trovare facilmente i valori dei condensatori e degli zener?

Grazie!

Link: la discussione in corso su Reddit

L'induzione RF ai componenti di potenza CC deve essere selezionata attentamente per accoppiamento e impedenza reciproci, tuttavia la risonanza è molto bassa Q ~ 1.

È stato necessario formulare alcune ipotesi poiché non sono stati forniti dettagli.

Utilizzando un trasformatore con bobina primaria 200uH (non fornita) uguale alla bobina di ricezione stessi giri, rapporto = 1 ma accoppiamento reciproco ridotto a un 75% ottimistico con ingresso 20Vpp e 15Voutpp (senza carico) da 50k a 250kHz. La ricarica sembra funzionare bene (dalla mia recente analisi ora) nell'intervallo ~ 100 ~ 200kHz, forzata dalla mia stima dell'induttanza della bobina da foto ed esperienza con RFID e WPT (trasferimento di potenza wireless)

Con Zener, D2 e ​​C2, tappo a 220uF, ho scelto C3 su una vasta gamma e ho optato per 5nF. Senza C3 e le impostazioni precedenti ha raggiunto 5 V in 50 ms e con C3 in metà tempo, 25 ms (implicando una Q bassa). Poiché lo stato iniziale di C2 = 0 V abbassa il (diodo ESR) / Xc (f) = Q impedenza rapporto wrt. LC (ovvero Q basso) , non c'è risonanza ed è sotto-smorzato con molta corrente di ripple, a partire da 0,5 A (rms) (massimo alla frequenza più bassa del mio intervallo implica impedenza) quindi riducendo Ipk mentre si carica, ma Ipk carica ancora molte volte DC.

Con questi valori in teoria 200uH e 5nF dovrebbe risuonare appena sopra 100kHz ma in pratica con un'impedenza di carico commutata da Zener a 220uF ha funzionato allo stesso modo per qualsiasi cosa sopra 100kHz implicando un Q molto basso usando un carico 1K R e 220 ohm per X (f) per LC con correnti impulsive. (Non lineare)

Se vuoi giocare con i valori, vai qui. Se non si ha familiarità con Falstad, il punto sulla forma d'onda evidenzia la parte che viene portata e viceversa con i valori Max / min su ogni traccia e ho anche selezionato la Scala massima, che si regola automaticamente come l'accoppiamento CA ma mostra ancora i valori massimi CC effettivi e mostra al rallentatore -motion in tempo reale ma regolabile con il cursore e Opzioni> altre opzioni

Ho pensato che il SOT23 fosse uno zener da 5,6 V.

Questo analizza solo il percorso wireless da LF a CC. Non efficiente ma con un interruttore sull'uscita XFMR sembra quasi abbinato per il massimo trasferimento di potenza. Tutti i limiti sono impliciti come senza perdita, a meno che non si aggiunga Rs. Sono stati aggiunti 1G Ohm R solo per la traccia dell'oscilloscopio e 1 ohm di ingresso ESR per misurare l'impedenza di ingresso.

Ricorda che la terra è solo un riferimento 0 V a un circuito flottante. Se li rendo comuni, l'uscita va da -5 V a 0 V.

Riducendo l'ingresso da 20 Vpp a 18 Vpp aumenta la carica a 5 V di tempo doppio. L'interessante traccia dell'oscilloscopio in alto a destra è il fondo scala amplificato in tensione 220uF allo stato stazionario con un carico di 5 mA molto piccolo. La tensione crescente indica che la carica CC nel mezzo dell'intervallo f da 100 a 200 kHz è una pendenza abbastanza costante I = CdV / dt, quindi decade verso il basso all'esterno alle estremità esterne del segnale di potenza di scansione della prova FM. Poiché la mia spazzata non era bidirezionale, si tratta di un registro a dente di sega per spazzare. . Da questo vediamo la funzione di trasferimento della tensione dalla tensione di carica del cappuccio dalla rettifica Zener a semionda. Sebbene non sia mostrato uno sweep a DC, la selezione di C3 = 5nF accoppia lo Zener a C2 = 220 uF e il suo aumento di tensione all'estremità inferiore fimplica la corrente e l'impedenza dell'accoppiamento induttivo.

La simulazione di Falstad applica tutte le proprietà dei componenti e le leggi della fisica.

Questo conclude la mia analisi ed è coerente con le mie aspettative, ora.

Presupposti "Ballpark" per funzionamento da 100kHz ~ 200kHz

• dato C3 = 220uF (assunto ESR basso)
• bobina Ls = 200uH, primaria, Lp non mostrata, assunta la stessa L con fattore di accoppiamento rapporto 1: 1 = 0,75
• C2 = 5nF (assunto ESR basso)
• D2 Zener deve essere 11,5 V ~ 12 V per ottenere 5 V CC in modo efficiente, utilizzato 12 V
• SOT23, assunto come morsetto da 5,6 V non critico, per OVP.

D2 è un raddrizzatore a semionda che crea corrente continua dal trasformatore per fornire energia alla CPU. C1 e C3 sono in parallelo e livellano il DC con il componente sconosciuto probabilmente un diodo zener o un regolatore di shunt per controllare la tensione di alimentazione ai circuiti.

Sebbene sembri insolito trovarsi nella rotaia negativa D2 è probabilmente organizzato in questo modo in modo che le tensioni siano convenienti per rilevare e pilotare il trasformatore con Q1 per la comunicazione posteriore.

C3 fa risuonare il trasformatore alla frequenza del vettore utilizzato per il trasferimento di potenza e comunicazioni. Mi aspetterei una frequenza nella gamma 100-200kHz.

Il segnale CA passa attraverso D1 al pin PE1 sulla CPU per la comunicazione. La combinazione di D1 e R1 limita la tensione che la CPU vede a valori accettabili.

Q1 viene utilizzato per la CPU per inviare i dati all'unità base. Quando gli viene detto di condurre dall'MCU mettendo PE1 in alto, guida la tensione da C1 attraverso il secondario del trasformatore: l'unità di base sarà in grado di captarlo.

Sospetto che implementa una sequenza half duplex in cui l'unità base trasmette alcuni dati variando il ciclo di lavoro del segnale nel trasformatore che allo stesso tempo immetterà energia in C2 per alimentare il pannello frontale.

Il trasmettitore interromperà quindi l'invio e attenderà che il pannello anteriore rispedisca le informazioni all'unità base. La sequenza si ripeterà quindi. La sequenza deve essere eseguita abbastanza rapidamente (10s o 100s di volte al secondo) poiché il pannello frontale sta funzionando completamente dall'energia in C1 durante il tempo in cui sta trasmettendo informazioni all'unità base.

Poiché AREF è collegato a terra, significa che l'ADC non viene utilizzato, ma di solito si consiglia di lasciarlo aperto.