Precisa de ajuda para reverter a engenharia e entender um pequeno circuito

Sou estudante de eletrônica e um dia abri um medidor de energia que tenho em casa chamado EM21 e descobri que seu corpo é composto por dois componentes principais:

• O corpo do medidor, que se conecta à rede e mede a tensão e a corrente (em teoria, possui toda a inteligência do medidor)
• O display LCD, que mostra ao usuário informações em tempo real sobre as medições (burro, possui inteligência suficiente para controlar o LCD, botões e solicitar ao corpo informações sobre tensão / corrente / potência usando indução)

O incrível aqui é que o componente LCD é alimentado pelo corpo e se comunica com o corpo, usando nada além de indução (sem contato) .

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

Em algumas horas, tentei reverter o circuito que usa o acoplamento para fornecer energia a uma tela LCD com botões e, ao mesmo tempo, esse acoplamento é usado como um canal de comunicação sem contato.

Este foi o resultado final:

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Obrigado Transistor e / u / eyal0 @ Reddit por organizar as conexões

E estas são as fotos do verdadeiro circuito canibalizado:

• FRENTE (aberta em uma guia)
• VOLTAR (aberto em outra guia e depois alternar entre os dois, eles estão alinhados um com o outro)
• FRONT Labeled
• PWR SRC A bobina usada para alimentar o circuito (o corpo alimenta o circuito do LCD através dele) e para comunicação

(você pode verificar se o diagrama está correto?)

Obrigado / u / InductorMan @ Reddit por apontar o erro C4 / R4 que tive no diagrama.

Tenho algumas perguntas sobre o funcionamento interno disso, para as quais não consigo encontrar uma resposta:

1. Como a bobina pode fornecer ao ATMEGA corrente DC? Como o VCC é conectado diretamente a uma das extremidades da bobina e não frita o ATMEGA?

2. Qual é o papel do primeiro trimestre?

3. Qual é o componente WB2?

4. Quais pinos ATMEGA são usados ​​para comunicação? Como posso "ouvi-los" (com um oscilador) e descobrir o protocolo de comunicação?

5. O que o AVCC e o AREF estão fazendo da maneira que estão conectados no diagrama?

6. Como posso encontrar facilmente os valores dos capacitores e dos zeners?

Obrigado!

Link: A discussão em andamento no Reddit

A indução de RF para componentes de energia CC deve ser selecionada com cuidado para acoplamento e impedância mútuos, mas a ressonância é muito baixa Q ~ 1.

Algumas suposições tiveram que ser feitas, uma vez que nenhum detalhe foi oferecido.

Usando um transformador com bobina primária de 200uH (não fornecida) igual a bobina de recebimento nas mesmas voltas, relação = 1, mas o acoplamento mútuo reduziu para um otimista de 75% com entrada de 20Vpp e 15Voutpp (sem carga) varrendo de 50k a 250kHz. O carregamento parece funcionar bem (da minha análise recente agora) na faixa de ~ 100 ~ 200kHz, forçado pela minha estimativa de indutância da bobina da foto e experiência com RFID e WPT (transferência de energia sem fio)

Com o Zener, o D2 e ​​o C2, o limite de 220uF escolhi o C3 em uma ampla faixa e decidi por 5nF. Sem o C3 e as configurações acima, ele atingiu 5V em 50ms e com o C3 na metade do tempo, 25ms (implicando Q baixo). Como o estado inicial de C2 = 0V diminui a relação de impedância (diodo ESR) / Xc (f) = Q wrt. LC (isto é, baixo Q) , não há ressonância e é sub-amortecido com muita corrente de ondulação, começando em 0,5A (rms) (maior na frequência mais baixa da minha faixa implica impedância) e, em seguida, reduzindo Ipk conforme ele carrega, mas Ipk ainda muitas vezes carga DC.

Com esses valores em teoria 200uH e 5nF, ele deve ressoar um pouco acima de 100kHz, mas na prática com uma impedância de carga comutada Zener para 220uF, funcionou da mesma forma para qualquer coisa acima de 100kHz, implicando um Q muito baixo usando uma carga de 1K R e 220 ohms para X (f) para LC com correntes de pulso. (não linear)

Se você quiser brincar com os valores, clique aqui. Se não estiver familiarizado com Falstad, o ponto para forma de onda destaca a parte que está sendo escopo e vice-versa com valores Max / min em cada traço e também selecionei Max Scale, que se ajusta automaticamente como acoplamento CA, mas ainda mostra valores máximos de CC reais e mostra em lenta em tempo real, mas ajustável com controle deslizante e Opções> outras opções

Presumi que o SOT23 fosse um zener de 5,6V.

Isso apenas analisa o caminho sem fio de LF para DC. Não é eficiente, mas com um comutador na saída XFMR, ele parece estar próximo da transferência máxima de energia. Todos os limites estão implícitos como sem perdas, a menos que você adicione Rs. R de 1G Ohm foram adicionados apenas para rastreamento de escopo e ESR de entrada de 1 ohm para medir a impedância de entrada.

Lembre-se de que o terra é apenas uma referência de 0V a um circuito flutuante. Se eu torná-los comuns, a saída vai de -5V a 0V.

Reduzir a entrada de 20Vpp para 18Vpp aumenta a carga para o tempo de 5V em dobro. O traço interessante do canto superior direito é a escala completa amplificada de tensão de 220uF CA no estado de equilíbrio com uma carga de 5mA muito pequena. A tensão crescente indica que o carregamento CC no meio da faixa f de 100 ~ 200kHz é uma inclinação razoavelmente constante I = CdV / dt e depois decai para baixo fora nas extremidades externas do sinal de potência de varredura de teste de FM. Como minha varredura não foi bidirecional, é um registro em forma de serra para a varredura. . A partir disso, vemos a função de transferência de tensão pela tensão de carga da tampa da retificação do Zener de meia onda. Embora uma varredura para DC não seja mostrada, a seleção de C3 = 5nF acopla o Zener ao C2 = 220 uF e seu aumento de tensão na extremidade f baixaimplica a corrente e a impedância do acoplamento indutivo.

A simulação Falstad aplica todas as propriedades de componentes e leis da física.

Isso conclui minha análise e é consistente com minhas expectativas agora.

Suposições "estimativa" para operação de 100kHz ~ 200kHz

• dado C3 = 220uF (presumido baixo VHS)
• bobina Ls = 200uH, Primária, Lp não mostrada, assumiu o mesmo L com fator de acoplamento da relação 1: 1 = 0,75
• C2 = 5nF (pressuposto baixo VHS)
• D2 Zener deve ser 11.5V ~ 12V para obter 5Vdc com eficiência, usado 12V
• SOT23, assumido como grampo de 5,6V, não crítico, para OVP.

D2 é um retificador de meia onda que cria DC do transformador para fornecer energia à CPU. C1 e C3 estão em paralelo e suavizam o CC, com o componente desconhecido provavelmente sendo um diodo zener ou regulador de derivação para controlar a tensão de alimentação do circuito.

Embora pareça incomum estar no trilho negativo, D2 provavelmente está disposto dessa maneira, de modo que as tensões são convenientes para detectar e acionar o transformador com Q1 para comunicação de retorno.

C3 ressoa o transformador com a frequência da transportadora usada para transferir energia e comunicações. Eu esperaria uma frequência na faixa de 100-200kHz.

O sinal AC passa por D1 para fixar PE1 na CPU para a comunicação. A combinação de D1 e R1 limita a tensão que a CPU vê a valores aceitáveis.

Q1 é usado para a CPU enviar dados de volta para a unidade base. Quando o MCU instrui o condutor a colocar o PE1 alto, ele direciona a tensão de C1 através do secundário do transformador - a unidade base poderá captá-lo.

Suspeito que implemente uma sequência half duplex em que a unidade base transmite alguns dados variando o ciclo de trabalho do sinal no transformador, que ao mesmo tempo colocará energia em C2 para alimentar o painel frontal.

O transmissor para de enviar e aguarda o painel frontal enviar informações de volta para a unidade base. A sequência será repetida. A sequência deve ser executada rapidamente (10s ou 100s de vezes por segundo), pois o painel frontal opera totalmente a partir da energia em C1 durante o tempo em que envia informações de volta à unidade base.

Como o AREF está conectado ao terra, isso implica que o ADC não está sendo usado - normalmente é recomendável deixá-lo aberto.