我與電源 3 - 電源反激戰(zhàn)

老同志看到標(biāo)題就能猜到，我今天要講什么。

在我的技術(shù)棧里面，對于交流電接觸的實在不多，因此對于反激電源這個鬼東西，我一開始也是非常模糊的。

2014 年的時候，我來到了一家做平衡車的企業(yè)，承擔(dān)的任務(wù)是開發(fā)獨(dú)輪平衡車，彼時公司只有兩輪平衡車業(yè)務(wù)，那時候的兩輪平衡車還是個很大很貴的家伙，起步價都得三五萬，當(dāng)時獨(dú)輪車的可玩性更高，因此選擇了這個業(yè)務(wù)。

我是從無人機(jī)行業(yè)轉(zhuǎn)過來的，雖然都是控制電機(jī)，但是起步就遇到了一個最大的差異點(diǎn)。

無人機(jī)的供電電壓在當(dāng)時基本上是 3 串鋰電池，因為接近供電電壓 12V ，對整個系統(tǒng)比較友好，因此我接觸的降壓芯片還都是 18V 到 30V 這個級別。

在短交通這個領(lǐng)域，電壓一下就上升了一個等級，當(dāng)時還并不清楚高壓對于整車系統(tǒng)的重要性，畢竟大家都是一步一步學(xué)過來的，面對一個 16 串的鋰電池，我需要一個降壓電路把電壓降低到 12V，這是我面臨的第一個挑戰(zhàn)。

如果從現(xiàn)在看，這可能非?？尚?，因為從 100V 降低到 12V 的 DCDC 芯片到處都是而且價格都拼到了 1 塊錢。可是在 2014 年的時候，這樣的方案并不多，如果不嫌貴就用 TI 的 外置 MOS 的 Controller，當(dāng)時兩輪產(chǎn)品上就是用的 TI 的方案，電源方案成本都竄到了 30 塊錢左右。

三四萬的東西肯定不在意這 30 來塊錢，可是三四千的東西就不能忽視這 30 塊錢了，當(dāng)然再后來我開始做三四百的東西的時候發(fā)現(xiàn)，3 塊錢簡直太奢侈了。

說回來，我要開發(fā)的是一個獨(dú)輪車的控制器，當(dāng)時獨(dú)輪車的售價還在 3000 元左右，但是控制器的整體成本需要控制在 200 以內(nèi)，這促使我不得不考慮選用更便宜的降壓方案。

我研究了市面上的獨(dú)輪車控制器，這才找到答案，它們普遍采用的降壓方案是一種含有變壓器的電路，起初我還以為它是充電器所用的。

上圖是我當(dāng)時從 legway的獨(dú)輪車中拆出來的控制器，可以看到他的電源部分使用了一個變壓器，就是那坨黃色的東西。

我找這張照片花了很長時間，現(xiàn)在打眼一看就能看出很多問題來，

首先，板子看似是兩塊板組合起來的，很明顯，這個團(tuán)隊做電機(jī)控制器的人也不懂高壓降壓電源這一塊，因此板子下面的半個是另一個團(tuán)隊負(fù)責(zé)的。

其次，板子的藍(lán)牙模塊居然使用了一個單片機(jī)作為橋接，說明做電機(jī)控制器的人也不想做藍(lán)牙這一部分，如果你仔細(xì)看，板子中有兩個蜂鳴器，其中一個沒有焊接。

再次，我猜測整個板子都不是 legway自己開發(fā)的，他是找了兩個團(tuán)隊，一個負(fù)責(zé)電機(jī)控制器，一個負(fù)責(zé)解決電源和藍(lán)牙通信的部分，然后組裝出來這么一臺車。

既然有了參照，咱就照貓畫虎的借鑒一下吧。

主控芯片是一個TOP414GN，從數(shù)據(jù)手冊可以看到它的一些參數(shù)和應(yīng)用框圖。

從右側(cè)的選型列表可以看出，這個芯片系列支持多種電壓輸入和功率，我印象中選擇的是 72 VDC ?18W 的這一款。

以下是規(guī)格書中的實際參考電路。

粗略的看一下他的原理，其實并不復(fù)雜，它跟我們平時使用的 DCDC 差不多，都是通過開關(guān)管來控制電感的儲能，當(dāng)然這里的電感變成了變壓器的初級線圈。

輸出電壓的控制則通過一個反饋回路，不同的是，通用 DCDC 的反饋直接進(jìn)入了IC 的 FB 引腳，而對于 TOP414 這樣的芯片，則是通過一級光耦隔離，再反饋給芯片的控制端。

為了隔離，圖中光耦的輸出部分因為接入了控制器端，因此他也需要初級線圈，或者獨(dú)立的線圈來供電，所以我們看到圖中是單獨(dú)的繞了一個線圈給光耦提供電源。

感覺它的大部分電路相對于 DCDC 來說就是脫了褲子放屁，多此一舉。

但是，本質(zhì)上這個芯片是為了隔離而設(shè)計的，所以它選擇了變壓器和光耦做隔離，因此整個電路看起來比低壓的 DCDC 更復(fù)雜。

那么，我的電路需不需要隔離呢？

其實不需要，只不過當(dāng)時高壓輸入的降壓芯片太他么貴了，而對于隔離功能的小 Controller 在適配器市場已經(jīng)經(jīng)過了充分的競爭，因此成本相對低一些。

這個電路中元器件參數(shù)的設(shè)計選型并不是什么難點(diǎn)，以下是我設(shè)計的精簡一些的電路。

真正的難點(diǎn)在于變壓器的設(shè)計，一個是計算初次級線圈的匝數(shù)，另一個是選擇什么樣的磁芯，浸什么樣的膠水等等。我當(dāng)時完全不懂，我選擇了最快的解決方案，直接淘寶上找了個賣方案的，給了他兩百塊錢，讓他給我計算好了變壓器的參數(shù)，然后我又找了老家里做變壓器的朋友給繞了幾個。

第一版電路就這樣組建起來了，電源部分其實看起來是一模一樣的，藍(lán)牙部分我沒有使用單片機(jī)轉(zhuǎn)接，畢竟只是一個簡單的 AT 指令而已（后來藍(lán)牙模塊不夠便宜，于是又自己開發(fā)了藍(lán)牙模塊）。

這一次讓我認(rèn)識的到了一個問題，任何人都不是全能的，如果說學(xué)習(xí)，可以認(rèn)同多學(xué)一點(diǎn)無害出，但是從整個項目的開發(fā)上來講，我們應(yīng)該權(quán)衡一下，哪些是我們擅長的，哪些使我們的盲區(qū)，選擇哪些擅長的，外包那些盲區(qū)的，項目一定會事半功倍。

就比如上面 legway那個板子，即便他們沒有算法能力，沒有電源能力，依然可以造出出色的產(chǎn)品。

當(dāng)時我們也想過直接從 legway 采購控制器來組裝產(chǎn)品，可惜價格沒談攏，劉總給的價格太高了，要 300 多塊，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了我們對成本的要求，且當(dāng)時他們的團(tuán)隊內(nèi)部出現(xiàn)了一些問題，也就打消了外購控制器的念頭。

不過還是感謝 legway ，它還讓我第一次接觸到了 WS2812 的彩色 LED，在這之后，我的產(chǎn)品上幾乎從來沒有離開過這么好玩的燈帶。

全文完