课程培训
高效开关电源设计培训课程6

课程名称:高效开关电源设计与仿真优化

 

培训对象

  • 电源硬件工程师:从事AC-DC、DC-DC电源模块研发的硬件设计人员。

  • PCB Layout工程师:需要掌握功率电路布局布线技巧,减小EMI的人员。

  • 系统供电设计师:负责电子产品(如通信设备、工业控制、汽车电子)板级供电方案的人员。

  • 测试工程师:负责电源性能测试、可靠性验证及EMC整改的人员。

 

培训目标

  • 深入理解拓扑:掌握正激、反激、LLC、Buck/Boost等核心拓扑的工作原理与设计方法。

  • 掌握关键技能:精通高频变压器/电感设计、功率器件选型、驱动电路及环路补偿。

  • 提升设计效率:学会利用仿真工具进行电路行为和热性能验证,减少实物调试次数。

  • 解决工程难题:具备独立分析并解决电源效率、EMI、热稳定性和纹波噪声等问题的能力。

 

培训内容介绍

第一部分:基础理论与拓扑选择(第1-3条)

  1. 开关电源基础:线性电源与开关电源的对比;PWM(脉冲宽度调制)与PFM(脉冲频率调制)原理;开关电源的主要损耗分析(导通损耗、开关损耗、驱动损耗、磁芯损耗);效率优化的方向。

  2. 非隔离型DC-DC拓扑:Buck(降压)电路的CCM/DCM/BCM模式详解;Boost(升压)电路的右半平面零点问题;Buck-Boost、Cuk、SEPIC拓扑的应用场景;多相交错并联技术。

  3. 隔离型AC-DC拓扑:反激变换器(Flyback)的应用与设计要点(RCD吸收、准谐振QR模式);正激变换器(Forward)的磁复位技术;半桥/全桥拓扑;LLC谐振变换器(效率最高)的原理与设计。

第二部分:磁性元件设计与器件选型(第4-7条)

  1. 高频变压器设计:磁芯材料特性(B-H曲线、饱和磁密、磁导率);变压器的主要参数(匝比、电感量、漏感);AP法设计流程;趋肤效应与邻近效应的处理(利兹线应用);反激变压器的气隙设计。

  2. 功率电感器设计:电感在Buck/Boost电路中的作用;电感纹波电流的选取原则;磁芯损耗(Steinmetz方程)与铜损的平衡;饱和电流(Isat)与温升电流(Irms)的考量。

  3. 功率半导体器件:功率MOSFET(CoolMOS)的特性(导通电阻、栅极电荷、寄生电容);同步整流技术(SR)的原理与应用;SiC与GaN宽禁带器件的优势及驱动挑战;快恢复二极管与肖特基二极管的选用。

  4. 输入/输出电容:电容的等效模型(ESR、ESL);铝电解电容寿命计算(影响寿命的主要因素);陶瓷电容的DC偏压特性;输出纹波与电容ESR/容量的关系。

第三部分:控制环路与EMC设计(第8-10条)

  1. 反馈环路与补偿设计:开关电源系统的传递函数;环路稳定性的判断依据(相位裕度、增益裕度);光耦与TL431的反馈电路设计;Type II/Type III补偿网络的设计与计算;环路测试(频率响应分析仪的使用)。

  2. 驱动电路设计:MOSFET栅极驱动电路的要求(峰值电流、米勒平台);驱动电阻的计算(控制开关速度与EMI);隔离驱动技术(变压器驱动、光耦驱动、电容隔离驱动)。

  3. EMI滤波与抑制:开关电源的噪声源分析(dI/dt, dV/dt);共模与差模传导干扰的路径;EMI滤波器设计(共模扼流圈、X电容、Y电容);PCB布局对EMI的决定性影响(功率回路面积最小化)。

第四部分:仿真、PCB与热设计(第11-12条)

  1. 电源仿真技术:利用仿真软件(如PSIM、SIMPLIS、LTspice)进行稳态/瞬态分析;环路增益(Bode图)的仿真;损耗分析与结温估算;关键波形(开关节点、电流)的预验证。

  2. 热设计与PCB布局:电源模块的热源分布;散热器的选型与热阻计算;PCB中热过孔的应用;关键功率路径的载流能力计算;功率地与信号地的分区与单点连接;基于Altium/Cadence的电源PCB布局布线规则。





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