日报标题：两个异端降服了一个小妖精，于是地球人可以愉快地给手机充电了 伤痕的天空，理科班的文科生 愚蠢的地球人要给手机充电。 其实这个过程和“把大象装进冰箱”有异曲同工之妙——地球人需要把家用 220V 交流电降压成低压（低压的数值根据最终需要的电压而定）的交流电，然后把交流电整流成直流电，最后用电容把直流电里剩下的交流分量去掉。这样，他们就得到了可以把手机接上去的 5V 直流电。 以上三步，在电气汪的黑话里，被称为“变压、整流、滤波”。 但是地球人很惆怅。 问题出在变压器上。整流无非就是四个二极管，滤波无非是个大电容。但是变压器是个大家伙。如果在手机充电器里弄个变压器来降压，那指望把充电器揣口袋陪着学生跑步是没啥指望了。拎手上练练麒麟臂吧。 地球人不想过这么蒸汽朋克的生活。 --- 于是地球人点出了第一个异端——【面积等效原理】。 面积等效原理： u-t 图上面积相同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，环节的输出响应波形基本相同。低频段非常接近，仅在高频段略有差异。 看不懂是吧，没关系。不认识字我们可以看图。 这是四个脉冲，他们的形状不太一样。但是他们的面积是相同的。我们把他们加在下面图 A 的电源侧，图 B 是电路的暂态过程。 几乎完全一样。（以上两张图引自电子发烧友网站） 这说明，如果电源是一个奇奇怪怪的波形，我们可以把它在时间上分成很多小段。每一段的波形都可以用一个同面积的方波脉冲来替代。这样的替代，并不会改变输出波形。 什么，又看不懂了？那继续上图。 图 A 是我们要模拟的电源波形。我们把它按时间均分，每个时间段内的波形都用 B 图中面积相等，高度相同的脉冲来替代。 因为面积（冲量）相等，高度（电压）相同，所以下面的脉冲只有脉冲的宽度是变化的。我们只要调制下面的脉宽，就可以得到所有波形。时间段分的越细碎，模拟的效果越好。 （上图来自网络） 我们如何实现图 B 的输出波形呢？继续上图。 上面这张图就是 B 波形的原理图，在有脉冲的时候，我们闭合开关，电阻两端电压为 U，没有脉冲的时候，开关断开，电阻两端电压为零。我们通过通断开关调制了 B 波形，B 波形对于惯性环节的响应和 A 波形一样。 于是地球人点出了第二个异端——【脉宽调制技术】。 --- 现在我们可以干掉蒸汽朋克版手机充电器里的变压器了。 我们通过把家用 220V 的交流电通过全波整流，变成带有交流分量的直流电。用电容滤掉交流分量后，得到一个稳定的高压直流电压，也就是上图里的左边的电源。然后通过控制开关的通断，得到一个和 5V 直流电的效果完全相同的高频脉冲电压。 --- 但是我们的电网电压并不是恒定的 220V，它允许一定范围的波动。 简单的说，在一定的范围内，不管输入电压是多少，我们都得输出 5V 的直流电。 地球人用了【反馈】。 反馈不是新技术，18 世纪中叶就开始应用了，瓦特在他改良的蒸汽机上点出了这项技能。 瓦特的蒸汽机如果转速过快，其中离心式调速器就会飞速旋转，离心力使得摆球上升拉动连杆，减少蒸汽阀门的开度，蒸汽进量减少，蒸汽机转速下降。如果转速过慢，下垂的摆球拉动连杆打开蒸汽阀门，增加蒸汽量，蒸汽机转速上升。 于是瓦特蒸汽机可以稳定在一个转速上。 我们的充电器也是差不多的。如果外接的电源电压上升，反馈电路会减少开关的开通时间，保证脉冲的面积不变。 只要脉冲的面积不变，输出电压就是稳定的。 不过，开关的通断转换是需要时间的，所以脉宽不可能无限短，外接电源如果过大，那就控制不住了。如果外接电源太低，即使脉宽很大也控制不住。 反馈控制的范围，就是输入电压的范围。 --- 以下内容为分析手机充电器电路。电路毫无基础者请自行退散。 --- 评论里有两个问题。健哥 @江东俊彦 问反馈的闭环如何实现。还有说我没答如何稳定在 5V 的。心好累。 随手画了张电路图。 从左上角看，左上角接入 220V 民用电，经过 D1 和 C1 的半波整流滤波后变成直流电。 R1 是个 10Ω的小电阻，它在此电路中作用类似于保险丝。一旦后级故障导致电流过大，他就会舍己为人的发热烧毁，以此断开电路保护后级。 经过简单处理的直流电，我们用 510kΩ取出开关管 MEJ13003 的基极电流。这个开关管可以控制原边绕组的不断通断产生交变磁场。副边通过变压器，从中吸取能量。副边的交变电流再次整流滤波（RF93，C5），供应给负载。当开关管关断时，原边电流截止。如果不加由 C2，R3 和二极管构成的通路，原边将感应出高电压损坏电路。 最下方的 R5 和 C3，构成正反馈支路，从变压器上取样绕组中取样电压加在开关管基极上，维持震荡。C4 和稳压管共同将一个 6V 左右的电压加在开关管的基极。 当开关管接通，电流流过原边，线圈充能。电流从开始的 0 不断增加，同时，R4 的电压也随之升高。当电流达到 0.14A 时，电阻 R4 两端电压达到 1.4V，C945 导通，MEJ13003 的基极电位为 0，开关管关断。由于电路是反激式的，所以副边吸收能量。一个周期结束。 // 这种充电器设计已经是烂大街的了呃，好一点的有光耦的，此处不展开了。 --- 关键词： 面积等效原理、脉宽调制技术、反馈控制 参考资料： 陈坚 《电力电子学：电力电子变换和控制技术》 王兆安 《电力电子技术》 胡寿松 《自动控制原理》 阅读原文
