原创一份电源工程师必须掌握的开关电源知识指南

 2020-2-8 12:10  710 7 7 分类: 模拟

回想自己刚开始做电源学习阶段，Buck、Boost、Flyback、半桥、移相全桥、LLC一大堆。从迷茫，艰难中，一步步走出来。现在都从一线研发退出了，回想自己起步阶段的艰难：各种资料，各种教程，铺天盖地，看不完，似懂非懂。现在都老油条了，自己也算是一个比较勤奋的人，做了五年了，各种拓扑，各种功率，基本上玩过一遍了。
　　技术放下太久，就会生疏，为了不要浪费掉自己辛勤学习积累的东西，更为了新手能够快速找到学习的路子，快速入门，真的迈进开关电源这个世界，我准备开帖写教程，现在常用的拓扑一个一个写，用最简单，通俗的语言，用工程实践检验过的最可靠的理论。科学都是可以理解的，一点不玄幻的，咱不是中医，不搞博大精深。希望大家多多支持，同时欢迎各位前辈高手来拍砖。
　　先说说做开关电源需要具备的理论基础：我们做电源的工程师，分两类，一类是搞研究的，一类是搞工程的。所谓搞研究的，就是研究各种新的技术、新材料、新工艺、新的拓扑结构等等。这些人需要很高的理论底子，当然必须是高学历，数学、电磁学、电子学、自动控制等等，各种专业，各种牛逼。有一种就是我们最常见的电源工程师，就是在公司开发部做项目的电子工程师。本文面对的是第二类的，也就是面对应用阶层的电源设计工程师。
　　必须加一句，像陶显芳老师、赵修科老师这一类的妖怪级别的大师写的书，新手完全没必要使劲啃的，很费时费力。大可囫囵吞枣看一下，能懂多少是多少。然后在慢慢成长的过程中，回头再看，就会有很大的收获。我们是做工程的，他们搞理论基础的。大师写的书，一下子完全看懂，不大可能。那些书很多方面写得很详细，有完整的理论推导，包括的也非常全面。但是我还是奉劝新手不要在数学公式里面纠结。那些书完全可以作为技术手册来使用。做技术都有一个成长的过程，到了一定的程度，那些书就很有用处了。
　　我们应用类的工程师需要必须具备的理论基础有：模拟电子技术基础。先说模拟电子技术的学习深度问题。刚毕业，一般都不可能把模电学好，谁要是真的觉得自己刚毕业就很牛逼，那就有两种可能，要么自己自高自大，不知天高地厚；要么就是跟导师真正实际做过项目，并且勤奋学习理论的人。
　　对于我们做电源的工程师来说，模电必须懂的东西我列举一下：
　　1 电阻。电阻是各种电子电路里面最基础的原件，电阻在开关电源里面的应用主要有各种控制返回电路的分压网络，然后就是吸收回路里面的功率耗散。我们设计中必须关注的有电阻的封装，功耗，耐压，精度。
　　2 三极管。三极管在开关电源中有两类用途：第一，做开关管。开关电源的开关管现在主要有Mos管，三极管，igbt。第二：做信号处理。三极管在开关电源的控制电路里面，用的最多的也就是做个保护电路里面简单的小信号开关，然后就是做线性稳压电源（主电路里面的辅助电源）。
　　需要懂什么呢，刚开始，知道三极管怎么打开，怎么关闭就OK了。然后知道什么是线性工作状态，什么是开关状态。书上那些乱七八糟的计算，先放下来，平时基本用不上，用到了，再去查，很快就看懂了。千万不要一头钻进理论里面去，浪费时间，浪费精力，用到的时候，第一参考元器件规格书，第二请教别人，然后再回头看书。
　　3 二极管。正向导通，反向截止。知道什么是二极管结电容，二极管的关断时间，反向耐压，正向导通电压，正向持续电流，脉冲电流这些概念就OK了，基本够用了。工作中遇到问题，然后再回头看书。
　　4 运算放大器。这个东西在电源设计里面，真的很重要。学校里面老师讲的虚短虚断，必须懂，这个不能打折扣，反馈放大器，电流放大器，各种放大器的设计计算，它都是基础。至于频率特性，相位特性，有能力的当然也要学习，也是很有用处的，别的暂且放下不管，不要死扣理论。
　　5 比较器。在开关电源里面主要用来做快速保护电路，当然运算放大器也可以用来做保护，但是，特别是过流保护，运算放大器就不行，反映时间太长了；然后就是频率发生器，PWM比较器，滞回比较器等。比较器和运放相比，还是简单一些的。
　　然后电工电子技术必须掌握的东西：
　　1 单相交流电。
　　2 单相交流电整流。
　　3 三相交流电。
　　4 三相交流电整流。
　　5 电容。电容的分类：电解电容，最常用的整流滤波电容。电解电容分极性，极性接反了，电容发生化学反应，就短路炸掉了。电解电容的主要参数：耐压，容值，等效电阻（esr），工作温度，使用寿命，外观尺寸。瓷片电容，金属膜电容，这些电容不分极性，ESR小，一般做高频旁路用的，因为电解电容ESR比较大，通常在电解电容旁边并联ESR小的高频电容。Y电容，各种标准需要的。（自己百度）。
　　关于电容，在分析电路时候，有一条最重要的我必须强调：电容充电，电流必须由电源正极，通过电容，流向电源负极；电容放电：电流必须由电容正端，通过外部回路，回到电容负端。
　　6 电感。开关电源里面电杆就分两大类，一类是储能用的，一类是做滤波器用的，就这两类。
　　7 变压器。开关电源里面的变压器指的就是变压器，跟工频变压器的工作原理一样。（Flyback，LLC变压器，这个严格意义上，不是变压器，这俩是耦合电感）。
　　8 磁芯。必须知道的由：什么是磁芯截面积Ae,什么是窗口面积Aw，什么是B-H曲线，这个必须懂的。
　　9 铜线。必须知道什么是穿透深度，什么是电流密度。为什么要用三层绝缘线，为什么要打挡墙。
　　上面的基本应该差不多了，有遗漏的请各位大神拍砖，欢迎补上，不要误人子弟。
　　假如一个刚入行的电源工程师，可以完全搞明白上面列举的一些基本概念，那你完全就可以做一个合格的助工了，欢迎加入电源行业。
　　我想强调的是，我们是搞工程的，不是搞理论的，最有效的学习就是在工作中发现问题，在学习和实验中解决问题。纯粹的死扣理论和纯粹的试来试去都是不可取的。

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