前幾天公眾號后臺有粉絲聯(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(chǎn)品，且在室外使用，所以拿在手里感覺很結(jié)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(xì)節(jié)。

1、電源電路

電源輸入部分的保護(hù)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(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，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)時的電阻，從而降低正常工作時系統(tǒng)功耗。這三個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，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，型號是MB10F。未搜索到這個絲印對應(yīng)的具體是哪個廠家。

開關(guān)電源芯片是上圖中藍(lán)色框中的U1，封裝是SOP-7，這個根據(jù)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(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)上沒找到這個芯片，但是有比較接近的是 PN8386，功率 15W。這顆芯片的應(yīng)用場景很顯然就是做一些小功率電子產(chǎn)品的電源適配器。框圖如下：

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(jié)省一個光耦。框圖中的整流橋，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(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(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)計電路板的時候很少用這個玩意。

既然是開關(guān)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(guān)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。可以在板子正面看到這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(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(dāng)時朋友公司要用到STM32F427IIH6這個型號，我找了幾個有貨的供應(yīng)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(chǎn)能不足嗎，這也未必，畢竟在漲價結(jié)束后，有些人可能因此賺幾個小目標(biāo)都不在話下。總之，在這個漲價缺貨的背景下，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。這個板子上的AT32也就是這個時候快速崛起的。總之，這對國產(chǎn)MCU真的是一次絕好的機(jī)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(chǎn)所花費(fèi)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(xiàn)在在選擇MCU的時候，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。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(xiàn)錯誤狀態(tài)時需要進(jìn)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(rèn)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(jìn)行充電，而充電過程中必然要有充電時間、充電電量監(jiān)控等功能。這部分的實現(xiàn)使用的是BL0939實現(xiàn)的。BL0939是上海貝嶺的內(nèi)置時鐘免校準(zhǔn)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(yīng)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(lián)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(jié)合這個電路板上其他一些細(xì)節(jié)的處理，可以看得出這個PCB布線人員還是比較專業(yè)的，相關(guān)經(jīng)驗比較豐富。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(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(jìn)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(xiàn)就是通過這個絲印是0471K1040這顆封裝是QFN32的芯片來實現(xiàn)的。我通過絲印大概找到這可能是VIBRATION(振浩微)的VRC522。可以看到這上面的晶振是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(fā)射，電感右邊的三個電容和三個電阻是接收電路。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、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(tài)，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(fèi)的操作，所以在用戶掃碼或者刷卡之后，MCU要訪問后臺服務(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，所以必須有一個連接服務(wù)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(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(jù)旁邊的電感可以看出這應(yīng)該是一個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(shè)計手冊中的電源設(shè)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(xiàn)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(qū)動電路在板子的另一面，MCU的IO口驅(qū)動三極管SS8050，進(jìn)而驅(qū)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(chǎn)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(huán)路對該電流進(jìn)行續(xù)流。電路大概和我四軸飛行器上的電機(jī)驅(qū)動電路類似，直接改改截個圖：

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

11、狀態(tài)指示LED

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

13、PCB布線的幾個細(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，因為開窗方式?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(jīng)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(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)，計算好NFC天線的阻抗匹配，并在回板之后實測并優(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(lián)網(wǎng)控制板卡，對于學(xué)習(xí)MCU嵌入式軟件開發(fā)的同學(xué)來說算是一個比較典型的框架，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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