成為一個開關電源的工程師需要哪些知識？應該怎樣進行學習？

12-30

XY~

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）關於「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係和傳遞函數；
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模擬分析

電源設計方案確定之後，可以對其進行模擬分析，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，常用的模擬軟體有

PSIM/Pspice(電力電子建模)；
Saber(數模混合建模)；
Matlab/Simulink。

因為上述這些模擬軟體各有特色，我的使用習慣是根據模擬需要，選擇使用。

③元器件知識

完成了方案設計、模擬分析之後，就要進行硬體設計，首當其衝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繪圖與製版

元器件選型確定之後，就是要製版了，這時會用到Protel或Altium designer。
根據設計方案，繪製電源的原理圖
根據元器件選型，製作其封裝庫（有些需要自己製作）；
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
能根據相應的調製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，對於開關電源的設計非常重要。

（2）關於「怎樣進行學習」

①基本理論的學習

千里之行始於足下，沒有紮實的理論基礎，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.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、模擬和硬體的製作過程中，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。

理論部分：

電力電子學(這個不用說，通過該門課了解電力電子基本拓撲、控制和磁性元件的設計等等)

自動控制原理(用於設計變換器的閉環參數，不得不說現在很多工程師控制基礎很差，閉環參數基本靠調，其實掌握了基本的變換器建模和控制理論知識後設計閉環很容易)

模擬電路，數字電路(在設計變換器保護電路、採樣電路、驅動電路的時候需要用到相關的知識)

DSP，FPGA編程等等(如果要採用數字控制基本上會涉及到相關知識，但是個人感覺這兩門課真正掌握需要通過大量的實踐，上課作用很小)。

工程方面：

畫PCB(不僅僅是掌握一個畫PCB的軟體，事實上設計一個好的PCB是非常困難的，需要考慮很多問題：安規、EMC、散熱等等)

掌握一定安規知識，EMC知識

懂得熱設計(在電力電子電路中，熱設計比想像的要重要的多，你能想像答主一個項目烤機的時候由於採樣電阻飆到100多度導致輸出電壓不穩定么。。)

會用模擬軟體輔助設計

會用機械設計軟體設計機構。。。

太多了，總而言之，成為一名優秀的電源工程師需要學習太多的東西，遠遠不是想像的僅僅學習幾門電學課程就夠了的，同時，實踐也非常重要，有項目經驗和沒有項目經驗是完全不一樣的。

讓為來談談這個話題吧。

1、，你得培養興趣，興趣才是這個行業長期學習的動力，為什麼要長期學習，因為會的太少，不然怎麼對得起攻城獅這三個字呢？

2，還是長期學習，第一步，從輔助電源反激電源學起，入門推薦先用UC284X和TOP22x，先把這兩個搞一下，有時間可以看一下UC3525以及其他的像准諧振的反激電源。

3，還是長期學習，在做輔助電源的過程中，肯定會遇到控制環路的問題，這時就應該借製作之機狠補控制，當然能力有限，能補一點是一點。

4，還是長期學習，一個輔助電源究竟涉及多少呢？你可以先模擬（用PSIM或者pspice），這時候惡補模擬，還是那句能補多少是多少，然後是理論計算，這時候你需要工具（如Mathcad或者是Mathematica），還是那句能補多少是多少。

5、還是長期學習，了解器件性能，這時你補模電，電路，半導體器件，磁性元件（趙修科那書不錯），然後繼續理論計算。了解之後，開始器件選型，參數修正計算。計算損耗，效率。

6、好了，如果你上面都做完了，計算的數需要不停的修正，這時候你需要試驗了，培養實踐能力的同時，把測試從頭到位來一遍，包括常規性能和白盒測試等，順便把儀器儀錶的使用都學會，慢慢就能把基礎打一層了。

7、如果你有一些基礎，完成上面的工作最少過一遍也得一年吧，當然公司不會讓你學這麼長時間的，這時候問題來了，還是要長期學習的。

8、恭喜你，還願意聽我啰嗦到現在，到現在你把電源系統中最忠實的保障解決了，下面也就簡單了，至少不會因為知識的嚴重匱乏讓你不知所措，研究主拓撲，還是根據實際產品的功能，這時候你可以學習你所在公司現有的所有經驗，加速成長。

9、在真正的產品中，除了一些常規的電性能外，還有電磁兼容這個東西，可不是很好搞的，好吧，又到了學習的時候了，把電磁兼容和認證等相關規範背下來。

10、整櫃，系統，結構方面，散熱，外殼，打壓絕緣，防護。。。。等等吧一大堆噁心的事情等著你。

我自己的實力還太弱，無法引導你走非常正確的路，我才是一個剛本科畢業一年半的菜鳥，能帶給你的只有我自己的這點經驗了。這十條隨便寫著玩的，沒事多看書學習才是王道，沒得選這行業就是與時間奔跑。還有一條忘說了，應該先培養勇氣，炸管子和電阻棒打短路這是個好方法。。。哈哈哈哈哈哈忘說PCB了，隨便找個地方加進去吧。

以上是一名硬體電源工程師必備的知識結構，如果把上面搞的差不多了，那麼軟體也不能放過，DSP和ARM都是未來必爭之器，俠之大者，謂之刺客。加油吧少年！！！！！！

前幾位的回答已經算比較充分了，我只是無聊寫上幾句補充罷了：

開關電源原理這東西書上已經講得比較透徹了，如果題主想從搭一個電路入手，就可以選定一個晶元的datasheet，參考設計一個電路試試，大公司的相關晶元都有比較好用的Application note或者design tool來幫助你設計一個想要的樣品電路出來。

不管是什麼拓撲結構，開關電源都是兩段式的工作狀態罷了，開關打開充電-開關閉合放電，只要明白這兩件事的電流環路，你就可以讓電路動起來了。

所以，真正容易讓人頭疼的，反而就是PCB布局，散熱以及EMI了

這部分有些廠商的designguide裡面也會有相關介紹，你可以也參考學習一下，比書上講得靠譜的多，這些東西都靠一點理論加上大量的經驗，不實際試試是搞不出來的。

至於環路穩定性模擬這種東西，呵呵，我不是說不能做，但如果你手上沒有關於開關電源晶元非常精準的模型，那仿出來東西都是瞎扯，再加上關鍵器件的寄生參數影響，仿出來的東西必然不對，

這個部分，你可以學習相關知識來算算，不至於黑頭調試找不到方向，但如果想要很准，還得靠IC設計人員幫你弄。

寄生參數這個東西，你只能先分析其影響趨勢，再著手改進，想要精確分析其影響，我覺得你現階段還搞不定，也不是需要優先搞定的（前兩天見北航教授，說他們在搞開關電源精確電磁建模，我覺得還是等人家有成果了直接參考用就好了，這一個點要真搞起來是在太深）

當然，我也偶爾用saber和ADS，勉強還能看看

測試才是學開關電源方案的重頭，會操作相關儀器，懂得精準測試，還要有大無畏的精神（做小功率DC-DC的還好，做大功率DC-DC和AC-DC的很多人都得是黑手（器件帶電拔插，手持裸板帶電測試）），當器件炸開時你已經處變不驚時，恭喜你已經深得測試精髓了。

至於數控的部分，我覺得還是得看需求而異，所以還是最後學吧。

所以，想學好開關電源，實踐絕對是第一位的，只有測試驗證跟你的理論分析和模擬印證起來，你才能具體明白這是個怎樣的東東。

例子：

一位師弟，家裡就是搞低壓逆變器的，電路理論水平一般，不會模擬，但是懂得東西都在點上，畫PCB和調試異常熟練，他設計的DC-AC逆變器都直接給內蒙和新疆的風力發電機組供貨了，說是性能遠超荷蘭同級別產品，我們直接汗顏。。。。。。。

樓上的各位大師已經說的很明確了。

開關電源的功率可大可小，應用五花八門。

低功率段反激、正激，高功率段LLC和ZVS-FB。原理都是有些不一樣的。

可以看看一個拓撲的原理，找個控制該拓撲的IC，仔細看看手冊，應用文檔。然後畫個原理圖，畫個PCB，先搞起來再說。炸雞什麼的，先炸，看看實際的波形和教科書上的區別。慢慢理解寄生參數帶來的影響。自己搞這東西有點麻煩，為了安全最好使用隔離電源。

幾個東西：1 拓撲、2、器件、3磁性元件、4熱管理、5EMC和安規。

沒大神帶，沒錢是不行的

實際一點的方法是找個這個方向的導師深造一下。

要麼找個這類的大公司研發做幾年。

即便已經對精通開關電源設計倒背如流，還是有很多思路和基本功方面的問題要解決

正在挖坑當中，看了許多大神的回復，自己默默的又開始看起論文來了。。。。。

學習

《精通開關電源設計》原書作者Sanjaya Maniktala 將攜手世紀電源網，共同為中國電源行業工程師舉辦全國多站式的免費技術培訓，千載難逢，不容錯過

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