隨著電源市場(chǎng)的不斷擴(kuò)張，開關(guān)電源行業(yè)飛速發(fā)展，企業(yè)對(duì)電源工程師的需求日益增加，對(duì)電源工程師的技能要求也日漸提高，相信沒(méi)有一位電源工程師會(huì)錯(cuò)過(guò)讓自己變得更優(yōu)秀的機(jī)會(huì)。

作為一名數(shù)字電源從業(yè)者，小編今天就帶大家細(xì)數(shù)一下優(yōu)秀電源工程師具備的那些技能。

新手必備課程

成為一名電源高手需要扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，涉及電路原理、語(yǔ)言編程和控制理論等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。

為了幫助大家更好地掌握電源開發(fā)相關(guān)的關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)，我們整理了以上圖表，以供大家進(jìn)行參考，查漏補(bǔ)缺。

進(jìn)階技能

在掌握了扎實(shí)的電源理論基礎(chǔ)知識(shí)后，就正式進(jìn)入我們技能提升的階段啦。接下來(lái)跟著小編從電源開發(fā)的各個(gè)階段出發(fā)，對(duì)電源工程師需要具備的技能來(lái)一一進(jìn)行分析梳理。

建模仿真01

電路建模仿真是電源工程師必備技能之一。它是電源開發(fā)過(guò)程中不可或缺的一個(gè)環(huán)節(jié)，可以幫助工程師們驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的準(zhǔn)確性與可行性。

電源建模仿真軟件根據(jù)研究方向分為電氣仿真和磁器件仿真：

▍電氣仿真軟件：PSIM、Matlab、Pspice等

▍磁件仿真軟件：Maxwell、JMAG、FLUX、Saber等

熟練掌握這些仿真軟件后，電源工程師能夠?qū)﹄娐愤M(jìn)行定性、定量的分析，指導(dǎo)磁性器件設(shè)計(jì)，有助于提升電源開發(fā)效率。

電源新手在學(xué)習(xí)初期，實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足的話，就可以利用仿真軟件進(jìn)行電路模型搭建，從而快速、直觀地了解電源的工作原理啦。

器件參數(shù)選型02

參數(shù)選型時(shí)，需要工程師進(jìn)行電路關(guān)鍵參數(shù)的計(jì)算，計(jì)算方法可以參考論文資料或一些成熟的應(yīng)用案例，也可以借助現(xiàn)有的參數(shù)計(jì)算小工具。

這里為大家整理了各類器件在選型時(shí)需要關(guān)注的參數(shù)：

開關(guān)電源中的磁性元件對(duì)于電源的效率和功率密度具有重要影響，因此在選取時(shí)需要特別謹(jǐn)慎。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，磁性元件的損耗約占總損耗的30%，而它們的體積占整個(gè)電路的20%~30%。因此，在選擇磁性元件時(shí)，需要平衡效率和功率密度之間的關(guān)系，以減小高頻效應(yīng)帶來(lái)的損耗。

開關(guān)電源中主要的磁性元件是變壓器和電感。

主變壓器是高頻開關(guān)電源的主要發(fā)熱元件，其設(shè)計(jì)至關(guān)重要。主變壓器的磁芯應(yīng)具備低損耗、高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、溫度系數(shù)小、寬工作溫度范圍以及μ值隨B值變化小等特點(diǎn)。

濾波電感的磁芯選擇需要具備以下幾特點(diǎn)：

▍溫度系數(shù)小，電感量隨時(shí)間的變化率小

▍線性度好，在不同的工作電流下電感量的變化小

▍電損耗和磁損耗低

PCB繪制03

常用的PCB繪制軟件有Protel、Altiumdesigner等。

工程師需要根據(jù)設(shè)計(jì)方案繪制電源的PCB原理圖，隨后根據(jù)元器件選型制作其封裝庫(kù)，完成PCB板布線（需考慮接地、EMC等問(wèn)題），最后將PCB圖交廠家生產(chǎn)，任務(wù)完成！

PCB繪制小tips：

VIN和GND路徑應(yīng)盡可能寬，以降低路徑阻抗，有利于散熱

高壓與低壓、功率與控制部分、原邊與副邊盡量分開

輸入和輸出電容應(yīng)盡可能靠近IC，最小化路徑阻抗

高頻功率回路面積不宜過(guò)大

盡量反饋采樣采到輸出端口

控制芯片的外圍器件時(shí)應(yīng)貼近芯片

驅(qū)動(dòng)電阻應(yīng)緊靠MOS開關(guān)管

干擾源應(yīng)遠(yuǎn)離輸入端口及易受干擾電路

為了幫助大家更科學(xué)合理地排版，以減少后續(xù)電源調(diào)試時(shí)可能出現(xiàn)的不必要麻煩，可以參考我們?yōu)榇蠹艺淼男ips哦。

嵌入式程序開發(fā)04

要成為出色的電源工程師，編程是不可或缺的技能之一。

在數(shù)字電源領(lǐng)域，常見(jiàn)的控制核心包括DSP、MCU和FPGA等。DSP和MCU通常使用C語(yǔ)言進(jìn)行開發(fā)，而FPGA則主要采用硬件語(yǔ)言VHDL/Verilog。嵌入式功能涵蓋了電壓電流采樣、通訊、濾波處理、PWM信號(hào)控制、閉環(huán)控制算法、軟件保護(hù)等多個(gè)方面。

在實(shí)際嵌入式程序開發(fā)過(guò)程中可采用分層設(shè)計(jì)思想進(jìn)行功能開發(fā)：

硬件驅(qū)動(dòng)層

在硬件驅(qū)動(dòng)層的設(shè)計(jì)過(guò)程中，首要任務(wù)是深入了解芯片內(nèi)部外設(shè)的使用方法，可以通過(guò)直接操作寄存器或者使用相關(guān)庫(kù)文件配置外設(shè)的硬件驅(qū)動(dòng)。工程師需要掌握數(shù)字電源常見(jiàn)的硬件驅(qū)動(dòng)技術(shù)，包括ADC采樣、信號(hào)I/O、PWM、硬件保護(hù)等，并進(jìn)行定時(shí)器、中斷和Flash的配置。

功能模塊層

在進(jìn)行數(shù)字電源的MCU功能模塊開發(fā)時(shí)，需要編寫濾波算法和控制算法。濾波算法主要用于軟件層面降低采集信號(hào)中的高頻干擾，而閉環(huán)控制算法則是確保輸出穩(wěn)定性的關(guān)鍵。此外，還需要配置通訊模塊和緩啟動(dòng)模塊，以實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通訊和緩解上電沖擊。

邏輯應(yīng)用層

在邏輯應(yīng)用層編程時(shí)，需要特別關(guān)注時(shí)序控制和環(huán)路控制。定義時(shí)序約束時(shí)，應(yīng)考慮時(shí)鐘頻率、時(shí)序操作的持續(xù)時(shí)間、數(shù)據(jù)傳輸速率、電路延遲和時(shí)序沖突等因素。同時(shí)，需要設(shè)計(jì)電源狀態(tài)切換和外設(shè)操作。在進(jìn)行外設(shè)驅(qū)動(dòng)開發(fā)時(shí)，可以參考標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)和驅(qū)動(dòng)庫(kù)中的示例代碼，并考慮資源占用情況，盡量降低中斷延遲。

電源調(diào)試05

電源調(diào)試是讓許多工程師感到頭疼的環(huán)節(jié)。除了驗(yàn)證電源的基本功能外，各種EMC測(cè)試、整機(jī)效率測(cè)試、待機(jī)功耗測(cè)試、沖擊電流測(cè)試、電壓應(yīng)力測(cè)試、飽和測(cè)試、輸出紋波測(cè)試、輸出過(guò)沖測(cè)試、保護(hù)測(cè)試和耐壓測(cè)試等項(xiàng)目讓人應(yīng)接不暇。

以下是常規(guī)的電源測(cè)試流程：

在調(diào)試較大型的電路系統(tǒng)時(shí)，需要將總體電路按功能分成若干個(gè)模塊，對(duì)每個(gè)模塊分別進(jìn)行調(diào)測(cè)。調(diào)試順序可以按照信號(hào)的流向逐個(gè)進(jìn)行，逐步擴(kuò)大調(diào)試范圍，最終完成總體調(diào)試。對(duì)于小型電路或需要相互配合、不能分塊調(diào)試的系統(tǒng)，則需要將整個(gè)電路組裝完畢后，直接進(jìn)行整體調(diào)試。

電路連接完成后不要急于通電，應(yīng)先認(rèn)真檢查連線是否正確，是否有接錯(cuò)線、少接線和多接線的現(xiàn)象；檢查電源線、地線、信號(hào)線、各元器件引腳之間有無(wú)短路；觀察各連線處有無(wú)接觸不良。

//通電檢查：

把經(jīng)過(guò)準(zhǔn)確測(cè)量符合要求的電源接入電路，并觀察穩(wěn)壓電源或電路是否有異?，F(xiàn)象發(fā)生，如有則應(yīng)立即切斷電源，待故障排除后方可再次通電。

檢查無(wú)誤后，可以先對(duì)電源的外圍功能進(jìn)行檢測(cè)。如：電源采樣是否準(zhǔn)確，產(chǎn)生的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)是否符合需求，數(shù)字信號(hào)輸入輸出端口以及電源的保護(hù)功能是否能正常工作。

之后，可以進(jìn)行電源主電路拓?fù)涞拈_環(huán)調(diào)試，驗(yàn)證電路的開環(huán)控制效果。驗(yàn)證無(wú)誤后進(jìn)行功率器件可靠性驗(yàn)證，然后進(jìn)行閉環(huán)測(cè)試，檢測(cè)電源的閉環(huán)控制效果是否符合預(yù)期。

最后，進(jìn)行電源長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行測(cè)試，驗(yàn)證裝置的穩(wěn)定運(yùn)行能力，確保電源長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行無(wú)故障。

到這里，電源調(diào)試的整個(gè)流程就結(jié)束了。

//特別提醒：

測(cè)試的過(guò)程中，大家應(yīng)認(rèn)真規(guī)范記錄和分析測(cè)試數(shù)據(jù)，并做出測(cè)試結(jié)論。如發(fā)現(xiàn)性能指標(biāo)與要求不符，應(yīng)分析問(wèn)題原因，并對(duì)電路進(jìn)行調(diào)整，以確保最終電路各項(xiàng)指標(biāo)符合要求。

紙上得來(lái)終覺(jué)淺，絕知此事要躬行。電源設(shè)計(jì)工作中涉及技術(shù)范圍廣泛，想要成為一名優(yōu)秀的電源工程師，除了不斷學(xué)習(xí)各項(xiàng)技能提升自己的能力以外，還需在實(shí)踐中積累電源設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，不斷總結(jié)思考。

相信相信的力量，總有一天你也會(huì)成為那個(gè)最優(yōu)秀的電源工程師。