Butuh bantuan membalikkan rekayasa dan memahami sirkuit kecil

Saya seorang siswa elektronik, dan suatu hari saya membuka meteran energi yang saya miliki di rumah yang disebut EM21 , dan menemukan bahwa tubuhnya terdiri dari dua komponen utama:

• Meteran tubuh, yang terhubung ke jaringan dan mengukur tegangan dan arus (secara teori, ia memiliki semua kecerdasan meteran)
• Layar LCD, yang menunjukkan informasi real-time pengguna tentang pengukuran (bodoh, memiliki cukup kecerdasan untuk mengontrol LCD, tombol-tombol dan meminta tubuh untuk informasi tegangan / arus / daya menggunakan induksi)

Yang luar biasa di sini adalah bahwa komponen LCD ditenagai oleh tubuh, dan berkomunikasi dengan tubuh, menggunakan tidak lebih dari induksi (tanpa kontak) .

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

Dalam beberapa jam saya telah mencoba untuk membalikkan rangkaian yang menggunakan kopling untuk memberikan energi ke layar LCD dengan tombol, dan pada saat yang sama, kopling itu digunakan sebagai saluran komunikasi tanpa kontak.

Ini adalah hasil akhirnya:

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Terima kasih Transistor dan / u / eyal0 @ Reddit untuk mengatur koneksi

Dan ini adalah foto-foto dari sirkuit kanibal yang sebenarnya:

• DEPAN (buka dalam satu tab)
• BACK (buka di tab lain, lalu bolak-balik di antara keduanya, mereka disejajarkan satu sama lain)
• DEPAN berlabel
• PWR SRC Koil yang digunakan untuk memberi daya pada sirkuit (tubuh menggerakkan sirkuit LCD melalui itu) dan untuk komunikasi

(dapatkah Anda memeriksa apakah saya mendapatkan diagram dengan benar?)

Terima kasih / u / InductorMan @ Reddit karena menunjukkan saya kesalahan C4 / R4 yang saya miliki dalam diagram.

Saya memiliki beberapa pertanyaan tentang cara kerja bagian dalam yang tidak dapat saya temukan jawabannya:

1. Bagaimana koil memasok ATMEGA dengan arus DC? Kenapa VCC terhubung langsung ke salah satu ujung koil dan tidak menggoreng ATMEGA?

2. Apa peran Q1?

3. Apa komponen WB2?

4. Pin ATMEGA apa yang digunakan untuk komunikasi? Bagaimana saya bisa "mendengarkan" mereka (dengan oscillo) dan menemukan protokol komunikasi?

5. Apa yang AVCC dan AREF lakukan dengan cara mereka terhubung dalam diagram?

6. Bagaimana saya bisa dengan mudah menemukan nilai kapasitor dan zener?

Terima kasih!

Tautan: Diskusi berkelanjutan tentang Reddit

Induksi RF ke komponen daya DC harus dipilih dengan hati-hati untuk saling kopling dan impedansi, namun resonansi sangat rendah Q ~ 1.

Beberapa asumsi harus dibuat karena tidak ada rincian yang ditawarkan.

Menggunakan transformator dengan kumparan primer 200uH (tidak diberikan) sama dengan kumparan Terima sama, rasio = 1 tetapi Mutual Coupling berkurang menjadi 75% optimis dengan input 20Vpp dan 15Voutpp (tanpa beban) menyapu dari 50k ke 250kHz. Pengisian daya tampaknya bekerja dengan baik (dari analisis saya sekarang) di kisaran ~ 100 ~ 200kHz, dipaksakan oleh perkiraan induktansi kumparan dari foto dan pengalaman dengan RFID dan WPT (transfer daya nirkabel)

Dengan Zener, D2 dan C2, 220 uF tutup saya memilih C3 dari jarak yang luas dan menggunakan 5nF. Tanpa C3 dan pengaturan di atas mencapai 5V dalam 50ms dan dengan C3 di separuh waktu, 25ms (menyiratkan Q rendah). Karena keadaan awal C2 = 0V menurunkan (diode ESR) / Xc (f) = Q rasio impedansi wrt. LC (yaitu Q rendah) , tidak ada resonansi dan kurang teredam dengan banyak arus riak, mulai di bawah 0,5A (rms) (terbesar pada frekuensi terendah rentang saya menyiratkan impedansi) kemudian mengurangi Ipk saat mengisi daya, tapi Ipk masih banyak kali memuat DC.

Dengan nilai-nilai ini dalam teori 200uH & 5nF itu harus beresonansi di atas 100kHz tetapi dalam prakteknya dengan impedansi beban yang diaktifkan Zener ke 220uF tutup itu bekerja sama untuk apa pun di atas 100kHz menyiratkan Q yang sangat rendah menggunakan beban 1K R dan 220 ohm untuk X (f) untuk LC dengan arus pulsa. (non-linear)

Jika Anda ingin bermain dengan nilai-nilai itu, buka di sini. Jika tidak terbiasa dengan Falstad, arahkan ke bentuk gelombang menyoroti bagian yang dilingkupi dan sebaliknya dengan nilai Max / min pada setiap jejak dan saya juga memilih Skala Max, yang secara otomatis menyesuaikan seperti kopling AC tetapi masih menunjukkan nilai maks DC aktual dan menunjukkan dalam lambat -motion waktu nyata tetapi dapat disesuaikan dengan slider dan Pilihan> opsi lain

Saya berasumsi SOT23 adalah zener 5.6V.

Ini hanya menganalisis jalur LF ke DC nirkabel. Tidak efisien tetapi dengan sakelar pada output XFMR tampaknya hampir cocok untuk transfer daya maksimal. Semua caps tersirat sebagai lossless, kecuali jika Anda menambahkan Rs. 1G Ohm R ditambahkan hanya untuk pelacakan lingkup dan ESR input 1 ohm untuk mengukur impedansi input.

Ingat tanah hanyalah referensi 0V ke sirkuit mengambang. Jika saya membuatnya umum, outputnya berubah dari -5V ke 0V.

Mengurangi input dari 20Vpp menjadi 18Vpp meningkatkan biaya menjadi 5V kali lipat. Jejak lingkup kanan atas yang menarik adalah voltase 220uF ac yang diperkuat skala penuh pada kondisi-stead dengan beban 5mA yang sangat kecil. Tegangan naik menunjukkan pengisian DC di tengah kisaran f dari 100 ~ 200kHz adalah kemiringan yang cukup konstan I = CdV / dt kemudian meluruh ke bawah di luar di ujung luar dari sinyal daya sapuan uji uji FM. Karena sapuan saya bukan dua arah, itu adalah log gigi gergaji untuk Sapuan . . Dari sini kita melihat fungsi transfer tegangan oleh tegangan muatan tutup dari perbaikan setengah gelombang Zener. Meskipun sapuan ke DC tidak diperlihatkan, pemilihan C3 = 5nF memasangkan Zener ke C2 = 220 uF dan kenaikan tegangan pada ujung rendahmenyiratkan arus dan impedansi kopling induktif.

Simulasi Falstad menerapkan semua sifat komponen dan hukum fisika yang diberikan.

Itu menyimpulkan analisis saya dan konsisten dengan harapan saya, sekarang.

Asumsi "Ballpark" untuk operasi 100kHz ~ 200kHz

• diberikan C3 = 220uF (diasumsikan ESR rendah)
• koil Ls = 200uH, Primer, Lp tidak ditampilkan, diasumsikan sama L dengan faktor kopling rasio 1: 1 = 0,75
• C2 = 5nF (diasumsikan ESR rendah)
• D2 Zener harus 11.5V ~ 12V untuk mendapatkan 5Vdc secara efisien, menggunakan 12V
• SOT23, dianggap penjepit 5.6V tidak kritis, untuk OVP.

D2 adalah penyearah setengah gelombang yang menciptakan DC dari transformator untuk memberikan daya ke CPU. C1 dan C3 paralel dan memuluskan DC dengan komponen yang tidak diketahui mungkin berupa dioda zener atau shunt regulator untuk mengontrol tegangan suplai ke sirkuit.

Meskipun terlihat tidak biasa berada di rail negatif D2 mungkin diatur seperti itu sehingga tegangan nyaman untuk merasakan dan menggerakkan transformator dengan Q1 untuk komunikasi kembali.

C3 beresonansi transformator dengan frekuensi pembawa yang digunakan untuk mentransfer daya dan komunikasi. Saya harapkan frekuensi dalam kisaran 100-200kHz.

Sinyal AC melewati D1 untuk menyematkan PE1 pada CPU untuk komunikasi. Kombinasi D1 dan R1 membatasi voltase yang dilihat CPU untuk nilai yang dapat diterima.

Q1 digunakan untuk CPU untuk mengirim data kembali ke unit dasar. Ketika diperintahkan untuk melakukan oleh MCU yang menempatkan PE1 tinggi, ia menggerakkan tegangan dari C1 melintasi sekunder transformator - unit dasar akan dapat mengambilnya.

Saya menduga itu mengimplementasikan setengah dupleks urutan di mana unit dasar mentransmisikan beberapa data dengan memvariasikan siklus tugas sinyal ke transformator yang pada saat yang sama akan memasukkan energi ke C2 untuk memberi daya pada panel depan.

Pemancar kemudian akan berhenti mengirim dan menunggu panel depan untuk mengirim informasi kembali ke unit dasar. Urutan kemudian akan diulang. Urutan harus dilakukan dengan cukup cepat (10 atau 100 kali per detik) karena panel depan beroperasi sepenuhnya dari energi dalam C1 selama mengirimkan informasi kembali ke unit dasar.

Karena AREF terhubung ke ground, ini menyiratkan bahwa ADC tidak sedang digunakan - biasanya direkomendasikan untuk membiarkannya tetap terbuka.