電瓶車共享充電插座內部構造揭秘

前幾天公眾號后臺有粉絲聯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，決定寄一個過來讓我拆解分析一下。

拿到快遞，打開之后東西是這個樣子的：

可能是因為這是共享產品，且在室外使用，所以拿在手里感覺很結實。

拆開之后一個很大的電路板，如下圖所示：

接下來逐一分析電路細節。

1、電源電路

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

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

注意，當產品使用的電磁環境比較惡劣時，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）應用指南--2022 版）可供參考：

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

整流橋是上圖中的紅色框中的GT1，封裝是MBF，型號是MB10F。未搜索到這個絲印對應的具體是哪個廠家。

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

在這個框圖中可以很明顯的看到，反饋信號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FB信號，可以節省一個光耦?？驁D中的整流橋，在這個板子上就是位號GT1的MB10F。

LDO是圖中紅色框所示的U6器件，封裝是SOT-223，型號是AMS1117-3.3，功能是把開關電源的輸出電壓降壓到3.3V給MCU和其他的芯片使用。AMS1117這個型號，做的廠家太多了，所以也很難確定板子上這顆是誰家的LDO。也正因為誰都做，導致AMS1117這玩意質量良莠不齊，曾經買到過一批假的AMS1117，所以現在設計電路板的時候很少用這個玩意。

既然是開關電源，那不可能只有上面這幾個器件。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電源的輸入電容，是艾華AiSHi家的鋁電解電容，型號EGW2GM100G16OT，容值10uF，耐壓450V。

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

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

2、MCU

MCU的型號是雅特力的AT32F421C8T7，這個MCU的內核是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候，ST的MCU一貨難求，一些熱門常用的型號，比如STM32F103C8T6從平時的5-7元漲價到了50+，STM32F103RGT6甚至漲到了200左右。而一些冷門的型號，則漲價到了不能理解的程度，比如當時朋友公司要用到STM32F427IIH6這個型號，我找了幾個有貨的供應商，給我的報價都是每片1800、2100這種價格。至于漲價缺貨的根源是什么，真的是由于芯片產能不足嗎，這也未必，畢竟在漲價結束后，有些人可能因此賺幾個小目標都不在話下?？傊?，在這個漲價缺貨的背景下，很多公司開始把產品上的MCU從STM32更換為GD32、AT32、CH32、HC32、HK32、HT32等等，原先使用STM8的更換為國產的各種8位MCU。這個板子上的AT32也就是這個時候快速崛起的?？傊?，這對國產MCU真的是一次絕好的機會，原先即便價格比ST的便宜很多，也沒人敢輕易換掉，或者不愿意承受這個替換國產所花費的成本。但是一缺貨，價格十倍十倍的往上翻，那可就是另一回事了。至少我現在在選擇MCU的時候，國產有合適的就用國產。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MCU，才敢使用，不然就繼續看其他型號。畢竟ST等其他料，每過幾年就會周期性的缺貨漲價。

3、音頻功放

在用戶掃碼或者付款之后，或者說出現錯誤狀態時需要進行語音播報，這就需要有一個能夠推動喇叭的音頻功放，在這個板子上，功放芯片是英銳芯的音頻功放8002A，這是一款AB類、單聲道帶關斷模式的橋式音頻功率放大器，最大驅動功率為3W。8002A的封裝是SOP8。其典型電路圖如下圖：

4、存儲芯片

在MCU旁邊有一個SOP8封裝的存儲芯片，型號是P25Q32SH，看logo和查型號可以確認這是普冉家的料。引腳定義如下圖所示：

5、電能計量

這是一個共享充電插座，通過掃碼付款之后，可才能進行充電，而充電過程中必然要有充電時間、充電電量監控等功能。這部分的實現使用的是BL0939實現的。BL0939是上海貝嶺的內置時鐘免校準的電能計量芯片，適合用于單相多功能電能表、智能插座、智能家電、電動自行車充電樁等應用，集成了3路高精度Sigma-Delta ADC，可同時測量 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了一個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信號線到BL0939芯片的外圍。從這一點上來看，結合這個電路板上其他一些細節的處理，可以看得出這個PCB布線人員還是比較專業的，相關經驗比較豐富。關于開爾文采樣的布線，可以自行查閱相關資料，這種電流采樣的用處很廣泛，例如FOC電機驅動的母線電流采樣、恒流源電路的電流采樣等等。這個采樣電阻，專業的叫法是分流器，根據電流范圍、精度、安裝方式、體積等區分，有各種各樣的分流器。如下圖

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

6、NFC電路

這個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的實現就是通過這個絲印是0471K1040這顆封裝是QFN32的芯片來實現的。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，這個頻率點的晶振，基本上就是用來做13.56M NFC的，因為27.12/2=13.56。下面紅色框中的看起來很對稱的電路，就是NFC天線阻抗匹配電路。左邊完全對稱的2個電感，8個電容和兩個電阻是兩路發射，電感右邊的三個電容和三個電阻是接收電路。和下圖應用框圖中的紅色框里的電路、藍色框內的電路對應。

這種NFC芯片一般通過SPI接口和MCU通信，當然，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，國產名字里帶522的NFC芯片，基本上都是和NXP這款兼容的。NXP官網上有非常詳細的，關于NFC相關電路的設計、阻抗計算、布局布線等各種指南。比如可以通過這個excel文檔來計算阻抗。

7、隔離光耦

兩路充電插座各有一個光耦，用來檢測充電狀態，這個光耦的型號是億光家的EL817S1，后綴不明確。

8、4G通信模組

這個插座涉及到付費的操作，所以在用戶掃碼或者刷卡之后，MCU要訪問后臺服務器數據，確認付款或者扣費成功之后操作繼電器導通開始充電，所以必須有一個連接服務器的通道，在這個板子上，使用的是4G模塊。型號是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。主要應用領域有支付、共享、工業互聯等等。

esim卡芯片在這個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個一邊三個總共8個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SOT23-8的IC，根據旁邊的電感可以看出這應該是一個DC-DC芯片,根據絲印AGCM查閱可知這是MPS家的BUCK降壓轉換芯片，型號為MP2315。我記得若干年前，立創商城上是有MPS芯片的，但是不知道從什么時候開始，立創上就沒有MPS全系列芯片了。這搞得查資料很不方便，好像幾年前有關于這兩家鬧矛盾的大瓜，現在也基本上搜不到什么了。在MPS官網看到MP2315屬于老產品，不推薦新設計使用，新的型號是MP2315S。下面是手冊中的典型電路：

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

10、充電輸出電路

兩個充電插座的充電通斷是由繼電器實現的，繼電器的型號是HF32FV-16，如上圖中的紅色箭頭所指。這個系列的繼電器是超小型大功率繼電器，16A的觸點切換能力、一組常開觸點。這個板子上兩路輸出，也就有兩個同樣的繼電器，查了下這個繼電器價格還不便宜，一個的價格在2.4左右，批量估計能做到2元以下。

繼電器驅動電路在板子的另一面，MCU的IO口驅動三極管SS8050，進而驅動繼電器控制線圈。由于繼電器的線圈屬于感性器件，在斷開的瞬間會產生較大的電流電流，所以需要有D1和D5這兩個二極管來形成反向環路對該電流進行續流。電路大概和我四軸飛行器上的電機驅動電路類似，直接改改截個圖：

在繼電器后面串聯了一次性保險絲，見圖中藍色箭頭所指的棕色方塊形器件。這個保險絲是泓達家的2009T15A250V，板子上總共用了兩顆。

11、狀態指示LED

這個板子上有三個狀態指示LED燈，用的LED是反貼的，使用三極管SS8050驅動LED發光，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），具體型號和廠商未知。封裝形式和檳城的BF102M類似。

13、PCB布線的幾個細節

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，因為開窗方式決定了不能在鋼網上開窗上錫。畢竟開鋼網上錫的錫量太小，對增加通流能力于事無補。

市電走線旁邊做了機械開槽，這是為了增加爬電距離。

電路板上關鍵物料清單

系統框圖如下：

整體來看，和之前拆解的幾個板子相比，這個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驗的工程師之手。但是總體來說，整個板子功能比較明確、電路也比較簡單，沒有什么復雜的地方，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，計算好NFC天線的阻抗匹配，并在回板之后實測并優化阻抗匹配，其他地方并沒有太大的難度。

從可學習性來說，這板子上既有接入互聯網的4G模組，又有對繼電器、LED、喇叭的控制，也有和NFC芯片、電量計芯片的交互操作，是一個典型的物聯網控制板卡，對于學習MCU嵌入式軟件開發的同學來說算是一個比較典型的框架，可學習性較強。從硬件的角度來說，板子上有市電轉3.3V的AC-DC，也有各種控制電路，還有NFC、4G模組等射頻相關電路，對于硬件入門人員來說可學習性也比較強。

審核編輯：黃飛

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