电源设计培训课程体系（选修）

本课程体系结合企业实际人才需求与电源技术发展路线，按照从基础理论到工程应用、从线性电源到开关电源、从电路设计到PCB布局、从测试验证到可靠性设计的完整知识体系分类，共分为六个技术专题。每个专题均结合主流电源设计工具与工程实践。

专题目录

专题一：电源技术基础与功率器件

专题二：线性稳压电源与低压差稳压器设计

专题三：DC-DC开关电源拓扑与控制技术

专题四：AC-DC电源与功率因数校正

专题五：电源PCB布局与电磁兼容设计

专题六：电源测试、热设计与可靠性验证

课程体系概述

电源设计是电子产品的核心基础技术，涉及功率电子、控制理论、热管理、电磁兼容等多学科交叉。从消费电子到工业设备，从通信系统到新能源汽车，电源系统的性能直接影响整个产品的可靠性、效率和成本。随着电子设备向高效率、高功率密度、低待机功耗方向快速发展，对掌握电源设计技术的复合型人才需求持续增长。本课程体系围绕从电源拓扑到系统集成的完整设计链条，涵盖线性电源、开关电源、功率因数校正、PCB布局、电磁兼容、热设计和测试验证等内容，按照从基础到高级、从理论到实践的进阶路径设计，确保课程内容的系统性、先进性和实用性。

专题一：电源技术基础与功率器件

培训目标

• 掌握电源系统的基本概念与性能指标

• 理解常用功率半导体器件的工作原理与特性

• 熟悉磁性元件（电感、变压器）的设计基础

• 具备电源系统方案选型与初步设计能力

培训内容介绍

1. 电源技术概述：电源的定义与分类（线性电源、开关电源、DC-DC、AC-DC），电源技术的发展历程，电源在电子系统中的作用与重要性，电源设计面临的挑战

2. 电源性能指标：输入输出参数（电压范围、电流能力、纹波噪声），效率指标（满载效率、轻载效率），动态响应（负载瞬态响应、线性瞬态响应），保护功能（过流、过压、过温、短路）

3. 功率二极管：二极管工作原理，PN结与肖特基结特性，正向压降与反向恢复时间，功率二极管的选型与应用（整流二极管、快恢复二极管、肖特基二极管）

4. 功率MOSFET：MOSFET结构与工作原理，静态特性（导通电阻Rds(on)、阈值电压），动态特性（栅极电荷、开关时间），雪崩耐量，MOSFET的选型与驱动要求

5. 功率BJT与IGBT：双极型晶体管工作原理，达林顿管，IGBT结构与工作原理，导通压降与开关特性，IGBT的擎住效应与安全工作区，IGBT与MOSFET的对比选型

6. 宽禁带功率器件：SiC器件特性与优势，SiC MOSFET与SiC肖特基二极管，GaN器件特性与优势，GaN HEMT工作原理，宽禁带器件的应用前景与驱动挑战

7. 磁性元件基础：磁场基本定律（安培环路定律、法拉第电磁感应定律），磁芯材料特性（饱和磁密、磁导率、损耗），磁芯结构与类型（铁氧体、磁粉芯、非晶/纳米晶）

8. 电感设计基础：电感工作原理，电感量计算，饱和电流与温升电流，磁芯选择与气隙设计，电感损耗分析（铜损、铁损）

9. 变压器设计基础：变压器工作原理，匝比计算，激磁电感与漏感，原副边绕组设计，变压器损耗与温升

10. 电容选型与应用：电解电容特性与应用（寿命、ESR、纹波电流），陶瓷电容特性与应用（DC偏压特性、温度特性），薄膜电容特性与应用，电容的并联与串联使用

11. 电阻与保险器件：功率电阻选型，采样电阻的精度与温漂，热敏电阻（NTC、PTC）应用，保险丝选型与分断能力

12. 综合实践：典型电源规格书解读与关键器件选型分析

专题二：线性稳压电源与低压差稳压器设计

培训目标

• 掌握线性稳压电源的工作原理与设计方法

• 能够进行低压差稳压器（LDO）的选型与应用

• 理解线性电源的散热设计与效率优化

• 具备低噪声线性电源设计能力

培训内容介绍

1. 线性稳压电源概述：线性稳压电源的工作原理，线性电源的优缺点（低噪声、简单、效率低），线性电源的应用场景，线性电源的分类（标准线性、低压差）

2. 基本线性稳压器：串联型线性稳压器原理，误差放大器与调整管，输出电压设定（电阻分压），输入输出压差要求，最小负载电流

3. 低压差稳压器：LDO的工作原理，PNP型LDO与PMOS型LDO的对比，压差与效率的关系，LDO的主要参数（压差电压、静态电流、地电流、电源抑制比PSRR）

4. LDO的稳定性分析：LDO的环路稳定性，输出电容对稳定性的影响，ESR对环路稳定的作用，无电容型LDO设计要点，相位裕度与增益裕度

5. LDO的噪声特性：LDO内部噪声来源（参考电压噪声、误差放大器噪声），输出电压噪声密度，降低输出噪声的方法（前级滤波、后级滤波、低噪声LDO选型）

6. 电源抑制比（PSRR）：PSRR的定义与测量，LDO的PSRR频率特性，提高PSRR的方法（多级滤波、前馈电容），PSRR在电源设计中的重要性

7. LDO的热设计：LDO的功耗计算，热阻概念（结-壳热阻、壳-环境热阻），散热设计方法（PCB散热、散热器选型），热保护与热关断

8. LDO的典型应用电路：输入输出电容选择，前馈电容的应用，软启动电路设计，反向电流保护，双电源供电设计

9. 多路LDO设计：多路输出LDO，负载调节与交叉调节，独立供电与顺序供电，电源跟踪与比例跟踪

10. 线性电源的PCB布局：输入输出电容布局，功率路径与信号路径分离，散热焊盘设计，热阻优化布局，接地技术

11. 低噪声电源设计：基准电压源选择，参考源滤波，多级LC滤波，π型滤波设计，屏蔽与隔离技术

12. 综合实践：基于LDO的低噪声电源完整设计案例

专题三：DC-DC开关电源拓扑与控制技术

培训目标

• 掌握DC-DC开关电源的基本拓扑与控制原理

• 能够进行Buck、Boost、Buck-Boost电路设计

• 熟悉PWM控制芯片应用与环路补偿设计

• 具备非隔离DC-DC电源设计能力

培训内容介绍

1. 开关电源概述：开关电源的工作原理（高频开关、能量存储与传递），开关电源与线性电源对比，开关电源的分类（非隔离、隔离），开关电源的发展趋势

2. Buck降压拓扑：Buck电路工作原理（开关导通阶段、开关关断阶段），连续导通模式（CCM）与断续导通模式（DCM），电感电流波形，输出电压与占空比关系

3. Boost升压拓扑：Boost电路工作原理（开关导通阶段、开关关断阶段），CCM与DCM工作模式，电感电流连续条件，输出电压与占空比关系

4. Buck-Boost拓扑：Buck-Boost电路工作原理（反极性输出），CCM与DCM工作模式，电感电流波形，输出电压与占空比关系，反极性特点与应用

5. Cuk、SEPIC、Zeta拓扑：Cuk电路工作原理与特点，SEPIC电路工作原理与应用（升降压、同极性），Zeta电路特点，各种拓扑的对比与选型

6. 开关电源控制方式：电压模式控制原理（PWM比较器、误差放大器），电压模式控制的优缺点（简单、响应慢），电流模式控制原理（峰值电流、平均电流），电流模式控制的优缺点（响应快、逐周期限流）

7. PWM控制芯片：常用PWM控制芯片（UC384x系列、TL494、SG3525），电流模式控制芯片（UC3842/3/4/5），芯片内部功能模块（振荡器、误差放大器、PWM比较器、驱动输出）

8. 反馈与环路补偿：反馈控制原理，电压反馈与电流反馈，光耦隔离反馈，TL431在反馈中的应用，Type I/II/III补偿网络设计

9. 功率级设计：开关频率选择，电感计算（电感量、峰值电流、饱和电流），输出电容选择（纹波电流、ESR），输入电容选择

10. 同步整流技术：同步整流原理（MOSFET替代二极管），同步整流驱动时序（死区时间控制），同步整流的效率优势，同步整流控制芯片

11. 多相与交错技术：多相Buck原理（相位交错、纹波抵消），多相控制设计，电流均衡，交错式Boost/PFC

12. 综合实践：基于PWM控制芯片的Buck/Boost完整设计案例

专题四：AC-DC电源与功率因数校正

培训目标

• 掌握AC-DC整流滤波与电源设计方法

• 能够进行反激式、正激式等隔离电源设计

• 熟悉功率因数校正（PFC）原理与电路

• 具备AC-DC电源系统设计能力

培训内容介绍

1. AC-DC电源概述：AC-DC电源的组成（输入滤波、整流、PFC、DC-DC），工频变压器与开关电源的对比，AC-DC电源的应用场景（充电器、适配器、工业电源）

2. 输入整流与滤波：桥式整流电路原理，输入电容的选择（容量、耐压、纹波电流），浪涌电流限制（NTC热敏电阻），输入保险丝与压敏电阻

3. 功率因数概念：功率因数的定义，谐波电流与功率因数的关系，低功率因数的危害，功率因数校正的意义，谐波限制标准（IEC 61000-3-2）

4. 无源PFC：无源PFC原理（填谷式、电感补偿），无源PFC的优缺点（简单、功率因数有限），无源PFC的应用场景

5. 有源PFC：有源PFC原理（Boost拓扑），临界导通模式（CrM）PFC，连续导通模式（CCM）PFC，交错式PFC，PFC控制芯片

6. 单级PFC：单级PFC原理（PFC与DC-DC合并），单级PFC的优缺点（简化电路、效率较低），单级PFC的应用场景

7. 反激式变换器：反激变换器工作原理（能量存储与释放），反激变压器的特殊性（耦合电感），断续模式（DCM）与连续模式（CCM）反激，QR反激与准谐振技术

8. 反激变压器设计：磁芯选择，匝比计算，原副边匝数，气隙设计，漏感控制，绕组结构与安规要求

9. RCD钳位电路：漏感尖峰产生机理，RCD钳位工作原理，RCD参数计算，钳位损耗分析，有源钳位技术

10. 正激式变换器：正激变换器工作原理（变压器传输能量），磁复位技术（第三绕组复位、RCD复位、有源钳位复位），正激与反激的对比

11. 半桥与全桥变换器：半桥拓扑工作原理，全桥拓扑工作原理，移相全桥ZVZCS技术，LLC谐振变换器原理与特点

12. 综合实践：基于反激拓扑的AC-DC电源适配器完整设计

专题五：电源PCB布局与电磁兼容设计

培训目标

• 掌握电源PCB布局的基本原则与技巧

• 能够进行功率回路优化与噪声抑制

• 熟悉电磁兼容（EMC）设计与整改方法

• 具备电源PCB工程设计与调试能力

培训内容介绍

1. 电源PCB设计概述：PCB布局对电源性能的影响（效率、纹波、EMC），电源PCB设计的一般流程，电源PCB设计的特殊性（大电流、高电压、高频）

2. 功率回路布局：功率回路的概念（开关管、电感、电容组成的回路），功率回路面积最小化原则，开关节点（SW）的处理，高频电流路径优化

3. 输入输出电容布局：输入电容的布局要点（靠近开关管），输出电容的布局要点（靠近电感输出），电容并联布局，ESL与ESR对滤波的影响

4. 驱动与信号地布局：功率地与信号地的分离，单点接地技术，地平面设计，敏感信号走线（反馈、电流采样），开尔文连接技术

5. 反馈回路布局：反馈电阻分压器布局，反馈走线远离干扰源，反馈网络滤波，TL431与光耦布局要点

6. 热设计布局：发热器件布局（开关管、二极管、变压器），散热过孔设计，铜箔载流能力计算，散热器安装与接地

7. 高频布线技巧：走线宽度与载流能力，走线电感控制，过孔设计（数量、孔径、位置），高频信号屏蔽

8. 电磁兼容基础：EMC概念（EMI、EMS），传导干扰（CE）与辐射干扰（RE），共模干扰与差模干扰，电磁兼容标准

9. 传导干扰抑制：输入滤波器设计（共模扼流圈、X电容、Y电容），滤波器的插入损耗，滤波器布局（输入侧、输出侧），屏蔽与隔离

10. 辐射干扰抑制：辐射源识别（开关节点、环路天线），di/dt与dv/dt控制，缓冲电路（Snubber）设计，屏蔽罩应用

11. PCB布局对EMC的影响：层叠结构对EMC的影响，关键信号层分配，回流路径设计，分割平面与跨分割处理

12. 综合实践：反激电源PCB布局与EMC整改完整案例

专题六：电源测试、热设计与可靠性验证

培训目标

• 掌握电源性能测试方法与规范

• 能够进行电源热设计与热测试

• 熟悉电源可靠性设计与失效分析

• 具备电源完整验证与问题排查能力

培训内容介绍

1. 电源测试概述：电源测试项目分类（电性能测试、时序测试、保护功能测试、可靠性测试），测试仪器准备（示波器、电子负载、功率分析仪、万用表），测试环境搭建

2. 静态测试：输入输出特性测试（电压精度、负载调整率、线性调整率），效率测试（满载效率、轻载效率、平均效率），纹波与噪声测试（带宽限制、探头技巧、测量方法）

3. 动态测试：负载瞬态响应测试（负载跳变幅度、跳变速率、恢复时间），线性瞬态响应测试，启动特性测试（软启动、输出电压上升时间），关断特性测试

4. 时序测试：上电时序测试（多路输出的顺序），下电时序测试，电源良好信号（Power Good）测试，使能控制测试

5. 保护功能测试：过流保护测试（打嗝模式、恒流模式），短路保护测试，过压保护测试，过温保护测试，输入欠压/过压保护

6. 开关特性测试：开关波形测试（Vds、Vgs），开关损耗测量，开关频率测试，死区时间测试，振铃与过冲分析

7. 热测试：热电偶布置方法，热成像仪使用，关键器件温度测量（开关管、磁性元件、电容），热平衡时间，温升计算

8. 热设计验证：热阻测量，散热器性能评估，风冷与自然冷却对比，高温环境测试，热关断验证

9. 可靠性测试：高温高湿老化测试，温度循环测试，振动测试，跌落测试，MTBF计算与验证

10. 失效分析：常见电源故障模式（无输出、输出电压异常、过热、噪声大），故障排查方法（电压法、波形法、替换法），典型失效案例分析

11. 安规与认证：安规标准（IEC 60950、IEC 62368），绝缘要求（基本绝缘、加强绝缘），爬电距离与电气间隙，安规器件选型（变压器、光耦、Y电容）

12. 综合实践：电源产品完整测试与验证方案设计

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