成為一個(gè)開(kāi)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(zhuān)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（內部稱(chēng)“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計，下面結合自己以前學(xué)習與工作的一些經(jīng)驗與體會(huì )談?wù)勵}主的問(wèn)題。

　?。?）關(guān)于“開(kāi)關(guān)電源工程師需要哪些知識”

　　以一個(gè)簡(jiǎn)單的Buck變換器的設計為例進(jìn)行說(shuō)明。

　　[圖片來(lái)自：Erickson R W, Maksimovic D. Fundamentals of power electronics[M]. Springer, 2001]

　　設計如圖所示的這樣一個(gè)Buck變換器，需要如下知識：

　?、匐娐?strong>拓撲的原理與設計

　　電源設計的第一步就是拓撲選型及方案設計

　　清楚不同變換器所能實(shí)現的功能，根據設計要求選取合適的拓撲；

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

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

　　根據變換器的傳函，能對變換器進(jìn)行環(huán)路設計；

　　在環(huán)路設計的基礎上，分析系統的穩定性（伯德圖等）；

　　熟悉變換器的損耗計算（導通損耗、開(kāi)關(guān)損耗）。

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　　電源設計方案確定之后，可以對其進(jìn)行仿真分析，已驗證設計方案的準確性和可行性。

　　在進(jìn)行開(kāi)關(guān)電源設計時(shí)，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，我的使用習慣是根據仿真需要，選擇使用。

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　　完成了方案設計、仿真分析之后，就要進(jìn)行硬件設計，首當其沖的是元器件的選型問(wèn)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計方法；

　　熟悉濾波器的設計方法。

　?、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(huì )用到Protel或Altium designer。

　　根據設計方案，繪制電源的原理圖

　　根據元器件選型，制作其封裝庫（有些需要自己制作）；

　　PCB板布線(xiàn)（需考慮接地、EMC等問(wèn)題）；

　　將PCB圖交廠(chǎng)家生產(chǎn)。

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　　開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)信號可由模擬電路產(chǎn)生也可由數字控制器產(chǎn)生，當使用數字控制器時(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(yǔ)言

　　能根據相應的調制方式產(chǎn)生開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)信號。

　?、轊MC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，對于開(kāi)關(guān)電源的設計非常重要。

　?。?）關(guān)于“怎樣進(jìn)行學(xué)習”

　?、倩纠碚摰膶W(xué)習

　　千里之行始于足下，沒(méi)有扎實(shí)的理論基礎，就無(wú)法出色地設計一個(gè)開(kāi)關(guān)電源。

　　推薦幾本自己用過(guò)的專(zhuān)業(yè)書(shū)籍：

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

　　★★★★★內容豐富、講解詳細，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(yè)出版社, 2006.

　　★★★★內容類(lèi)似與第一本書(shū)，只不過(guò)內容偏少

　　Maniktala S, 王志強. 精通開(kāi)關(guān)電源設計[M]. 人民郵電出版社, 2008.

　　★★★★與工程實(shí)踐相結合，很具有指導意義

　?、谠趯?shí)踐中學(xué)習

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

　　當你把一個(gè)電路調通，輸出符合設計的目標時(shí)，那種喜悅是別人無(wú)法體會(huì )的。

　　不怕出問(wèn)題，就怕不出問(wèn)題。在電路的設計、仿真和硬件的制作過(guò)程中，每出現的一個(gè)問(wèn)題都是學(xué)習的對象，知識的運用與積累也是建立在這樣的一個(gè)個(gè)問(wèn)題之中。

　　在實(shí)踐中學(xué)習最能提高一個(gè)電源設計師的水平。