前幾天公眾號(hào)后臺(tái)有粉絲聯(lián)系我說倉庫有一些替換下來的損壞的共享充電插座，看到我寫了很多拆解的文章，決定寄一個(gè)過來讓我拆解分析一下。

拿到快遞，打開之后東西是這個(gè)樣子的：

可能是因?yàn)檫@是共享產(chǎn)品，且在室外使用，所以拿在手里感覺很結(jié)實(shí)。

拆開之后一個(gè)很大的電路板，如下圖所示：

接下來逐一分析電路細(xì)節(jié)。

1、電源電路

電源輸入部分的保護(hù)器件有三個(gè)，分別是美國力特的額定電流3.15A的一次性保險(xiǎn)絲39213150440，瑞隆源的壓敏電阻14D681K，瑞隆源的NTC熱敏電阻NTC5D-13。

其中保險(xiǎn)絲的作用是過流保護(hù)，壓敏電阻MOV的作用是過壓保護(hù)，NTC熱敏電阻在25℃的電阻為5Ω，串聯(lián)在電路中的作用是在開機(jī)瞬間可以降低浪涌電流。而在正常工作時(shí)，由于熱敏電阻上產(chǎn)生一定的溫升，導(dǎo)致其電阻低于開機(jī)時(shí)的電阻，從而降低正常工作時(shí)系統(tǒng)功耗。這三個(gè)組合在一起是比較常規(guī)的操作。原理示意圖如下（圖片來自MORNSUN文檔：AC/DC 電源（模塊類）應(yīng)用指南--2022 版）：

注意，當(dāng)產(chǎn)品使用的電磁環(huán)境比較惡劣時(shí)，需要加入更高要求的EMC濾波電路。需要增加Y電容、共模濾波電感、X電容等等。下圖（圖片來自MORNSUN文檔：AC/DC 電源（模塊類）應(yīng)用指南--2022 版）可供參考：

電源電路由反激式開關(guān)電源電路、LDO兩個(gè)部分組成，其中PCB正面可以看到整流橋、開關(guān)電源芯片、LDO芯片。

整流橋是上圖中的紅色框中的GT1，封裝是MBF，型號(hào)是MB10F。未搜索到這個(gè)絲印對(duì)應(yīng)的具體是哪個(gè)廠家。

開關(guān)電源芯片是上圖中藍(lán)色框中的U1，封裝是SOP-7，這個(gè)根據(jù)型號(hào)和logo可以查找到是chipown(芯朋微電子)的PN8366SSC-R1M，這是一顆超低待機(jī)功耗準(zhǔn)諧振原邊反饋交直流轉(zhuǎn)換器，輸出功率是6W。官網(wǎng)上沒找到這個(gè)芯片，但是有比較接近的是 PN8386，功率 15W。這顆芯片的應(yīng)用場(chǎng)景很顯然就是做一些小功率電子產(chǎn)品的電源適配器?？驁D如下：

在這個(gè)框圖中可以很明顯的看到，反饋信號(hào)FB是從原邊引過來的，而不是從DC Output這端引出的，所以不需要使用光耦隔離這個(gè)FB信號(hào)，可以節(jié)省一個(gè)光耦?？驁D中的整流橋，在這個(gè)板子上就是位號(hào)GT1的MB10F。

LDO是圖中紅色框所示的U6器件，封裝是SOT-223，型號(hào)是AMS1117-3.3，功能是把開關(guān)電源的輸出電壓降壓到3.3V給MCU和其他的芯片使用。AMS1117這個(gè)型號(hào)，做的廠家太多了，所以也很難確定板子上這顆是誰家的LDO。也正因?yàn)檎l都做，導(dǎo)致AMS1117這玩意質(zhì)量良莠不齊，曾經(jīng)買到過一批假的AMS1117，所以現(xiàn)在設(shè)計(jì)電路板的時(shí)候很少用這個(gè)玩意。

既然是開關(guān)電源，那不可能只有上面這幾個(gè)器件。其他的變壓器，電容之類的都在板子背面：

上面的黃色框中的是開關(guān)電源的輸入電容，是艾華AiSHi家的鋁電解電容，型號(hào)EGW2GM100G16OT，容值10uF，耐壓450V。

上圖中灰色框中的兩個(gè)電容也是艾華AiSHi家的鋁電解電容，型號(hào)是ERS1EM471F16OT，容值470uF，耐壓25V。

紅色框中的是變壓器，這個(gè)變壓器原邊有4個(gè)引腳，也就是兩個(gè)線圈繞組，一個(gè)是用來降壓的，另一個(gè)繞組是用來反饋電壓的。副邊有一個(gè)繞組?？梢栽诎遄诱婵吹竭@個(gè)變壓器的引腳和走線：

2、MCU

MCU的型號(hào)是雅特力的AT32F421C8T7，這個(gè)MCU的內(nèi)核是ARM Cortex-M4，主頻最高120MHz，16KB SRAM，64KBFlash，封裝是LQFP48，引腳定義如下圖所示：

說一些題外話，前幾年芯片缺貨的時(shí)候，ST的MCU一貨難求，一些熱門常用的型號(hào)，比如STM32F103C8T6從平時(shí)的5-7元漲價(jià)到了50+，STM32F103RGT6甚至漲到了200左右。而一些冷門的型號(hào)，則漲價(jià)到了不能理解的程度，比如當(dāng)時(shí)朋友公司要用到STM32F427IIH6這個(gè)型號(hào)，我找了幾個(gè)有貨的供應(yīng)商，給我的報(bào)價(jià)都是每片1800、2100這種價(jià)格。至于漲價(jià)缺貨的根源是什么，真的是由于芯片產(chǎn)能不足嗎，這也未必，畢竟在漲價(jià)結(jié)束后，有些人可能因此賺幾個(gè)小目標(biāo)都不在話下?？傊?，在這個(gè)漲價(jià)缺貨的背景下，很多公司開始把產(chǎn)品上的MCU從STM32更換為GD32、AT32、CH32、HC32、HK32、HT32等等，原先使用STM8的更換為國產(chǎn)的各種8位MCU。這個(gè)板子上的AT32也就是這個(gè)時(shí)候快速崛起的?？傊?，這對(duì)國產(chǎn)MCU真的是一次絕好的機(jī)會(huì)，原先即便價(jià)格比ST的便宜很多，也沒人敢輕易換掉，或者不愿意承受這個(gè)替換國產(chǎn)所花費(fèi)的成本。但是一缺貨，價(jià)格十倍十倍的往上翻，那可就是另一回事了。至少我現(xiàn)在在選擇MCU的時(shí)候，國產(chǎn)有合適的就用國產(chǎn)。如果被指定要使用ST的料，那也必須要有能硬件兼容的國產(chǎn)MCU，才敢使用，不然就繼續(xù)看其他型號(hào)。畢竟ST等其他料，每過幾年就會(huì)周期性的缺貨漲價(jià)。

3、音頻功放

在用戶掃碼或者付款之后，或者說出現(xiàn)錯(cuò)誤狀態(tài)時(shí)需要進(jìn)行語音播報(bào)，這就需要有一個(gè)能夠推動(dòng)喇叭的音頻功放，在這個(gè)板子上，功放芯片是英銳芯的音頻功放8002A，這是一款A(yù)B類、單聲道帶關(guān)斷模式的橋式音頻功率放大器，最大驅(qū)動(dòng)功率為3W。8002A的封裝是SOP8。其典型電路圖如下圖：

4、存儲(chǔ)芯片

在MCU旁邊有一個(gè)SOP8封裝的存儲(chǔ)芯片，型號(hào)是P25Q32SH，看logo和查型號(hào)可以確認(rèn)這是普冉家的料。引腳定義如下圖所示：

5、電能計(jì)量

這是一個(gè)共享充電插座，通過掃碼付款之后，可才能進(jìn)行充電，而充電過程中必然要有充電時(shí)間、充電電量監(jiān)控等功能。這部分的實(shí)現(xiàn)使用的是BL0939實(shí)現(xiàn)的。BL0939是上海貝嶺的內(nèi)置時(shí)鐘免校準(zhǔn)的電能計(jì)量芯片，適合用于單相多功能電能表、智能插座、智能家電、電動(dòng)自行車充電樁等應(yīng)用，集成了3路高精度Sigma-Delta ADC，可同時(shí)測(cè)量 2 路電流、1 路電壓。封裝形式是SSOP-20器件的原理框圖如下圖所示：

看到PCB板上，插座輸出的電流路徑上串聯(lián)了一個(gè)1毫歐的2512封裝的采樣電阻，使用開爾文采樣接法引出兩個(gè)信號(hào)線到BL0939芯片的外圍。從這一點(diǎn)上來看，結(jié)合這個(gè)電路板上其他一些細(xì)節(jié)的處理，可以看得出這個(gè)PCB布線人員還是比較專業(yè)的，相關(guān)經(jīng)驗(yàn)比較豐富。關(guān)于開爾文采樣的布線，可以自行查閱相關(guān)資料，這種電流采樣的用處很廣泛，例如FOC電機(jī)驅(qū)動(dòng)的母線電流采樣、恒流源電路的電流采樣等等。這個(gè)采樣電阻，專業(yè)的叫法是分流器，根據(jù)電流范圍、精度、安裝方式、體積等區(qū)分，有各種各樣的分流器。如下圖

在之前文章一個(gè)350W的電瓶車控制器，價(jià)格居然只賣28，會(huì)虧本嗎？拆開看看里面用了什么器件！里面對(duì)母線電流進(jìn)行采樣的分流器就是康銅絲。

6、NFC電路

這個(gè)掃碼充電插座的面板上有二維碼可以掃碼付款，也可以使用NFC卡刷卡充電，而NFC的實(shí)現(xiàn)就是通過這個(gè)絲印是0471K1040這顆封裝是QFN32的芯片來實(shí)現(xiàn)的。我通過絲印大概找到這可能是VIBRATION(振浩微)的VRC522?？梢钥吹竭@上面的晶振是27.120MHz，這個(gè)頻率點(diǎn)的晶振，基本上就是用來做13.56M NFC的，因?yàn)?7.12/2=13.56。下面紅色框中的看起來很對(duì)稱的電路，就是NFC天線阻抗匹配電路。左邊完全對(duì)稱的2個(gè)電感，8個(gè)電容和兩個(gè)電阻是兩路發(fā)射，電感右邊的三個(gè)電容和三個(gè)電阻是接收電路。和下圖應(yīng)用框圖中的紅色框里的電路、藍(lán)色框內(nèi)的電路對(duì)應(yīng)。

這種NFC芯片一般通過SPI接口和MCU通信，當(dāng)然，基本上也都支持I2C或者UART。但是比較常見的是SPI。NFC類芯片，使用量比較大的是NXP家的MFRC522，國產(chǎn)名字里帶522的NFC芯片，基本上都是和NXP這款兼容的。NXP官網(wǎng)上有非常詳細(xì)的，關(guān)于NFC相關(guān)電路的設(shè)計(jì)、阻抗計(jì)算、布局布線等各種指南。比如可以通過這個(gè)excel文檔來計(jì)算阻抗。

7、隔離光耦

兩路充電插座各有一個(gè)光耦，用來檢測(cè)充電狀態(tài)，這個(gè)光耦的型號(hào)是億光家的EL817S1，后綴不明確。

8、4G通信模組

這個(gè)插座涉及到付費(fèi)的操作，所以在用戶掃碼或者刷卡之后，MCU要訪問后臺(tái)服務(wù)器數(shù)據(jù)，確認(rèn)付款或者扣費(fèi)成功之后操作繼電器導(dǎo)通開始充電，所以必須有一個(gè)連接服務(wù)器的通道，在這個(gè)板子上，使用的是4G模塊。型號(hào)是MC615-CN，這是廣和通的一款LTECat1 bis無線通信模組，采用LCC+LGA封裝，尺寸為20.2mm*22.2mm*2.3mm。主要應(yīng)用領(lǐng)域有支付、共享、工業(yè)互聯(lián)等等。

esim卡芯片在這個(gè)4G模組所在小電路板的背面，封裝是DFN8,5x6mm。

MC615-CN模組通過一邊5個(gè)一邊三個(gè)總共8個(gè)2.54間距的排針和地板連接，在排針連接處有打膠加固。

9、4G模組供電

在4G模組供電引腳的旁邊，有個(gè)SOT23-8的IC，根據(jù)旁邊的電感可以看出這應(yīng)該是一個(gè)DC-DC芯片,根據(jù)絲印AGCM查閱可知這是MPS家的BUCK降壓轉(zhuǎn)換芯片，型號(hào)為MP2315。我記得若干年前，立創(chuàng)商城上是有MPS芯片的，但是不知道從什么時(shí)候開始，立創(chuàng)上就沒有MPS全系列芯片了。這搞得查資料很不方便，好像幾年前有關(guān)于這兩家鬧矛盾的大瓜，現(xiàn)在也基本上搜不到什么了。在MPS官網(wǎng)看到MP2315屬于老產(chǎn)品，不推薦新設(shè)計(jì)使用，新的型號(hào)是MP2315S。下面是手冊(cè)中的典型電路：

在板子的背面有兩個(gè)大的鋁電解電容，分別是這個(gè)DC-DC電路的輸入、輸出電容。其容值都是25V 470uF。4G模塊啟動(dòng)時(shí)、通信時(shí)的峰值電流都很高，所以這么大的電容是很有必要的。在廣和通的硬件設(shè)計(jì)手冊(cè)中的電源設(shè)計(jì)推薦給的是兩個(gè)220uf的電解電容：

10、充電輸出電路

兩個(gè)充電插座的充電通斷是由繼電器實(shí)現(xiàn)的，繼電器的型號(hào)是HF32FV-16，如上圖中的紅色箭頭所指。這個(gè)系列的繼電器是超小型大功率繼電器，16A的觸點(diǎn)切換能力、一組常開觸點(diǎn)。這個(gè)板子上兩路輸出，也就有兩個(gè)同樣的繼電器，查了下這個(gè)繼電器價(jià)格還不便宜，一個(gè)的價(jià)格在2.4左右，批量估計(jì)能做到2元以下。

繼電器驅(qū)動(dòng)電路在板子的另一面，MCU的IO口驅(qū)動(dòng)三極管SS8050，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)繼電器控制線圈。由于繼電器的線圈屬于感性器件，在斷開的瞬間會(huì)產(chǎn)生較大的電流電流，所以需要有D1和D5這兩個(gè)二極管來形成反向環(huán)路對(duì)該電流進(jìn)行續(xù)流。電路大概和我四軸飛行器上的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路類似，直接改改截個(gè)圖：

在繼電器后面串聯(lián)了一次性保險(xiǎn)絲，見圖中藍(lán)色箭頭所指的棕色方塊形器件。這個(gè)保險(xiǎn)絲是泓達(dá)家的2009T15A250V，板子上總共用了兩顆。

11、狀態(tài)指示LED

這個(gè)板子上有三個(gè)狀態(tài)指示LED燈，用的LED是反貼的，使用三極管SS8050驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光，見下圖：

12、陶瓷氣體放電管

板子上有一顆陶瓷氣體放電管（GDT），具體型號(hào)和廠商未知。封裝形式和檳城的BF102M類似。

13、PCB布線的幾個(gè)細(xì)節(jié)

電源走線上做了阻焊層開窗，加了焊錫，用來增加通流能力，但是看樣子這錫是手工加上去的，因?yàn)殚_窗方式?jīng)Q定了不能在鋼網(wǎng)上開窗上錫。畢竟開鋼網(wǎng)上錫的錫量太小，對(duì)增加通流能力于事無補(bǔ)。

市電走線旁邊做了機(jī)械開槽，這是為了增加爬電距離。

電路板上關(guān)鍵物料清單

系統(tǒng)框圖如下：

整體來看，和之前拆解的幾個(gè)板子相比，這個(gè)共享充電插座的用料可以說是比較足的，PCB原理、布線看起來都出自于比較有經(jīng)驗(yàn)的工程師之手。但是總體來說，整個(gè)板子功能比較明確、電路也比較簡(jiǎn)單，沒有什么復(fù)雜的地方，板子的尺寸也很大（長15.2cm，寬8.8cm），只要正確且充分的考慮電源安規(guī)，計(jì)算好NFC天線的阻抗匹配，并在回板之后實(shí)測(cè)并優(yōu)化阻抗匹配，其他地方并沒有太大的難度。

從可學(xué)習(xí)性來說，這板子上既有接入互聯(lián)網(wǎng)的4G模組，又有對(duì)繼電器、LED、喇叭的控制，也有和NFC芯片、電量計(jì)芯片的交互操作，是一個(gè)典型的物聯(lián)網(wǎng)控制板卡，對(duì)于學(xué)習(xí)MCU嵌入式軟件開發(fā)的同學(xué)來說算是一個(gè)比較典型的框架，可學(xué)習(xí)性較強(qiáng)。從硬件的角度來說，板子上有市電轉(zhuǎn)3.3V的AC-DC，也有各種控制電路，還有NFC、4G模組等射頻相關(guān)電路，對(duì)于硬件入門人員來說可學(xué)習(xí)性也比較強(qiáng)。

審核編輯：黃飛

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