原创 【拆解】USB功率表,拆解分析电路、原理、成本。附原理图&成本计算

2024-3-14 00:16 1484 13 9 分类: MCU/ 嵌入式 文集: 拆解活动



前言

USB功率表是各位工程师的必备神奇吧!平时测手机、产品、制作电路的时候经常用的电流表,正好我之前就买过一个小的功率表,平时随手测一下充电宝、灯的功率还是很方便的,并且这个功率表还有计算放电容量的功能,以及记录时间的功能,这样还可以测一下充电宝的容量,还有放电时间之类的

正好这次可以拆解一下这款功率表,看看内部的用料成本,以及分析一下电流电压的采样电路

由于这次拆解分析的很详细,所以分章后部分会有原理图,以及采样电路的分析,大家可以参考参考,有什么问题,可以一起学习交流!


外观展示&铭牌讲解



(一)外壳采用的是硬塑料,侧边有个按钮的开孔,前后各有USB的开孔,正面是一块屏幕,尺寸大概是1寸,屏幕四周是黑边,所以实际上屏幕大小肯定是比看到的要小

(二)品牌名称和型号直接忽略,可以看到Voltage电压是:直流DC 4--30V 、 Current电流 0--5.1A 、协议支持QC2.0&QC3.0


(三)图标讲解:

CE标志是欧洲共同市场安全标志,是一种宣称产品符合欧盟相关指令的标识

RoHS标志是指电气和电子设备中限制使用某些有害物质的标志,说明该功率表无害

绿色环保标志

垃圾桶打×,这个标志表示打算丢弃此产品时必须将该产品送到适当的设施,以进行回收和循环再利用。

(四)外壳采用上下两块拼接而成,所以判断外壳可以撬开,但是四周有柱子固定,所以在拆的时候避免弄断柱子


拆解过程





(一)首先,因为外壳是由上下壳合起来的,所以可以把指甲或者尖一点的东西插进外壳的缝隙里面,然后慢慢翘起来一点,然后把撬棒插进去,沿着边边慢慢划过去,边划边翘,直到把四个角的外壳翘起来,然后就可以分离外壳了,外壳侧边没有涂胶水,这点非常好!也有可能是为了省成本或者是返工比较容易!

(二)拆开之后发现没有螺丝固定PCB板,是直接套在支撑柱上的,可能也是为了省成本,不过这种固定的也是挺牢固的!


PCB板



(一)粗略看一下PCB板,发现MCU是打磨过的!其实打磨过也不完全是坏处,因为打磨过的MCU还是有找出来的可能性的,因为只有常用的芯片才要打磨,自己定制的芯片可能连丝印都没有(大家可以看我后面是怎么找到这个芯片的!

(二)屏幕也是可以通过4个孔,固定到PCB板上,这点做的挺好的

(三)背面屏幕的过孔很多,正面几乎没什么过孔,所以表面的元器件大概率都能用万用表测得到通路

(四)屏幕有13个引脚,根据显示的颜色,以及引脚数量,判断是tft屏为主,所以后面分析,主要往tft屏幕去找


PCB&原理分析



(一)HT7133-1,由于mcu/屏幕等元器件要3.3v,所以这个芯片主要功能就是降压,允许输入电压30V,输出电压为3.3V


(二)NTC测温(热敏电阻)热敏电阻的阻值会随着温度的升高而降低。MCU的ADC检测到电路电压的变化,从而推断出当前的温度



(三)电压采样区  通过电阻,可以将输入的电压,分压成MCU的ADC能检测到的电压,大概是0-3.3v左右,这样可以用ADC直接采样输入的电压


(四)电流采样区 通过运放,由于采样电阻的值很小,所以导致压降小,所以需要运放放大之后,再进行采样,采样电阻的值为0.01R

【以下图的电阻,均为大概测量值!可能不准确!】



运放电路分析

1.运放采样了差分放大电路,相比于单端的放大电路,它可以有效地抑制共模噪声,并提供更大的动态范围和信噪比。

2.放大增益计算如下图



我的运放计算方法是这样的,首先将电路分成两部分,左边①部分可以算出电流值,右边②部分可以根据①算出的电流值,通过欧姆定律算出输出的总电压值,最后再通过增益计算公式,计算出放大增益

3.中间是运放的独特功能“虚短”,所以可以直接看成一条导线,也相当于①和②部分共同的电流值

4.我们直接看结果就可以发现,电流的增益是4颗电阻决定的,所以如果要更改输出的大小,只需要更改相应的电阻值即可


(五)出厂测试/烧录点 


通过万用表测量出点位,可以发现TXD/RXD这些串口通讯点,以及一个数据引脚,和供电引脚,所以这个大概率是出厂的烧录/测试点位


(六)TFT屏幕


1.SDA----SPI数据线,接MCU的MOSI引脚

2.SCL----SPI串口时钟线

3.RS----屏幕数据、信号、命令输入选择

4.RESET----屏幕复位输入

5.CS----屏幕选片信号输入

6.LEDK----背光/阴极

7.VDD----电源输入

8.GND----接地

9.NC----空脚


MCU分析


【该MCU为推测!如果和实际不同,请谅解!学习为主】

观察PCB的时候,很明显MCU是被打磨过的,经过几天的大海捞针,终于找到一款引脚/功能/大小都十分合适的MCU,并且大概率就是这款功率表的芯片,大差不差!

1.首先我认为,芯片如果是被打磨过丝印的话,第一点可以证明,这个MCU可能不是定制的,而是采用市面上比较常用的,而且很实惠的MCU,所以这款芯片还是很有可能被找到的

2.观察大小,这款MCU采用 TSSOP-20封装,这样搜索的范围就更小一点


3.最好分析的一点,就是该芯片的供电引脚是在第9脚VCC,和第7脚的GND,一般这样的布局挺少的,所以我大概看了十几个TSSOP-20封装的芯片后,终于找到(新唐)有这种MCU芯片,而且大多数布局都是第9脚VCC,和第7脚GND


4.于是,我在新塘的官网里面,和各大购物平台,找(新唐)的MCU,因为判断,这款MCU一点有多个ADC引脚,且还有串口通讯和SPI接口,所以又找了十几个之后,找到这一款MS51FB9AE

数据手册 https://wwo.lanzouj.com/ixBZu1rfq07c



原理图

【原理图用万用表测量得出,电阻值可能不正确,有什么问题可以一起讨论】



成本分析

(一)电阻电容批发一盘5000个大概15块钱,大概一个0.003,全部加起来就算0.06吧


(二)USB公/母座,批发大概是0.06一个,一个板子用两个就是0.12


(三)HT7133-1,输出3.3v,零售价0.1元,批发价不详


(四)LM321运算放大器,零售价0.04元


(五)侧卧轻触开关,零售价0.07元

(六)MCU----MS51FB9AE,零售价1.2元,批发1.15


(七)TFT屏幕,尺寸不详,大概是0.96吧,批发价6元


(八)PCB板,这个价格不详,按0.5/个算吧


(九)外壳价格也不详,两个外壳的话,也按0.5/个来算,那就是1块钱



产品成本合计

硬件成本:0.06+0.12+0.1+0.04+0.07+1.15+6+0.5+1=9.04

软件成本3 因为这个功率表在软件方面的重要性要大于硬件方面,且技术成本大多都在软件方面,所以每个表都算上软件开发成本3元吧

其他成本:5这些包括快递,人工,运营等杂七杂八的费用,这里算5元吧

合计:9.04+3+5=17.04

相对于28块钱的售价来说,商家大概是可以赚个10块钱的吧,利润还是很可观的,我感觉大部分的花费可能都在软件开发上面吧!


总结

(一)功率表的原理大概就是采样电流和电压,然后计算出功率,硬件方面的难点就在于怎么确保采样的精度,软件方面的难点在于怎么处理收到的信号,并且取值,总体来说还是可以通过功率表学到很多东西的

(二)可以学习运算放大器,了解运算放大器的工作过程,放大倍数的计算,运算放大器作为模电的第一单元,其重要性也是非常重要的

(三)分析成本,可以看到所需的硬件成本个人制作大概就10块钱左右,外壳可能贵一点,所以大家想自己做一个这样的功率表也不是不行

(四)学习如何找出被打磨过的芯片,这样对于电路的分析有很大的作用

作者: 小恶魔owo, 来源:面包板社区

链接: https://mbb.eet-china.com/blog/uid-me-4067534.html

版权声明:本文为博主原创,未经本人允许,禁止转载!

文章评论9条评论)

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luckyzy2000 2024-4-24 16:48

不错的拆解和分析。

zm_mei_423589256 2024-3-25 14:21

PCB layout做的好low

开发工匠 2024-3-16 11:05

写的好,参考和学习

小恶魔owo 2024-3-15 21:53

真命: 谢谢楼主分享拆解!
运放计算有点点不对:
1)反馈电阻R4都没在你的计算式里面,那肯定不合理啊。
2)计算方式可以这样: 把0.01欧采样电阻上下看成两个电压源Vp V ...
对的对的,那个计算那边,应该是R4+R3的,我写成R2+R3了

小恶魔owo 2024-3-15 21:52

真命: 谢谢楼主分享拆解!
运放计算有点点不对:
1)反馈电阻R4都没在你的计算式里面,那肯定不合理啊。
2)计算方式可以这样: 把0.01欧采样电阻上下看成两个电压源Vp V ...
对的对的,那个计算那边,应该是R4+R3的,我写成R2+R3了

真命 2024-3-15 20:37

谢谢楼主分享拆解!
运放计算有点点不对:
1)反馈电阻R4都没在你的计算式里面,那肯定不合理啊。
2)计算方式可以这样: 把0.01欧采样电阻上下看成两个电压源Vp Vn加载与运放上,运用叠加定理,分别求解出Vp Vn与输出电压V0的关系,再用V0分别表示出Vp Vn,最终的测量电流就是(Vp - Vn)/0.01 (采样电阻值 )!

小恶魔owo 2024-3-14 11:18

自做自受: 继续,想看看成本分析。
呵呵,图一图二表面看上去怎么好像有指纹啊?
是啊,自己用的,用了很久了,挺好的,而且还便宜

小恶魔owo 2024-3-14 11:18

自做自受: 继续,想看看成本分析。
呵呵,图一图二表面看上去怎么好像有指纹啊?
是啊,自己用的,用了很久了,挺好的,而且还便宜

自做自受 2024-3-14 10:44

继续,想看看成本分析。
呵呵,图一图二表面看上去怎么好像有指纹啊?
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