成为一个开关电源的工程师需要如何学习？

想学好开关电源，实践绝对是第一位的，只有测试验证跟你的理论分析和仿真印证起来，你才能具体明白这是个怎样的原理。但是实践并非瞎整，得需要用理论知识武装自己的大脑。

（1）关于「开关电源工程师需要哪些知识」

以一个简单的Buck变换器的设计为例进行说明。

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

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    设计如图所示的这样一个Buck变换器，需要如下知识：
①电路拓扑的原理与设计
电源分为AC-DC，DC-DC，DC-AC，AC-AC，电源设计的第一步就是拓扑选型及方案设计

• 清楚不同变换器所能实现的功能，根据设计要求选取合适的拓扑；
  
• 熟知变换器的工作状态，能对变换器进行稳态分析和交流小信号分析；
  
• 熟悉变换器的数学模型，能获取变换器稳态输入输出关系和传递函数；
  
• 根据变换器的传函，能对变换器进行环路设计；
  
• 在环路设计的基础上，分析系统的稳定性（伯德图等）；
• 熟悉变换器的损耗计算（导通损耗、开关损耗）。
  
  
  

②仿真分析
电源设计方案确定之后，可以对其进行仿真分析，已验证设计方案的准确性和可行性。
在进行开关电源设计时，常用的仿真软件有

• PSIM/Pspice(电力电子建模)；
• Saber(数模混合建模)；
  
• Matlab/Simulink。
  
  
  

因为上述这些仿真软件各有特色，我的使用习惯是根据仿真需要，选择使用。

③元器件知识

完成了方案设计、仿真分析之后，就要进行硬件设计，首当其冲的是元器件的选型问题。

• 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；
  
• 熟悉变压器或电感的设计方法；
  
• 熟悉滤波器的设计方法；
• 熟悉芯片的datasheet与基本工作原理，参考下图~
  
  
  
  
  

④PCB绘图与制版

• 元器件选型确定之后，就是要制版了，这时会用到Protel或Altium designer。
  
• 根据设计方案，绘制电源的原理图
  
• 根据元器件选型，制作其封装库（有些需要自己制作）；
  
• PCB板布线（需考虑工艺、接地、EMC等问题）；
  
• 提交PCB图交厂家生产。
  
  
  

⑤数字控制器的使用

• 开关器件的开关信号可由模拟电路产生也可由数字控制器产生，当使用数字控制器时，就需要熟悉其原理及使用方法，常用的有DSP、FPGA等。
  
• 熟悉数字控制器的原理
  
• 熟悉数字控制器外围电路的设计
  
• 熟悉数字控制器的编程语言
  
• 能根据相应的调制方式产生开关器件的开关信号。
  
  

⑥EMC设计
EMC设计贯穿电源设计的始终，涉及到屏蔽、滤波、接地、PCB 设计等层面，对于开关电源的设计非常重要。

（2）关于「如何学习」
①基本理论的学习
千里之行始于足下，没有扎实的理论基础，就无法出色地设计一个开关电源。
推荐几本自己用过的专业书籍：

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

★★★★★内容丰富、讲解详细，体系有条理、逻辑很清晰

• 徐德鸿. 电力电子系统建模及控制[M]. 机械工业出版社, 2006.
  
  
  

★★★★内容类似与第一本书，只不过内容偏少

• Maniktala S.精通开关电源设计[M]. 人民邮电出版社, 2008.
  
  
  

★★★★与工程实践相结合，很具有指导意义

②在实践中学习
在实践中检验所学，在实践中深入学习。
当你把一个电路调通，输出符合设计的目标时，那种喜悦是别人无法体会的。
不怕出问题，就怕不出问题。在电路的设计、仿真和硬件的制作过程中，每出现的一个问题都是学习的对象，知识的运用与积累也是建立在这样的一个个问题之中。
在实践中学习最能提高一个电源设计师的水平。