成為一個開關電源的工程師要什么知識？

筆者碩士讀的是電力電子與電力傳動專業，碩士卒業去了上海航天技術研究院下屬的上海空間電源研究所（內部稱“811”）工作了一段時間，詳盡的工作就是做航天飛行器電源的設計，下面結合自己往日學習與工作的一些相關經驗與體會談談題主的問題。

（1）有關“開關電源工程師要什么知識”

以一個簡單的Buck變換器的設計為例進行說明。

[圖片來自：EricksonRW,MaksimovicD.Fundamentalsofpowerelectronics[M].Springer,2001]

設計如圖所示的這樣一個Buck變換器，要如下知識：

①電路拓撲的原理與設計

電源設計的第一步就是拓撲選型及辦法設計

清楚不同變換器所能實現的功能，依據設計要求選取適宜的拓撲；

熟知變換器的工作狀態，能對變換器進行穩態分解和交流小信號分解；

熟悉變換器的數學模型，能獲取變換器穩態輸入輸出關系和傳遞函數；

依據變換器的傳函，能對變換器進行環路設計；

在環路設計的基礎上，分解系統的穩定性（伯德圖等）；

熟悉變換器的損耗計算（導通損耗、開關損耗）。

②仿真分解

電源設計辦法確定之后，可以對其進行仿真分解，已驗證設計辦法的準確性和可行性。

在進行開關電源設計時，常用的仿真軟件有

pSIM/pspice(電力電子建模)；

Saber(數模混合建模)；

Matlab/Simulink。

因為上述這些仿真軟件各有特色，我的使用習慣是依據仿真要，選擇使用。

③元器件知識

完成了辦法設計、仿真分解之后，就要進行硬件設計，首當其沖的是元器件的選型問題。

熟悉功率元器件（IGBT、MOSFET等）的特性及使用辦法；

熟悉RLC等一般元器件的使用；

熟悉變壓器或電感的設計辦法；

熟悉濾波器的設計辦法。

④pCB繪圖與制版

元器件選型確定之后，就是要制版了，這時會用到protel或Altiumdesigner。

依據設計辦法，繪制電源的原理圖

依據元器件選型，制作其封裝庫（有些要自己制作）；

pCB板布線（需考慮接地、EMC等問題）；

將pCB圖交廠家加工。

⑤數字控制器的使用

開關器件的開關信號可由模擬電路出現也可由數字控制器出現，當使用數字控制器時，就要熟悉其原理及使用辦法，常用的有DSp、FpGA等。

熟悉數字控制器的原理

熟悉數字控制器外圍電路的設計

熟悉數字控制器的編程語言

能依據相應的調制方式出現開關器件的開關信號。

⑥EMC設計

EMC設計貫穿電源設計的始終，涉及到屏蔽、濾波、接地、pCB設計等層面，關于開關電源的設計非常緊要。

（2）有關“如何進行學習”

①基本理論的學習

千里之行始于足下，沒有扎實的理論基礎，就無法出色地設計一個開關電源。

推薦幾本自己用過的專業書籍：

EricksonRW,MaksimovicD.Fundamentalsofpowerelectronics[M].Springer,2001

★★★★★內容豐富、講解具體，體系有條理、邏輯很清晰

徐德鴻.電力電子系統建模及控制[M].機械工業出版社,2006.

★★★★內容類似與第一本書，只不過內容偏少

ManiktalaS,王志強.精通開關電源設計[M].人民郵電出版社,2008.

★★★★與工程踐行相結合，很具有指揮意義

②在踐行中學習

在踐行中檢驗所學，在踐行中深入學習。

當你把一個電路調通，輸出符合設計的目標時，那種喜悅是別人無法體會的。

不怕出問題，就怕不出問題。在電路的設計、仿真和硬件的制作過程中，每出現的一個問題都是學習的對象，知識的運用與積累也是建立在這樣的一個個問題之中。

在踐行中學習最能提高一個電源設計師的水平。

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