Besoin d'aide pour l'ingénierie inverse et la compréhension d'un petit circuit

Je suis un étudiant en électronique, et un jour j'ai ouvert un compteur d'énergie que j'ai chez moi appelé EM21 , et j'ai découvert que son corps est composé de deux composants principaux:

• Le corps du compteur, qui se connecte au réseau et mesure la tension et le courant (en théorie, il a toute l'intelligence du compteur)
• L'écran LCD, qui montre à l'utilisateur des informations en temps réel sur les mesures (stupide, possède suffisamment d'intelligence pour contrôler l'écran LCD, boutons-poussoirs et demander au corps des informations de tension / courant / puissance par induction)

La chose impressionnante ici est que le composant LCD est alimenté par le corps et communique avec le corps, en utilisant rien de plus que l' induction (sans contact) .

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

En quelques heures, j'ai essayé d'inverser le circuit qui utilise le couplage pour fournir de l'énergie à un écran LCD avec des boutons, et en même temps, ce couplage est utilisé comme canal de communication sans contact.

C'était le résultat final:

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

Merci Transistor et / u / eyal0 @ Reddit pour l'organisation des connexions

Et voici les photos du vrai circuit cannibalisé:

• FRONT (ouvert dans un onglet)
• RETOUR (ouvrir dans un autre onglet, puis faire la navette entre les deux, ils sont alignés les uns avec les autres)
• FRONT étiqueté
• PWR SRC La bobine utilisée pour alimenter le circuit (le corps alimente le circuit LCD à travers lui) et pour la communication

(pouvez-vous vérifier si j'ai bien saisi le diagramme?)

Merci / u / InductorMan @ Reddit de m'avoir signalé l'erreur C4 / R4 que j'avais dans le diagramme.

J'ai quelques questions sur le fonctionnement interne de ceci pour lesquelles je ne trouve pas de réponse:

1. Comment la bobine peut-elle alimenter l' ATMEGA en courant continu? Comment se fait-il que le VCC soit directement connecté à l'une des extrémités de la bobine et qu'il ne fasse pas frire l'ATMEGA?

2. Quel est le rôle de Q1?

3. Qu'est-ce que le composant WB2?

4. Quelles broches ATMEGA sont utilisées pour la communication? Comment «les écouter» (avec un oscillo) et découvrir le protocole de communication?

5. Que font l'AVCC et l'AREF de la façon dont ils sont câblés dans le schéma?

6. Comment trouver facilement les valeurs des condensateurs et des zeners?

Merci!

Lien: La discussion en cours sur Reddit

L'induction RF aux composants de puissance CC doit être soigneusement sélectionnée pour le couplage et l'impédance mutuels, mais la résonance est très faible Q ~ 1.

Certaines hypothèses ont dû être faites car aucun détail n'a été fourni.

Utilisation d'un transformateur avec bobine primaire 200uH (non fournie) identique à la bobine de réception mêmes tours, rapport = 1 mais couplage mutuel réduit à 75% optimiste avec entrée 20 Vpp et 15 Voutpp (sans charge) balayant de 50k à 250kHz. La charge semble bien fonctionner (d'après ma récente analyse) dans la plage ~ 100 ~ 200 kHz, forcée par mon estimation de l'inductance de la bobine à partir de la photo et de mon expérience avec les RFID et WPT (transfert d'énergie sans fil)

Avec Zener, D2 et C2, 220uF cap, j'ai choisi C3 sur une large gamme et j'ai opté pour 5nF. Sans C3 et les paramètres ci-dessus, il a atteint 5V en 50 ms et avec C3 en deux fois moins de 25 ms (ce qui implique un faible Q). Étant donné que l'état initial de C2 = 0V diminue le rapport d'impédance (diode ESR) / Xc (f) = Q wrt. LC (c.-à-d. Q faible) , il n'y a pas de résonance et il est sous-amorti avec beaucoup de courant d'ondulation, commençant sous 0,5 A (rms) (le plus grand à la fréquence la plus basse de ma gamme implique une impédance) puis réduisant l'Ipk pendant qu'il se charge, mais Ipk charge encore plusieurs fois DC.

Avec ces valeurs théoriquement 200 uH et 5 nF, il devrait résonner juste au-dessus de 100 kHz, mais en pratique avec une impédance de charge commutée Zener à 220 uF, il a fonctionné de la même manière pour tout ce qui dépasse 100 kHz, ce qui implique un Q très bas en utilisant une charge 1K R et 220 ohms pour X (f) pour LC avec courants impulsionnels. (non linéaire)

Si vous voulez jouer avec les valeurs, allez ici. Si vous n'êtes pas familier avec Falstad, pointer vers la forme d'onde met en évidence la partie en cours et vice versa avec des valeurs Max / min sur chaque trace et j'ai également sélectionné Max Scale, qui s'ajuste automatiquement comme le couplage AC, mais affiche toujours les valeurs DC DC réelles et s'affiche lentement -motion en temps réel mais réglable avec curseur et Options> autres options

J'ai supposé que le SOT23 était un zener de 5,6 V.

Cela analyse simplement le chemin sans fil LF vers DC. Pas efficace mais avec un interrupteur sur la sortie XFMR, il semble être presque adapté pour un transfert de puissance maximum. Tous les plafonds sont implicites comme sans perte, sauf si vous ajoutez Rs. Des R 1 Ohm ont été ajoutés juste pour le traçage de l'oscilloscope et un ESR d'entrée de 1 ohm pour mesurer l'impédance d'entrée.

N'oubliez pas que la masse n'est qu'une référence à 0 V à un circuit flottant. Si je les rend communs, la sortie passe de -5V à 0V.

La réduction de l'entrée de 20Vpp à 18Vpp augmente la charge à 5V par deux. La trace de l'oscilloscope en haut à droite est la tension amplifiée à 220 uF à pleine échelle à l'état stable avec une très petite charge de 5 mA. La tension croissante indique que la charge CC au milieu de la plage f de 100 à 200 kHz est une pente assez constante I = CdV / dt, puis diminue vers le bas à l'extérieur aux extrémités extérieures du signal de puissance de balayage de test FM. Étant donné que mon balayage n'était pas bidirectionnel, il s'agit d'un journal en dents de scie pour le balayage. . De là, nous voyons la fonction de transfert de tension par la tension de charge du cap de la rectification Zener demi-onde. Bien qu'un balayage vers DC ne soit pas montré, la sélection de C3 = 5nF couple le Zener au C2 = 220 uF et sa montée en tension au bas fimplique le courant et l'impédance du couplage inductif.

La simulation Falstad applique toutes les propriétés des composants et les lois de la physique données.

Voilà qui conclut mon analyse et est conforme à mes attentes, maintenant.

Hypothèses "approximatives" pour un fonctionnement de 100 kHz à 200 kHz

• étant donné C3 = 220uF (supposé faible ESR)
• bobine Ls = 200uH, primaire, Lp non illustré, supposé le même L avec un facteur de couplage de rapport 1: 1 = 0,75
• C2 = 5nF (supposé faible ESR)
• D2 Zener doit être de 11,5 V ~ 12 V pour obtenir 5 Vcc efficacement, 12 V utilisé
• SOT23, supposé être une borne de 5,6 V non critique, pour l'OVP.

Le D2 est un redresseur demi-onde qui crée un courant continu à partir du transformateur pour alimenter le processeur. C1 et C3 sont en parallèle et lissent le courant continu, le composant inconnu étant probablement une diode zener ou un régulateur shunt pour contrôler la tension d'alimentation des circuits.

Bien qu'il semble inhabituel d'être dans le rail négatif, D2 est probablement agencé de cette façon afin que les tensions soient pratiques pour détecter et piloter le transformateur avec Q1 pour la communication arrière.

C3 fait résonner le transformateur à la fréquence de la porteuse utilisée pour transférer la puissance et les communications. Je m'attendrais à une fréquence de 100 à 200 kHz.

Le signal AC passe par D1 à la broche PE1 de la CPU pour la communication. La combinaison de D1 et R1 limite la tension que la CPU voit à des valeurs acceptables.

Q1 est utilisé pour que la CPU renvoie les données à l'unité de base. Quand le MCU lui dit de mettre PE1 à un niveau élevé, il entraîne la tension de C1 au secondaire du transformateur - l'unité de base sera en mesure de capter cela.

Je soupçonne qu'il implémente une séquence semi-duplex où l'unité de base transmet certaines données en faisant varier le rapport cyclique du signal dans le transformateur qui, en même temps, mettra de l'énergie en C2 pour alimenter le panneau avant.

L'émetteur arrêtera alors d'envoyer et attendra que le panneau avant renvoie les informations à l'unité de base. La séquence se répétera ensuite. La séquence doit être effectuée assez rapidement (10s ou 100s de fois par seconde) car le panneau avant fonctionne entièrement à partir de l'énergie en C1 pendant le temps qu'il renvoie des informations à l'unité de base.

Étant donné qu'AREF est connecté à la terre, cela implique que l'ADC n'est pas utilisé - il est normalement recommandé de le laisser ouvert cependant.