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成为一个开关电源的工程师需要如何学习?

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kameng
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LV2
本网技师
  • 2017-12-15 15:47:52
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。
1_副本.jpg

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



    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~

    2_副本.jpg

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
3.png


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。


liguanghui2588
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版主
  • 2017-12-15 19:30:04
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不错,入门开关电源的好资料
戈乾001
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LV6
高级工程师
  • 2017-12-16 13:29:49
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总之就是多看多做多思考
Chris-Chen
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LV6
高级工程师
  • 2019-1-7 16:18:17
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学习了
cyx7610
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最新回复
  • 2019-1-13 19:59:16
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