我与电源 3 – 电源反激战

老同志看到标题就能猜到，我今天要讲什么。

在我的技术栈里面，对于交流电接触的实在不多，因此对于反激电源这个鬼东西，我一开始也是非常模糊的。

2014 年的时候，我来到了一家做平衡车的企业，承担的任务是开发独轮平衡车，彼时公司只有两轮平衡车业务，那时候的两轮平衡车还是个很大很贵的家伙，起步价都得三五万，当时独轮车的可玩性更高，因此选择了这个业务。

我是从无人机行业转过来的，虽然都是控制电机，但是起步就遇到了一个最大的差异点。

无人机的供电电压在当时基本上是 3 串锂电池，因为接近供电电压 12V ，对整个系统比较友好，因此我接触的降压芯片还都是 18V 到 30V 这个级别。

在短交通这个领域，电压一下就上升了一个等级，当时还并不清楚高压对于整车系统的重要性，毕竟大家都是一步一步学过来的，面对一个 16 串的锂电池，我需要一个降压电路把电压降低到 12V，这是我面临的第一个挑战。

如果从现在看，这可能非常可笑，因为从 100V 降低到 12V 的 DCDC 芯片到处都是而且价格都拼到了 1 块钱。可是在 2014 年的时候，这样的方案并不多，如果不嫌贵就用 TI 的 外置 MOS 的 Controller，当时两轮产品上就是用的 TI 的方案，电源方案成本都窜到了 30 块钱左右。

三四万的东西肯定不在意这 30 来块钱，可是三四千的东西就不能忽视这 30 块钱了，当然再后来我开始做三四百的东西的时候发现，3 块钱简直太奢侈了。

说回来，我要开发的是一个独轮车的控制器，当时独轮车的售价还在 3000 元左右，但是控制器的整体成本需要控制在 200 以内，这促使我不得不考虑选用更便宜的降压方案。

我研究了市面上的独轮车控制器，这才找到答案，它们普遍采用的降压方案是一种含有变压器的电路，起初我还以为它是充电器所用的。

上图是我当时从 legway的独轮车中拆出来的控制器，可以看到他的电源部分使用了一个变压器，就是那坨黄色的东西。

我找这张照片花了很长时间，现在打眼一看就能看出很多问题来，

首先，板子看似是两块板组合起来的，很明显，这个团队做电机控制器的人也不懂高压降压电源这一块，因此板子下面的半个是另一个团队负责的。

其次，板子的蓝牙模块居然使用了一个单片机作为桥接，说明做电机控制器的人也不想做蓝牙这一部分，如果你仔细看，板子中有两个蜂鸣器，其中一个没有焊接。

再次，我猜测整个板子都不是 legway自己开发的，他是找了两个团队，一个负责电机控制器，一个负责解决电源和蓝牙通信的部分，然后组装出来这么一台车。

既然有了参照，咱就照猫画虎的借鉴一下吧。

主控芯片是一个TOP414GN，从数据手册可以看到它的一些参数和应用框图。

从右侧的选型列表可以看出，这个芯片系列支持多种电压输入和功率，我印象中选择的是 72 VDC  18W 的这一款。

以下是规格书中的实际参考电路。

粗略的看一下他的原理，其实并不复杂，它跟我们平时使用的 DCDC 差不多，都是通过开关管来控制电感的储能，当然这里的电感变成了变压器的初级线圈。

输出电压的控制则通过一个反馈回路，不同的是，通用 DCDC 的反馈直接进入了IC 的 FB 引脚，而对于 TOP414 这样的芯片，则是通过一级光耦隔离，再反馈给芯片的控制端。

为了隔离，图中光耦的输出部分因为接入了控制器端，因此他也需要初级线圈，或者独立的线圈来供电，所以我们看到图中是单独的绕了一个线圈给光耦提供电源。

感觉它的大部分电路相对于 DCDC 来说就是脱了裤子放屁，多此一举。

但是，本质上这个芯片是为了隔离而设计的，所以它选择了变压器和光耦做隔离，因此整个电路看起来比低压的 DCDC 更复杂。

那么，我的电路需不需要隔离呢？

其实不需要，只不过当时高压输入的降压芯片太他么贵了，而对于隔离功能的小 Controller 在适配器市场已经经过了充分的竞争，因此成本相对低一些。

这个电路中元器件参数的设计选型并不是什么难点，以下是我设计的精简一些的电路。

真正的难点在于变压器的设计，一个是计算初次级线圈的匝数，另一个是选择什么样的磁芯，浸什么样的胶水等等。我当时完全不懂，我选择了最快的解决方案，直接淘宝上找了个卖方案的，给了他两百块钱，让他给我计算好了变压器的参数，然后我又找了老家里做变压器的朋友给绕了几个。

第一版电路就这样组建起来了，电源部分其实看起来是一模一样的，蓝牙部分我没有使用单片机转接，毕竟只是一个简单的 AT 指令而已（后来蓝牙模块不够便宜，于是又自己开发了蓝牙模块）。

这一次让我认识的到了一个问题，任何人都不是全能的，如果说学习，可以认同多学一点无害出，但是从整个项目的开发上来讲，我们应该权衡一下，哪些是我们擅长的，哪些使我们的盲区，选择哪些擅长的，外包那些盲区的，项目一定会事半功倍。

就比如上面 legway那个板子，即便他们没有算法能力，没有电源能力，依然可以造出出色的产品。

当时我们也想过直接从 legway 采购控制器来组装产品，可惜价格没谈拢，刘总给的价格太高了，要 300 多块，远远超出了我们对成本的要求，且当时他们的团队内部出现了一些问题，也就打消了外购控制器的念头。

不过还是感谢 legway ，它还让我第一次接触到了 WS2812 的彩色 LED，在这之后，我的产品上几乎从来没有离开过这么好玩的灯带。