开关电源工程师必备素质1ppt课件

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1、 开关电源开发人员所需具备的实际知识开关电源开发人员所需具备的实际知识 实际技艺和工程素质实际技艺和工程素质 张兴柱张兴柱 博士博士 2019年年4月完成月完成 内容目录内容目录 1：开发一个开关电源产品所需求的技艺和专业实际：开发一个开关电源产品所需求的技艺和专业实际知识知识 2：开发一个开关电源产品所需求进展的各种优化和：开发一个开关电源产品所需求进展的各种优化和折中折中 3：保证开关电源产品一次开发胜利所需具备的工程：保证开关电源产品一次开发胜利所需具备的工程素质素质 一：开发一个开关电源产品所需求的技艺和专业实际知识一：开发一个开关电源产品所需求的技艺和专业实际知识1：开关电源概略：开

2、关电源概略-因电子技术、自动化技术、IC技术等等的迅速开展，导致了多种多样的电子设备；如：计算机、电视机、通讯设备、工业控制设备、手机数码相机、DVD、效力器、路由器、电机驱动、医疗仪器、。；-电子设备内部的各种IC、电子电路、执行安装所需的电源，多为直流电和交流电；-从电网所得的交流电或由电池所得的直流电是随环境、时间和负载所变化的，它们 不能直接成为电子设备所需的内部电源；-电子设备由于要完成许多高级的功能、对其供电电源的精度、随环境的变化、动态 呼应才干、还有很多其它的目的都有非常高的要求；将电网或电池的一次电能，转换为符合电子设备要求的二次电能，这样的变换设备便是电源。电源是一切电子设

3、备的心脏，没有电源，电子设备就不能够任务。1电源是什么？电源是什么？2开关电源是具有最高功率密度的电源，按变换方式可分为以下四大类：开关电源是具有最高功率密度的电源，按变换方式可分为以下四大类：1：第一大类：AC/DC开关电源；2：第二大类：DC/DC开关电源；3：第三大类：DC/AC开关电源；4：第四大类：AC/AC开关电源。但目前只将前两类称为开关电源，而将后两类分别称为逆变器和变频器。3实践的开关电源在运用时可分成外置式和内置式两种：实践的开关电源在运用时可分成外置式和内置式两种：1：外置电源-与设备分开放置的电源模块或电源系统；如：-通讯誉一次电源模块和系统；-电力操作电源模块和系统；

4、-手机电池的充电器；-笔记本电脑的Adapter；-各类手提设备、便携设备的电池充电器，等等。2：内置电源-放在设备内部的电源模块或电源系统；如：-计算机内部的Silver Box和VRM；-家电如普通电视机、PDP电视机、液晶电视机内部的供电电源；-工业控制设备内部的电源；-仪器中用的电源；-通讯设备内部的电源模块和系统；-复印机、机、打印机等的内部电源，等等。3：板上电源-放在设备内单板上的电源模块；如：-规范砖类电源全砖、半砖、1/4砖、1/8砖；-非隔离POLPoint of Load变换器；-VRM和VRD；-小功率SMD电源；-SIP和DIP电源，等等。下面我们来看一些电源产品的图

5、片。这些图片摘自相关电源公司网站A：一次电源产品的图片：一次电源产品的图片AC/DC FPS Series of Lambda TH Series of Lambda B：工业电源产品的图片：工业电源产品的图片规范产品规范产品AC/DCCPCI Series of Lambda C：工业电源产品的图片：工业电源产品的图片AC/DCHWS Series of Lambda D：工业电源产品的图片：工业电源产品的图片AC/DCDT Series of Lambda KW Series of Lambda E：工业电源产品的图片：工业电源产品的图片AC/DCF：二次电源产品的图片：二次电源产品的图片

6、DC/DC-规范转类规范转类Full BrickHalf BrickHalf Brick1/4 Brick1/8 BrickG：二次电源产品的图片：二次电源产品的图片DC/DC2：开发一个开关电源产品所需求的根本技艺：开发一个开关电源产品所需求的根本技艺1：认识组成开关电源的一切元器件。2：掌握各种元器件的电气性能和电路符号。3：会本人制造各种磁芯元件。4：会正确装配电源中的各个部分。5：了解电源各项目的的意义并掌握如何测试的方法。6：会运用仪器对装配后的电源进展正确的调试，优化和折中。7：会对获得的实验结果进展分析，并进展总结。8：会从不同的渠道不断地学习电源知识，并能和他人分享本人的成果。

7、上面要求的根本技艺，请与会者本人对照一下，有不够的地方，那么要努力去做，由于这是最根底的。下面将给大家详细引见一下所需求掌握的专业实际知识。3：开发一个开关电源产品所需求的专业实际知识：开发一个开关电源产品所需求的专业实际知识从下面一个开关电源产品例子着手，来看看开发人员需求掌握的专业实际知识有哪些？这个例子是一个规范的多输出电源CPCI350，其规格和要求等先简单地概括如下：1：稳态设计规格：稳态设计规格01：输入电压范围：85V264V AC；02：输出#1：5V/50A 输出#2：3.3V/40A，满足：输出#3：12V/12A 输出#4：-12V/4A，满足：03：输出电压纹波：04：

8、模块满载效率：05：输入功率因数：0.99typ06：电压调整率：07：负载调整率：输出#1 ，其它输出08：模块几何尺寸：09：模块环境温度：10：温度系数：11：输出坚持时间：AIIoo5521WPjoj35041ojV)41(j%70%5.0%1%3)()()(cmHcmWcmLC5020%02.0mS162：设计必需实现的功能：设计必需实现的功能01：全范围内的正常开关机；02：全范围内的输出稳压且满足各项电性能目的；03：实现规格书要求的自动维护；04：输出#1输出#3的输出并联均流；05：输出#1和输出#2的远端补偿；06：实现规格书的平安要求；07：实现规格书的EMI要求；08：

9、实现规格书的热插拔要求；09：实现规格书的MTBF要求；10：实现规格书的本钱要求；11：实现规格书的通断逻辑功能要求。3：CPCI350的功能构造总框图的功能构造总框图案例CPCI350电源中DC-DC控制部分的功能构造框图PWM控制和驱动电路Vref5S-SVo1均流环SB1Io1电压环限流环Vref3.3S-SVo2电压环MA2控制SB2Io2均流环Iref限流环电压环MA3控制Vref12S-SVo3均流环SB3Io3限流环VrefVo4电压环MA4控制Io4Iref限流环输出电压信号Temp检测输入掉电Io1，Io2保护控制与LED电路EN#INH#开关机控制Is输出 FET的控制电

10、路其中蓝色方框用来实现根本稳压功能的；绿色方框用来实现并联和热插拔等高级功能的；红色方框用来实现各种维护功能。4：从：从CPCI350的功能构造总框图可知，一个开关电源产品需求的电路为：的功能构造总框图可知，一个开关电源产品需求的电路为：1：功率电路：-输入保险丝；-EMI滤波器；-浪涌限制器通常为热敏电阻和电子开关并联；-整流电路；-PFC主电路多为Boost电路；-DC-DC主电路可有很多种选择；-辅助电源主电路多用Flyback电路；-输出隔离器件Oring Diode 或Oring MOSFET；2：控制电路：-PFC控制电路；用来产生输入正弦电流和输出近似稳压的控制电路有多种控制实现

11、；-DC-DC控制电路；a：用来稳定各路输出电压；b：用来维护各路输出过载和短路；c：用来实现主要几路的输出均流和远端补偿；d：用来限制总输出功率要求和两路输出电流之和要求；e：用来实现热插拔功能所需的控制遥控开关机控制；f：用来实现输出Oring MOSFET的控制*；g：用来维护主要几路输出的过压；h：用来实现电源的过温维护；i：用来分别指示任务ok和缺点；j：用来产生两路低压大电流输出的同步整流控制*；k：用来弥补线路电压降的远端补偿技术；l：用来实现非主路输出稳压的后调稳压控制；-辅助电源控制电路；-输入欠压掉电检测电路；输入欠压时，产生维护信号封锁PFC；输入掉电时，产生掉电告警信号

12、；-输入浪涌控制电路；产生控制信号去控制浪涌控制器中的电子开封锁合，等等。5：开发一个开关电源产品所需求的专业实际知识：开发一个开关电源产品所需求的专业实际知识：01：有源PFC的拓扑，分析，控制与设计。02：DC-DC功率变换器的拓扑与稳态分析。04：开关电源的控制与动态分析。03：开关电源的功率级参数设计07：开关电源的EMI分析与设计。10：开关电源的各种维护技术。11：开关电源的同步整流技术。12：开关电源的模块均流控制技术。06：开关电源的大信号分析与设计。05：开关电源的小信号分析与设计。08：开关电源的热分析与设计。09：开关电源的容差分析与设计。二：开发一个开关电源产品所需求进

13、展的各种优化和折中二：开发一个开关电源产品所需求进展的各种优化和折中1：开发一个开关电源产品所需求进展的各种优化：开发一个开关电源产品所需求进展的各种优化1：功率级参数的优化：功率级参数的优化：在选定功率级拓扑后，可利用前面的知识和稳态任务点选择，对功率级参数进展优化，使得：-开关功率器件的损耗最小；-功率变压器和滤波电感、滤波电容等的体积最小；-电源整机的功率密度最高；-功率级的Layout最合理，等等。在这些优化中，最重要的是功率变压器的优化，其变比，其绕法都会直接影响其它功率元器件的选择和整个功率级的效率及功率密度。合理地选择功率开关器件和它们的驱动电路及吸收电路，对功率级的性能也很重要

14、。2：环路参数的优化：环路参数的优化：在选定功率级拓扑和控制战略后，可利用前面的知识并在功率级参数优化的根底上，对环路参数进展优化，使得：-尽量减小闭环电压音频隔离度从而减小PFC滤波电容；-尽量减小闭环输出阻抗从而减小DC输出滤波电容；-尽量提高电源的闭环呼应速度从而减小DC输出滤波电容；在环路优化中，最重要的是补偿器参数，调制器参数如外部斜波补偿含量和光耦电路参数的优化，其中电源整机的PCB Layout对环路的影响非常大，只需在好的PCB Layout下面，经过环路各部分参数的优化，才干使电源环增益的带宽尽能够大，从而实现更好的动态性能和更高的功率密度。3：辅助电源参数的优化：辅助电源参

15、数的优化：在采用绕组供电的开关电源产品中，必需对辅助电源的质量进展优化，使得：-辅助电源对开关电源稳态性能的影响最小；-辅助电源对开关电源动态性能的影响最小；-辅助电源不会影响开关电源整机的可靠性；采用变压器绕组或电感绕组的辅助电源，其输出电压的质量普通不太好，经过对辅助电源的优化，要保证自供电后的电源整机性能变化最小，可靠性没有问题。4：其它优化：其它优化：-电源内各种维护电路的优化；-EMI滤波器电路的优化；-电源内部热环境的优化；-电源其它功能电路如均流、同步、热插拔、远端补偿等等的优化；-PCB Layout的优化，等等。2：开发一个开关电源产品所需求进展的各种折中：开发一个开关电源产

16、品所需求进展的各种折中1：折中一：稳态性能与动态性能的折中：折中一：稳态性能与动态性能的折中很多功率级拓扑，其稳态性能与动态性能通常难以兼顾。稳态性能好的，动态性能就差，动态性能好的，稳态性能就差，这种例子非常多，所以选择拓扑时一定要根据要求和运用场所来合理选择。即使同一个拓扑，其功率级参数设计时，也要思索稳态性能和动态性能的折中，如输出滤波电感的设计，对效率而言，希望其越大越好，但对动态性能而言，那么希望其小一点好，所以设计时需求折中。2：折中二：功率密度与可靠性的折中：折中二：功率密度与可靠性的折中很多有更高功率密度的拓扑，其实现时会比较复杂，而且往往拓扑本身还有可靠性较低的隐患。所以选择

17、拓扑时也要根据可靠性和性能来进展详细折中。如一些能实现软开关的拓扑，普通可实现更高的开关频率，具有更高的功率密度，但他们在实现的产品中，可靠性往往较低。3：折中三：小信号性能与大信号性能的折中：折中三：小信号性能与大信号性能的折中在一个电源中，有很多性能需求满足，利用不同的控制战略，不同的补偿电路，会得到不同的动态性能。有些控制战略或参数对输入端的扰动具有较强的抑制才干，有些那么对负载端的扰动具有较强的抑制才干，有的参数对小信号动态稳定性很好，但在大信号下，且能够不稳定，有的参数能满足大信号的要求，但小信号下且会变差，因此要对大小信号的动态设计进展折中。4：折中四：高低温下的设计折中：折中四：

18、高低温下的设计折中在一个电源中，因各种参数都与其任务时的温度有关，所以必需找出一组参数能在全部环境温度范围内满足一切性能目的，这需求做很多折中。5：折中五：电性能与热性能之间的折中：折中五：电性能与热性能之间的折中在一个电源中，电性能如电应力和EMI性能与热性能之间的要求是矛盾的。为了获得好的EMI和低的电应力，希望功率元器件构成的回路尽量小，但这会使得各元器件之间的热影响更厉害，各元器件的损耗会更大；将各功率元器件之间的回路加大，可减小这种热影响，改善热设计，但因寄生参数的添加，会使器件的电应力添加，效率变低，EMI性能变坏，所以电源中热与电两个设计是非常需求折中的。6：折中六：关键部件的设

19、计折中：折中六：关键部件的设计折中在开关电源中，有一些关键部件，在设计时需求折中，如功率变压器的设计，对稳态效率性能而言，在变比等曾经最优化后，希望其漏感最小，但在实现漏感最小的同时，往往会添加绕组之间的分布电容，这通常会添加共模EMI干扰和降低平安要求；另外如驱动才干的折中，为了减小功率开关器件MOSFET的开关损耗，希望其开关过程尽量短，这可经过减小门极驱动电阻来实现，但在开关速度提高的同时，往往会添加电源的共模EMI，使得EMI特性变差。7：其它折中：其它折中：做好一个开关电源，还有很多其它折中要做，总之由于开关电源是一个在一定边境有输入电压，负载电流和环境温度组成的长方体之内满足规格书

20、要求的功率电子产品，既有功率处置和信息处置，又有热处置，所以为了做好这样的产品必需求做很多很多的折中，这要求开发人员如何在折中的根底上优化，在优化的根底上折中，使开发的电源产品到达最正确的性价比。三：保证开关电源产品一次开发胜利所需具备的工程素质三：保证开关电源产品一次开发胜利所需具备的工程素质 分配工作抓紧啊赶紧开始一周搞定PCB草草设计安装调试装完就通电嘿，输出有了测试指标怎么有这么多达不到要求啊改进再调解决了一个又冒出了一个每天加班时间太快了一个月到了请求延期半年后勉强完成了筋疲力尽进入下一个项目时间只有1个月公司由于开发管理不规范,对此开发无任何积累.员工由于开发任务不专业,在开发中无

21、任何提高.1：目前国内多数电源公司在产品开发中存在的怪圈景象2：成为资深电源开发人员所必需具备的工程素质1：养成制定个人方案的习惯。2：养成按规范做设计的习惯。4：养成按规范做总结的习惯3：养成按规范做调试的习惯3：个人任务方案的中心-周方案假设他能将总任务方案，转化成一份份的周任务方案，那么只需可以保证每周的任务都按方案完成，那么总的任务也就一定可以按方案完成分解成周方案的益处在于一周天是个不长也不短的时间，人是有才干提早方案这天的事情的，两天的休憩还可给方案的调整带来方便举个例子：假设完成某个工程的方案时间为12周，那么他在做总方案的时候，需先规划好12个要实现的周任务目的再利用这1-12

22、周的周目的，每一周去制定一份方案，完成一个目的，直到最终完成总的方案，实现总的目的当工程的时间很长时，可先将其分解为几个阶段，规划好各个阶段的总目的，再对每一个阶段来规划它们的周目的例如完成某个工程的方案时间是1年，那么他可按12周+1周调整为1个阶段，将其分为四个阶段，规划好各个阶段要实现的目的，再根据这4个阶段目的，将其规划成要实现的12个周任务目的，以后的事情还是每周去制定一份方案，完成一个目的，直到完成各个阶段的目的，最终完成总的目的由此可见，只需将周目的和周任务方案做到实处，坚决不移地去执行周任务方案，那么就一定可以完成他的总方案和总目的所以说，周任务方案是个人方案的中心，当然要制定

23、出一份准确的周任务方案，是要靠长期的坚持才干得到的4：按规范做设计的步骤第一步：仔细阅读产品的开发规格书第一步：仔细阅读产品的开发规格书第二步：按规范绘制产品的功能构造总框图第二步：按规范绘制产品的功能构造总框图第三步：用功能构造总框图描画产品的根本功能实现第三步：用功能构造总框图描画产品的根本功能实现第四步：用功能构造总框图描画产品的正常开关机过程第四步：用功能构造总框图描画产品的正常开关机过程第五步：用功能构造总框图描画产品的缺点维护过程第五步：用功能构造总框图描画产品的缺点维护过程第六步：设计功能构造总框图中的各个单元电路并撰写设计总结第六步：设计功能构造总框图中的各个单元电路并撰写设计

24、总结第七步：绘制出一整套设计图纸第七步：绘制出一整套设计图纸5：养成按规范做调试的习惯开发人员要可以养成按开发操作所规范的步骤去开发一个产品，那就不会出现很开发人员要可以养成按开发操作所规范的步骤去开发一个产品，那就不会出现很多不用要的反复，就可防止出现前面引见的那种怪圈，就可将产品开发任务做得多不用要的反复，就可防止出现前面引见的那种怪圈，就可将产品开发任务做得又好又快同时开发人员还能在很短的时间内，提升本人的专业程度，过不了多又好又快同时开发人员还能在很短的时间内，提升本人的专业程度，过不了多久，就可从一个新手上升为资深的电源工程师久，就可从一个新手上升为资深的电源工程师详细的电源产品开发

25、操作规范，本次因时间关系，不再展开。详细的电源产品开发操作规范，本次因时间关系，不再展开。6：养成按规范做总结的习惯在按规范进展开发时，每做一个实验后，都要做一份实验总结，产品开发完成在按规范进展开发时，每做一个实验后，都要做一份实验总结，产品开发完成后，还要将整个开发任务进展总结作为开发人员，总结是保证本人技术迅速后，还要将整个开发任务进展总结作为开发人员，总结是保证本人技术迅速提高的最重要的手段，所以他想早点成为资深工程师，他就一定要认仔细真地提高的最重要的手段，所以他想早点成为资深工程师，他就一定要认仔细真地做好每一份总结做好每一份总结如有问题请课后再交流，谢谢！如有问题请课后再交流，谢谢！