优秀电源工程师需要的必备技能

随着电源市场的不断扩张，开关电源行业飞速发展，企业对电源工程师的需求日益增加，对电源工程师的技能要求也日渐提高，相信没有一位电源工程师会错过让自己变得更优秀的机会。作为一名数字电源从业者，今天就带大家细数一下优秀电源工程师具备的那些技能。

一、新手必备课程

成为一名电源高手需要扎实的理论基础，涉及电路原理、语言编程和控制理论等多个学科领域。为了帮助大家更好地掌握电源开发相关的关键知识点，我们整理了以下图表，以供大家进行参考，查漏补缺。

二、进阶技能

在掌握了扎实的电源理论基础知识后，就正式进入我们技能提升的阶段啦。接下来我们从电源开发的各个阶段出发，对电源工程师需要具备的技能来一一进行分析梳理。

1、建模仿真

电路建模仿真是电源工程师必备技能之一。它是电源开发过程中不可或缺的一个环节，可以帮助工程师们验证设计方案的准确性与可行性。

电源建模仿真软件根据研究方向分为电气仿真和磁器件仿真：

电气仿真软件：PSIM、matlab、Pspice 等;

磁件仿真软件：Maxwell、JMAG、FLUX、Saber 等;

熟练掌握这些仿真软件后，电源工程师能够对电路进行定性、定量的分析，指导磁性器件设计，有助于提升电源开发效率。

电源新手在学习初期，如果实验设备不足，可以利用仿真软件进行电路模型搭建，从而快速、直观地了解电源的工作原理。

2、器件参数选型

参数选型时，需要工程师进行电路关键参数的计算，计算方法可以参考论文资料或一些成熟的应用案例，也可以借助现有的参数计算小工具。

这里为大家整理了各类器件在选型时需要关注的参数：

二极管：额定电流、 最大正向电流、正向导通压降、最大反向电流、最高工作频率、反向恢复时间；

MOSEFET：开启阈值电压、持续工作电流、栅-源极电压最大值、最大耐压值、导通电阻、冲击电流；

IGBT：阻断电压、额定电流、开关损耗、通态损耗、 最大开关频率、寄生电容、绝缘电压等级；

电容：容值、容差、额定电压、额定电流、工作温度；

电感：电感值、额定电流、饱和电流、直流阻抗、品质因素；

变压器：额定容量、额定电压、额定电流、空载损耗、空载电流。

开关电源中的磁性元件对于电源的效率和功率密度具有重要影响，因此在选取时需要特别谨慎。根据统计数据，磁性元件的损耗约占总损耗的 30%，而它们的体积占整个电路的 20%~30%。因此，在选择磁性元件时，需要平衡效率和功率密度之间的关系，以减小高频效应带来的损耗。

开关电源中主要的磁性元件是变压器和电感。

主变压器是高频开关电源的主要发热元件，其设计至关重要。主变压器的磁芯应具备低损耗、高饱和磁感应强度、温度系数小、宽工作温度范围以及μ值随 B 值变化小等特点。

滤波电感的磁芯选择需要具备以下几特点：温度系数小，电感量随时间的变化率小；线性度好，在不同的工作电流下电感量的变化小；电损耗和磁损耗低。

3、PCB 绘制

常用的 PCB 绘制软件有 protel、Altium designer 等。工程师需要根据设计方案绘制电源的 PCB 原理图，随后根据元器件选型制作其封装库，完成 PCB 板布线（需考虑接地、EMC 等问题），最后将 PCB 图交厂家生产，任务完成！

为了帮助大家更科学合理地排版，以减少后续电源调试时可能出现的不必要麻烦，我们整理了以下 PCB 绘制的小 tips：

VIN 和 GND 路径应尽可能宽，以降低路径阻抗，有利于散热；

高压与低压、功率与控制部分、原边与副边尽量分开；

输入和输出电容应尽可能靠近 IC，最小化路径阻抗；

高频功率回路面积不宜过大；

尽量反馈采样采到输出端口；

控制芯片的外围器件时应贴近芯片；

驱动电阻应紧靠 MOS 开关管；

干扰源应远离输入端口及易受干扰电路。

4、嵌入式程序开发

要成为出色的电源工程师，编程是不可或缺的技能之一。在数字电源领域，常见的控制核心包括 DSP、MCU 和 FPGA 等。DSP 和 MCU 通常使用 C 语言进行开发，而 FPGA 则主要采用硬件语言 VHDL/Verilog。嵌入式功能涵盖了电压电流采样、通讯、滤波处理、PWM 信号控制、闭环控制算法、软件保护等多个方面。

在实际嵌入式程序开发过程中可采用分层设计思想进行功能开发：

硬件驱动层：在硬件驱动层的设计过程中，首要任务是深入了解芯片内部外设的使用方法，可以通过直接操作寄存器或者使用相关库文件配置外设的硬件驱动。工程师需要掌握数字电源常见的硬件驱动技术，包括 ADC 采样、信号 I/O、PWM、硬件保护等，并进行定时器、中断和 Flash 的配置。

功能模块层：在进行数字电源的 MCU 功能模块开发时，需要编写滤波算法和控制算法。滤波算法主要用于软件层面降低采集信号中的高频干扰，而闭环控制算法则是确保输出稳定性的关键。此外，还需要配置通讯模块和缓启动模块，以实现与上位机的通讯和缓解上电冲击。

逻辑应用层：在逻辑应用层编程时，需要特别关注时序控制和环路控制。定义时序约束时，应考虑时钟频率、时序操作的持续时间、数据传输速率、电路延迟和时序冲突等因素。同时，需要设计电源状态切换和外设操作。在进行外设驱动开发时，可以参考标准库和驱动库中的示例代码，并考虑资源占用情况，尽量降低中断延迟。

5、电源调试

电源调试是让许多工程师感到头疼的环节，除了验证电源的基本功能外，各种 EMC 测试、整机效率测试、待机功耗测试、冲击电流测试、电压应力测试、饱和测试、输出纹波测试、输出过冲测试、保护测试和耐压测试等项目让人应接不暇。

以下是常规的电源测试流程：

在调试较大型的电路系统时，需要将总体电路按功能分成若干个模块，对每个模块分别进行调测。调试顺序可以按照信号的流向逐个进行，逐步扩大调试范围，最终完成总体调试。对于小型电路或需要相互配合、不能分块调试的系统，则需要将整个电路组装完毕后，直接进行整体调试。

电路连接完成后不要急于通电，应先认真检查连线是否正确，是否有接错线、少接线和多接线的现象；检查电源线、地线、信号线、各元器件引脚之间有无短路；观察各连线处有无接触不良。

通电检查：把经过准确测量符合要求的电源接入电路，并观察稳压电源或电路是否有异常现象发生，如有则应立即切断电源，待故障排除后方可再次通电。

检查无误后，可以先对电源的外围功能进行检测，如电源采样是否准确，产生的 PWM 驱动信号是否符合需求，数字信号输入输出端口以及电源的保护功能是否能正常工作。

随后可以进行电源主电路拓扑的开环调试，验证电路的开环控制效果。验证无误后进行功率器件可靠性验证，然后进行闭环测试，检测电源的闭环控制效果是否符合预期。

最后，进行电源长时间运行测试，验证装置的稳定运行能力，确保电源长时间运行无故障。

测试的过程中，大家应认真规范记录和分析测试数据，并做出测试结论。如发现性能指标与要求不符，应分析问题原因，并对电路进行调整，以确保最终电路各项指标符合要求。

纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。电源设计工作中涉及技术范围广泛， 想要成为一名优秀的电源工程师，除了不断学习各项技能提升自己的能力以外，还需在实践中积累电源设计经验，不断总结思考。相信相信的力量，总有一天你也会成为能够独当一面的人。