【我是工程师】星访谈之新月GG

　　擅长领域：开关电源

　　现工作地：汕头

　　===============================================================================

　　  小编： 您好，您的从业经历是怎样的?能否简单的描述一下

　　新月GG：我本科与硕士都就读于同一所国内的大学，专业即是电源方面的专业。这所学校既是211大学，也是985大学。如果从入学算起，我接触电源已经将近20年了。在学校时，也发表过近10篇第一作者的论文与多个第一作者的专利，几乎都是一级A类会议与杂志，包括多篇IEEE的。当然，参加工作也10多年了。工作期间就不写论文了，不过也有多个第一作者的专利。期间去过各种各样的公司，有军工企业、台资企业、美资企业、私营企业。这些企业在上海、深圳等地，企业规模小的有几百人，大的有几千人，其中包括2家世界500强企业。也做过照明、UPS、逆变器、通讯电源、适配器、LED电源等，功率从几瓦到几千瓦不等，接触过硬件、软件、EMI、仿真。硬件包括各种常用的拓扑，以及当时最新的几种拓扑。软件则主要是TI公司的28系列的DSP的汇编语言与C语言编程。EMI以及各种环境实验都有接触过。用saber仿真过各种闭环控制的常用拓扑以及最新拓扑的电源。我不属于工作很努力的人，甚至有点懒。工作时会好好做电源，但是休息时间几乎不会接触电源，很少加班，在工作上没有什么上进心，其实这点很不好。

　　曾经也认为开关电源是很高深很难学的学科。看到一本好的电源教科书，会连续看3个月，反复看几遍。而现在只需要1天半时间就可以看完一个电子类的教科书，而不需要再看第2遍。有段时间，只用了2个月时间，就看完了近50本电子类的教科书。其实学习开关电源到一定程度，就会感觉一通百通，看到电路图，就能自己分析出这个电路的工作原理。如果花时间的话，甚至能分析出这个电路图每个元件的参数为什么是这么选的，有没有更优化的可能。看IEEE上的论文，虽然只有几页纸，却能理解透彻其工作原理，而不需要再找相关文献。现在欠缺的唯有经验了，毕竟电源分类这么多，而接触过的只有很少的几种。曾经也对开关电源充满了好奇，基于无知而想要探索。现在则已经兴趣大减，可能开关电源对我而言只是一种谋生的技能。现在回头去看，所谓的名校、学历、论文、专利，曾经重视的东西，已经看的很淡了，甚至避免提起，因为感觉没什么可值得提起的，如果将其看成荣誉，我会感觉无地自容。

　　小编： 在电源行业中，您对开关电源、单片机和LED都有比较多的接触，那么您自己认为您对哪个细分模块最擅长?或者说您更喜欢、更愿意接触到哪个方面?又是为什么呢?

　　新月GG：其实我接触过的开关电源比较杂，包括照明、UPS、逆变器、通讯电源、适配器、LED电源等，我都有接触过。硬件、软件、EMI、仿真等方面我也都有涉猎。

　　至于说对哪方面更擅长，我也说不上来，一定要说的话，可能我更擅长于纸上谈兵，也就是用电脑去分析、仿真、计算。一旦在电脑上做到位了，就可以免去很多电源调试的工作，所以我有时候宁可慢一点，也要花大量的时间在电脑上把电源的工作原理分析透彻。简言之，即为：磨刀不误砍柴工。

　　我曾经为了分析某个最新电路的工作原理，花了3周时间用saber仿真了整个电路，由于这个电路是三相交流输入，没有直流工作点，为了仿真这个电路，需要闭环控制，所以仿真电路极其复杂，很多仿真库里的元件模型都是第一次使用，我也几乎把整个仿真库里的所有模型都过了一遍。最后根据仿真波形，用mathcad计算软件，把该电路的效率计算出来，才发现其效率并没有IEEE论文所说的那样高，效率比当时常用的另一个拓扑低，从而最终推翻了这一方案，而当时整个项目组所有人员都是采用这个方案在进行工作。

　　那么对于一个新的电路，我可能会花费几周时间，编写mathcad计算文件，使这个电路的每一个元器件参数都是可以计算出来了。一旦编写完成，再开发相同电路的电源，仅需要2个小时左右即可用mathcad软件计算出全部所需的元器件参数。mathcad文件一般会包括主功率电路、控制电路、辅助电源电路、环路、EMI等。如果在编写mathcad计算文件时，遇到不明白的地方，我会去查各种资料，比如芯片资料、元器件资料等，如果需要的话会再用saber仿真，根据仿真波形，在理解了工作模式的情况下，建立方程组。而解方程组，就需要用到数学知识，我会充分应用各种数学学科来求解。比如在计算开关管尖峰电压时，需要求解时域波形，就需要用到数学分析中的常微分方程、偏微分方程。再比如计算环路小信号模型，就需要用到高等代数中的矩阵运算，而计算环路增益时，就需要用到复变函数论中的拉普拉斯变换。计算LLC等滤波器时，需要用到傅立叶分解，就需要理解高等代数中的傅立叶分解的无限维的正交性的概念。

　　曾经有一段时间，为了弄清某个数字电源的详细控制过程，花了几周时间，读懂并重新注释了TI的DSP程序，并用saber仿真。也曾经为了实现一种新的控制方法，花了几周时间更改编写DSP程序。

　　至于我喜欢并且愿意这么做的原因，是因为我一直相信，开关电源设计是可以用电脑计算出来的。做一个电源很简单，只要应用少量的初等数学，采用大量的工程近似公式，也能够把电源设计出来。而某些无法计算的元件参数，也可以应用经验去确定，这样设计的电源也能够运行。但是要把这个电源做的最优化，就需要应用大量的高等数学，去精确计算电源的每一个元器件参数，使每一个元器件参数都是最优化的。时代在进步，我们不能满足于在纸上进行简单初等的笔算就能设计电源，而是要充分应用电脑，进行大量复杂高等的软件计算，只有这样，才能精确计算开关电源并使其最优化。

　　小编： 看到您在今年的我是工程师的比赛活动中，侧重分享了开关电源关于环路计算方面的实用干货，您在这里也简单的和我们说说吧?

　　新月GG：环路计算的理论基础是古典控制原理，只有理解了控制原理，才能真正理解环路的计算。这里简单介绍下控制原理。如果系统是开环，输出out与输入in的传递函数是G，则out/in=G。如果系统是闭环，在输出out与输入in之间增加负反馈环节，即增加反馈传递函数H，那么得到反馈信号out*H。再将输入in与反馈信号out*H做差，得到误差信号e，即e=in-out*H。最后将误差信号e经过传递函数G得到输出信号out，即out=e*G=(in-out*H)*G。解这个方程，即可得out/in=G/(1+G*H)。当分母1+G*H=0时，即开环增益G*H=-1时，out/in即为无穷大，所以系统是不稳定的。为了使系统稳定，必须使G*H远离-1。而-1在复数域中用极坐标表示，则模为1，角度为180度。模1在对数坐标中，即为20*log1=0。所以当幅频特性曲线上的点为0时，即穿越时，所对应的相频特性曲线上的点必须远离180度，比如相位裕量为30度，则此时分母1+G*H=1+sin(30度+180度)=1/2，则系统是稳定的并留有裕量。同样，当相频特性曲线为180度时，所对应的幅频特性曲线上的点必须远离0，比如幅值裕量为6dB=-20*log(1/2)，则此时分母1+G*H=1-1/2=1/2，则系统是稳定的并留有裕量。

　　环路计算则是计算开环增益G*H的传递函数，而G即为主电路的传递函数，H即为控制电路的传递函数。只有正确推导出主电路的传递函数G与控制电路的传递函数H，才能正确计算环路。推导主电路的传递函数G，一般是画出各个工作区间d1、d2、d3的等效电路，列出状态方程与输出方程。然后在一个开关周期中取平均，即线性化。接着消去中间变量，化简方程，并根据方程画出等效小信号模型。最后由小信号模型得到主电路的传递函数。推导控制电路的传递函数H，需要分别列出滤波器、运放(AZ431)、光耦、芯片的传递函数，再相乘即可。

　　选择运放的RC调节参数，根据以上的环路计算即可画出开环增益G*H的曲线，观察是否满足控制原理的稳定性要求，主要是看穿越频率、中频宽度、相位裕量、幅值裕量是否稳定性的要求。如果满足，则计算结束。否则重新选择运放的RC调节参数，直到开环增益G*H曲线满足稳定性要求。

　　小编：您参加了我是工程师活动，请问您对这个活动有什么看法或建议?

　　新月GG：我是工程师这个活动举办的很好，吸引了很多电源网的网友参与其中。网博公司对电源网的投入是相当大的，这可以从电源网历次举办的各种活动规模与活动奖品上即可看出，网博公司的活动组织与参与人员也相当尽心尽责。尤其是这次我是工程师活动的奖品不是一般的丰富。

　　一点点建议就是：电源网还是需要以讨论电源技术为主，与技术无关的争论感觉没什么必要，更需要避免出现以下这种现象，即抬高自己擅长的技术，贬低自己不懂的技术。希望电源网的网友能够站在更中立的角度去看待问题，能够客观的不带个人偏见的评价某种技术的优缺点，而不是非常片面的人为突出或隐藏某种技术的优点与缺点，甚至把白的说成黑的，黑的说成白的。电源网是一个开放的技术平台，这个性质决定了电源网上会存在大量的新手讨论相对简单的问题，这是避免不了的。但是这并不意味着电源网缺少高水平的工程师，没有最新电源技术的讨论，恰恰相反，高精尖电源技术会随时显现在电源网技术平台上，同时出现新手网友与老手网友均参与讨论的热闹场面。

　　小编：后续在我是工程师的活动里面，还会有哪些动向?分享的重点又会是什么?

　　新月GG：我这次参加活动的帖子是，“【我是工程师】精确计算开关电源-环路是如何计算出来的?”，http://www.dianyuan.com/bbs/1508321.html，希望在活动评选的时候，大家能够投票给我的帖子。

　　我的帖子基本上已经完结，能够分享的也几乎已经分享给大家了，所以不会再有大的更新。但是后续还是会有一些适当的补充，让整篇帖子看起来更连贯，尽量让大家更容易理解帖子的内容，最终目的是大家可以根据我的帖子，自己推导环路的计算公式，最终能自己计算环路。我的这个帖子也需要大家踊跃回帖讨论，有不清楚的地方请随时提出，我会尽我所知回帖答复大家的。

　　环路计算在电源设计中是相对比较难，所以刚开始看不懂也是很正常的，毕竟这不属于本科的课程，而属于硕士研究生的课程。但是通过努力，多看几遍，慢慢理解，多提问，多思考，相信每个人都能够学会。环路的基础是古典控制原理与现代控制原理，如果暂时看不懂，我的建议是先去找古典控制原理与现代控制原理的教科书学习，这样可以达到事半功倍的效果。

　　现在一般电源的教科书，所讲的内容往往不透彻，期间充斥了很多工程化的公式，同时往往给出了解决问题的方法，却无法说明采用这种方法的原因，即知其然而不知其所以然。而且这种方法也不一定科学，仅仅是工程上的近似，有一定的局限性，比如磁芯选择的AP法就是如此。因为如果要讲清楚原因，教科书的重点就无法突出，而且内容可能要增加一倍不止，所以教科书的作者只能模糊化处理，或者干脆不提。

　　我的这篇帖子，则尽量讲清楚其原因，更符合大家的思维。由于为了让更多网友能看懂环路计算，所以避免使用了太高等的数学方法，比如推导过程中的小信号线性化部分避免使用了数学分析里的微分，以及推导工程中的解方程组部分避免使用了高等代数里的矩阵，导致了推导过程略显繁琐，也导致了公式推导略显复杂。

　　开关电源的基础永远是高等数学。建议有能力并且学有余力的网友，可以学习高等数学，包括数学分析、高等代数、概率论、实变函数论、复变函数论、泛函分析、近世代数、数理统计等。如果有了高等数学的概念，比如有了分裂域、无限维、正交、群等的概念，就可以站在高观点上去思考开关电源，从而更透彻的理解开关电源。

　　小结：开关电源与其它电子类、软件类技术一样，属于工程化的学科，本身并不存在很高深的理论知识。这类技术学科的基础是某一个或几个高等数学的分支，要想真正学好这类技术学科，有必要深入学习与其相关的高等数学分支。从而可以站在高观点上去思考开关电源，更透彻的理解开关电源，避免知其然而不知其所以然。只用初等数学并不能设计好开关电源，开关电源的设计需要用到高等数学。

　　PS：感谢新月在百忙的工作之余，接受电源网【我是工程师】星访谈的采访

以下为新月GG的分享帖，可供学习和讨论：

【我是工程师】精确计算开关电源-环路是如何计算出来的？

http://www.dianyuan.com/bbs/1508321.html