朋友给我寄来一个新能源电动汽车的充电桩让我拆解。 这是充电枪。 Logo字符下面有三个LED指示灯。底下有一个NFC卡刷卡区域。 从侧面看，这玩意还挺厚的，前后盖板的尺寸更大，这样在不充电的时候可以把线盘在上面。 看铭牌，型号是欧拉汽车的交流充电桩。额定功率7kW，这也是我第一次拆解这么大功率的产品啊。 背面是一个安装卡扣结构，先把底板安装在墙上或者柱子上，然后把充电桩挂上去，拧紧两边的四个螺丝就完成了固定。 把这两个金属的安装背板拿掉之后，充电桩外壳是注塑的。 继续拆解就可以看到接线柱了。 这怎么板子都被扯破了？难道是忘了拔枪就开车了，导致整个线被拉扯把电路板都拉坏了？但是这显然不应该啊，众所周知，电动汽车在充电的时候是不能开动的。所以一定是有其他原因，跑去问了一下给我寄桩的朋友，原来是有人充电之后，枪随手扔地上了，然后别的车倒车时碾压导致整个线拉扯，才把电路板撕裂了。所以说，有卧龙的地方必有凤雏啊。 左边是急停开关，中间是交流电进入线，右边是充电枪的线，整个线被拉扯导致格兰这里都滑脱了1cm左右。 继续拆解，这是电路板全貌。 我留意到这个前壳上，里面还有一个电路板。于是把这个面板打开，发现这个黑色的盘周围有一圈氛围灯导光圈。 里面有一个很大的电路板，电路板周围有一圈LED氛围灯。最中间还有一个电路板，板子上是NFC天线线圈。 虽然两个板子装在一起，但是显然这是两个板子，他们的线束也是分开的，二者之间没有任何电气连接。 先继续往下拆，这里面的电路板才是重点。 放大看看，板子左上角是一个4G通信模块。有了这个模块，就可以和后台保持通信，这样用户就可以使用手机APP来控制这个充电桩充电。 塑料外壳的内壁上，贴了这个4G模块的天线，天线也是FR-4材质的。 把所有线拆掉，然后把板子拿起来之后，发现下面有一个金属散热片，散热片和板子之间有一个散热硅脂片。 这散热硅脂片真是又大又厚又润，第一次让我产生了把硅脂片留着以后能用到的念头。 在硅脂片外围，还用FR-4材料做了一个框，用来隔离和保护，这个充电桩的细节还是可以的，挺到位。 收获一枚急停开关。 输入和输出线束的格兰看起来也不错。 我一直以为格兰这里是简单的几个齿片，原来并不是我想的那么简单。它这几个齿片是斜切的，这样如果拧紧的时候，齿片重叠部分变多，口径变小。这个构造非常像一个东西。 没错，就和相机的光圈是一个道理，可以很丝滑的调节这个口径的大小。 到这里，我们基本上完成了整个充电桩的粗拆，接下来看看电路板。 这是LED氛围灯电路板，板子周围一圈LED。 这些LED采用两两串联的操作。 这个板子上的驱动芯片是来自TI的ULN2003，实际上就是几个达林顿三级管用来增加驱动电流。 板子背面没有什么器件。所以这么大个板子，只是驱动LED，我倒觉得可以把这一圈氛围灯做成灯带的形式，成本能低出很多了。 这是NFC天线板，它存在的作用就是刷卡开始充电。 这个板子正面的物料还挺多。 主控芯片是来自笙泉的MA82G5B32AD32，这是一个1-T结构80C51内核的单片机。不过我看了一下价格不便宜，大概在四块多的样子。 串口通信采用了来自芯力特SIT的SIT3232EEUE，这是一个RS232接口芯片。 NFC通信芯片采用的是维晟的WS1830S，这是一个非接触式读写卡芯片，工作在13.56MHz，支持双线圈驱动的各类读写卡方案。有效读卡距离可达8～10cm。支持完整的ISO/IEC14443TypeA/TypeB协议。13.56MHz的频率，所以配备的晶振刚好是27.12MHz的，这样二分频刚好。最右边的这些电感和电容就是这个NFC天线的EMI和阻抗匹配电路。 接下来看看这个最重要的电路板。其实这个板子的功能也比较简单，交流电接进来之后，一方面通过反激拓扑降压为低压直流给控制系统使用，另一方面，控制系统根据NFC刷卡指令或者4G模块接收到的充电指令，驱动两个继电器导通，进而实现给电动汽车充电的任务。 这是电路板的背面，板子上有贴片器件的地方都涂刷了三防漆。功率回路为了增加过流能力做了开创加锡的操作。 这板子被扯得太惨了，直接把出线的三端子接线柱硬生生从板子上扯掉了。 从断茬处可以看到有内层铜皮，这个板子是个四层板。 4G模块采用焊接螺柱固定在地板上。 这个焊接螺柱很不错，看起来顶上当时贴了黄色的聚酰亚胺片，方便贴片机吸取。但是我不理解的是，为啥后面装配4G模块的时候没有把这个聚酰亚胺片剥掉？剥掉的花接地会更良好。 再来看这个4G模块，上面贴了一个高新兴物联的LTE模块。大模块上放小模块，有点无限套娃的感觉。 4G模块安装位置旁边，还有一个电压3.6V，容值0.47F的法拉电容，这个电容应该是给无线模块通信时提供瞬间大电流用的。 这个板子上用的主控芯片是兆易创新的GD32F303ZKT6，这个片子采用ARM Cortex-M4内核，主频120MHz，引脚144个。整个板子上涂了三防，很难处理，所以找个合适的角度拍照的。 其实这个板子上应该关注的是功率回路，它的7KW充电控制是怎么做到的，我们可以仔细看看。 这是交流220V输入之后的防护电路特写。 首当其冲的是两个Y安规电容，型号HCY102KB，容值1nF，耐压400V。 然后是一个来自时恒的MF72 5D11，这是一个功率型NTC热敏电阻，它存在的意义就是抑制板子上下电时的浪涌电流。 这个功率型NTC热敏电阻的零功率电阻为5Ω，最大稳态电流4A，但是没看到残余电阻值是多少，它的最大允许容值是240Vac的情况下150uF。这些都是功率型NTC热敏电阻的选型依据。 在往后看，是X2安规电容，容值0.1uF。 X2安规电容之后有一个共模滤波电感，共模滤波电感之后又是一个同型号的X2安规电容。这三个器件组成了一个Π型滤波网络来对共模干扰进行滤波。 共模滤波网络之后就是整流桥，整流桥的型号是DB207S，来自辰达半导体，封装为DBS，直流反向耐压1000V，整流电流为2A。 整流桥后面这颗电容的容值22uF，耐压值500V。 当然，在输入处还有一个压敏电阻，来自TKS(兴勤)的TVR20561KSUD1Y，它的直径20mm，压敏电压为561V。压敏电阻跨接在火线和零线之间，它正常状态下阻值极高，在电路中相当于一个小透明，但是一旦输入进来的电压有高压脉冲什么的，这个压敏电阻就瞬间发疯了，它能够在几个ns之间阻值变为几个欧姆，相当于瞬时短路，把进来的高压脉冲什么的泄放掉。从而把输入电压钳位在一个安全的水平。怎么感觉这压敏电阻有点像李世民身边的李元霸，平时呆呆傻傻像个小透明，一旦发起疯来就是大杀四方。 这里还有一个保险丝，它的额定电流2A。 在整流桥之后还有这样一个器件，一个大方块，看着像继电器。其实它是来自北京霍远的HPT205A，一颗精密电流型电压互感器，里面有两个线圈，工作原理是：初级线圈通过电路中串入限流电阻，将电压转换为电流，经过互感器后次级输出电流信号，经采样电阻转化为所需要的电压信号。左边和右边框出来的分别就是采样电阻和限流电阻。 再通过以上的反激电源电路，就可以把交流电整流、降压，最后给MCU控制系统和4G模块等使用。 变压器降压之后的后级电容大小是680uF16V。另外有两个220uF16V的小电容。 接下来我们研究一下充电通断是怎么实现的。 其实比我们想象的简单，充电的通断，其实就是控制零线和火线的通断，这里各用了一个继电器来实现。继电器的型号是CHS01-V-112HA2(43G)，来自Churod Electronics(中汇瑞德)。触点形式为常开型SPST-NO，线圈电源12V，触点材质为AgSnO，负载电流43A。 看板子背面的走线，一个继电器负责零线的开断、另一个继电器负责火线的开断。 从继电器出来之后的零线和火线，还经过了充电桩用测量、漏电一体式电流互感器。 这个电流互感器的型号HCT401C-L，也是来自HOP(北京霍远)，充电桩在给电动汽车充电时，肯定要实时监控充电电流大小，这就是电流互感器的作用。 这是这个电流互感器的技术参数。 电流互感器旁边还有一个小巧可爱的宏发继电器HFD4/5。它接在充电枪的反馈信号CP线回路中。 输入火线和零线之间接了两个串联的压敏电阻，就是上图中这两个蓝色的。来自Brightking(君耀电子)的561KD20，压敏电压大概是504~616V，钳位电压925V，AC工作电压250V。 然后从两个压敏电阻的中间抽头处引出了一个陶瓷气体放电管，连接到了保险丝。 保险丝一端接在陶瓷气体放电管（丝印SOCAY）上，另一端连接充电枪的PE也就是壳地。很奇怪的是这个保险丝上面没有了塑料套套。上面这一套电路完成了输入和输出的地连接。 板子正面需要过流的地方贴了很多小的导流铜块，其实我之前一直不太理解贴这么小的导流铜块，并不能增加铜皮整体过流能力，究竟有什么用呢。不过看了这个板子上导流铜块的用法，我就明白了。这个一般贴在大电流换层的过孔处比较合理，因为过孔处一方面是载流不均衡长时间有些孔容易老化，在还有铜离子迁移等问题导致时间长了孔内腐蚀等问题，贴这个就可以解决。同时，这个玩意还起到了散热的作用。另外为什么这个看起来是银色的，这是因为镀镍或者镀锡了，方便焊接。很多铜螺柱也是为了焊接时好爬锡做了表面镀镍处理。 整体来说，这个7kW充电桩在设计和用料上都体现了对安全和用户体验的重视，电路做工用料、散热设计都能看出厂家在保障大功率充电稳定上下了一定功夫。其电路设计也是值得学习的，这很符合电子开发学习的调性。
