成為一個(gè)開關(guān)電源的工程師需要哪些知識？

　 筆者碩士讀的是電力電子與電力傳動(dòng)專業(yè)，碩士畢業(yè)去了上海航天技術(shù)研究院下屬的上?？臻g電源研究所（內(nèi)部稱“811”）工作了一段時(shí)間，具體的工作就是做航天飛行器電源的設(shè)計(jì)，下面結(jié)合自己以前學(xué)習(xí)與工作的一些經(jīng)驗(yàn)與體會談?wù)勵(lì)}主的問題。

　?。?）關(guān)于“開關(guān)電源工程師需要哪些知識”

　　以一個(gè)簡單的Buck變換器的設(shè)計(jì)為例進(jìn)行說明。

　　[圖片來自：Erickson R W, Maksimovic D. Fundamentals of power electronics[M]. Springer, 2001]

　　設(shè)計(jì)如圖所示的這樣一個(gè)Buck變換器，需要如下知識：

　　①電路拓?fù)?/strong>的原理與設(shè)計(jì)

　　電源設(shè)計(jì)的第一步就是拓?fù)溥x型及方案設(shè)計(jì)

　　清楚不同變換器所能實(shí)現(xiàn)的功能，根據(jù)設(shè)計(jì)要求選取合適的拓?fù)洌?/p>

　　熟知變換器的工作狀態(tài)，能對變換器進(jìn)行穩(wěn)態(tài)分析和交流小信號分析；

　　熟悉變換器的數(shù)學(xué)模型，能獲取變換器穩(wěn)態(tài)輸入輸出關(guān)系和傳遞函數(shù)；

　　根據(jù)變換器的傳函，能對變換器進(jìn)行環(huán)路設(shè)計(jì)；

　　在環(huán)路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性（伯德圖等）；

　　熟悉變換器的損耗計(jì)算（導(dǎo)通損耗、開關(guān)損耗）。

　?、诜抡娣治?/p>

　　電源設(shè)計(jì)方案確定之后，可以對其進(jìn)行仿真分析，已驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的準(zhǔn)確性和可行性。

　　在進(jìn)行開關(guān)電源設(shè)計(jì)時(shí)，常用的仿真軟件有

　　PSIM/Pspice(電力電子建模)；

　　Saber(數(shù)模混合建模)；

　　Matlab/Simulink。

　　因?yàn)樯鲜鲞@些仿真軟件各有特色，我的使用習(xí)慣是根據(jù)仿真需要，選擇使用。

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　　完成了方案設(shè)計(jì)、仿真分析之后，就要進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，首當(dāng)其沖的是元器件的選型問題。

　　熟悉功率元器件（IGBT、MOSFET等）的特性及使用方法；

　　熟悉RLC等一般元器件的使用；

　　熟悉變壓器或電感的設(shè)計(jì)方法；

　　熟悉濾波器的設(shè)計(jì)方法。

　?、躊CB繪圖與制版

　　元器件選型確定之后，就是要制版了，這時(shí)會用到Protel或Altium designer。

　　根據(jù)設(shè)計(jì)方案，繪制電源的原理圖

　　根據(jù)元器件選型，制作其封裝庫（有些需要自己制作）；

　　PCB板布線（需考慮接地、EMC等問題）；

　　將PCB圖交廠家生產(chǎn)。

　?、輸?shù)字控制器的使用

　　開關(guān)器件的開關(guān)信號可由模擬電路產(chǎn)生也可由數(shù)字控制器產(chǎn)生，當(dāng)使用數(shù)字控制器時(shí)，就需要熟悉其原理及使用方法，常用的有DSP、FPGA等。

　　熟悉數(shù)字控制器的原理

　　熟悉數(shù)字控制器外圍電路的設(shè)計(jì)

　　熟悉數(shù)字控制器的編程語言

　　能根據(jù)相應(yīng)的調(diào)制方式產(chǎn)生開關(guān)器件的開關(guān)信號。

　?、轊MC設(shè)計(jì)

　　EMC設(shè)計(jì)貫穿電源設(shè)計(jì)的始終，涉及到屏蔽、濾波、接地、PCB 設(shè)計(jì)等層面，對于開關(guān)電源的設(shè)計(jì)非常重要。

　?。?）關(guān)于“怎樣進(jìn)行學(xué)習(xí)”

　?、倩纠碚摰膶W(xué)習(xí)

　　千里之行始于足下，沒有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，就無法出色地設(shè)計(jì)一個(gè)開關(guān)電源。

　　推薦幾本自己用過的專業(yè)書籍：

　　Erickson R W, Maksimovic D. Fundamentals of power electronics[M]. Springer, 2001

　　★★★★★內(nèi)容豐富、講解詳細(xì)，體系有條理、邏輯很清晰

　　徐德鴻. 電力電子系統(tǒng)建模及控制[M]. 機(jī)械工業(yè)出版社, 2006.

　　★★★★內(nèi)容類似與第一本書，只不過內(nèi)容偏少

　　Maniktala S, 王志強(qiáng). 精通開關(guān)電源設(shè)計(jì)[M]. 人民郵電出版社, 2008.

　　★★★★與工程實(shí)踐相結(jié)合，很具有指導(dǎo)意義

　　②在實(shí)踐中學(xué)習(xí)

　　在實(shí)踐中檢驗(yàn)所學(xué)，在實(shí)踐中深入學(xué)習(xí)。

　　當(dāng)你把一個(gè)電路調(diào)通，輸出符合設(shè)計(jì)的目標(biāo)時(shí)，那種喜悅是別人無法體會的。

　　不怕出問題，就怕不出問題。在電路的設(shè)計(jì)、仿真和硬件的制作過程中，每出現(xiàn)的一個(gè)問題都是學(xué)習(xí)的對象，知識的運(yùn)用與積累也是建立在這樣的一個(gè)個(gè)問題之中。

　　在實(shí)踐中學(xué)習(xí)最能提高一個(gè)電源設(shè)計(jì)師的水平。