成為一個開關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專業，碩士畢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，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習與工作的一些經驗與體會談談題主的問題。

　　（1）關于“開關電源工程師需要哪些知識”

　　以一個簡單的Buck變換器的設計為例進行說明。

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

　　設計如圖所示的這樣一個Buck變換器，需要如下知識：

　　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方案設計

　　清楚不同變換器所能實現的功能，根據設計要求選取合適的拓撲；

　　熟知變換器的工作狀態，能對變換器進行穩態分析和交流小信號分析；

　　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；

　　根據變換器的傳函，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、開關損耗）。

　　②仿真分析

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

　　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，我的使用習慣是根據仿真需要，選擇使用。

　　③元器件知識

　　完成了方案設計、仿真分析之后，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。

　　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（需考慮接地、EMC等問題）；

　　將PCB圖交廠家生產。

　　⑤數字控制器的使用

　　開關器件的開關信號可由模擬電路產生也可由數字控制器產生，當使用數字控制器時，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言

　　能根據相應的調制方式產生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，對于開關電源的設計非常重要。

　　（2）關于“怎樣進行學習”

　　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：

　　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]. 機械工業出版社, 2006.

　　★★★★內容類似與第一本書，只不過內容偏少

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

　　★★★★與工程實踐相結合，很具有指導意義

　　②在實踐中學習

　　在實踐中檢驗所學，在實踐中深入學習。

　　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。

　　在實踐中學習最能提高一個電源設計師的水平。