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成为一个开关电源的工程师需要哪些知识

 2014-11-26 11:02:02 浏览量:24

  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.

  成为一个开关电源的工程师需要哪些知识?

  [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 [1] [2]

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