成为一个开关电源的工程师需要哪些知识？

　 笔者硕士读的是电力电子与电力传动专业，硕士毕业去了上海航天技术研究院下属的上海空间电源研究所（内部称“811”）工作了一段时间，具体的工作就是做航天飞行器电源的设计，下面结合自己以前学习与工作的一些经验与体会谈谈题主的问题。

　　（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]

　　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。

　　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（需考虑接地、EMC等问题）；

　　将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“怎样进行学习”

　　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, 王志强.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。