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如何学习功率电子学？
文章分类：
& 作者：evans Joe
& 来源：知乎
& 时间： 2:36:49
延迟这么久才写，十分抱歉，现在是重度拖延症患者，不过这年头不得个这病都不好意思出门。
首先，在我的理解中，电力电子的基础是对信号的处理，如果说电子设计偏向的是对一种弱电信号的处理，那么电力电子是一种对强电信号变换处理的学科。在电子设计中，我们通过模拟或者数字电路调制放大信号，得到我们所需的信号，或者利于高速传播的信号，所以电子设计是一种对信息的处理，一些技术要求是信噪比，失真度，频率响应之类的。其实，电力电子和电子设计也是异曲同工之妙，世界上万千负载，所需千化万变，我们需要调制和处理强电信号，将源头的电力信号转换为可以让负载work well的电力信号。电力电子就是通过半导体开关的非线性动作来完成调制和处理功率信号。
所以我强调的一门基础课程是线性系统与信号分析，这是我深深的体会，想要玩转电子设计，不仅在弱电设计，信号处理的一些基本理论、思想和方法广泛的应用在电路暂态分析、控制环路分析、EMI滤波器设计等等在电力电子中十分重要的环节。我在上原来在CPES徐明老师的课时，他强调如果你只会和传统教科书一样，看电力电子的时域波形和模态，然后T1，T2，T3.....的分析，那么你的眼界太小了，往往很难看到实质。
举几个应用的例子，当我在上本科的时候，看到阮新波老师的移相全桥的文章，当我看到他在每个模态后边轻松的给出关键变量的时域暂态表达式时，满心佩服。后来我发现在s域把这些电路模态之间的切换可以轻松表达出来（原谅我的迟钝，本科的信号处理这门关键课程被一个毫无经验，刚上岗的教师毁了），将时域的微分方程轻松的转换为线性方程组，求解电路全响应在转换到时域即可。这个方法对于暂态的分析使用十分普遍和广泛，也是信号处理里最基本的内容。
另外一个例子，门级驱动电阻的设计，在教科书里是不是随便说5-100欧左右。其实如果你想仔细的设计门级驱动电阻，那么信号分析的手段又要使用了。
上图是开关管开通瞬间的示意图，没错，就这么简单的模型，驱动电阻、驱动回路电感、栅源极电容构成一个LCR谐振回路。这就是一个典型2阶系统，如果想要使得电容上电压没有超调和震荡，也就是Vgs没有电压尖峰。那么这个LCR谐振系统的特征方程就应该有两个实数根。自然就可以得出驱动电阻阻值的限制。最后求解出来是一个Rg的下限，你不能比这个低。关于上限的求解我就不讲了，有兴趣的可以看下桥臂cross-talk现象产生的桥臂直通，同样的分析手段。
信号分析方法的还广泛应用于电力电子系统建模、小信号分析、控制稳定性分析等等领域中，包括现在研究前沿离散时间精确建模、虚拟阻抗控制、分布式逆变器并联稳定性、系统级联稳定性分析等等。
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夯实基础后（所谓基础就是我说的信号分析和已有答案中的控制原理之类），建议精心阅读一本具有全面性介绍电力电子学科的书籍，提升你对电力电子的理解和眼界。这本书当然就是《Fundamental of Power electronics》。 可以参考的一个回答，他对这边书已经详细介绍了。
通过在实验室一段时间的锻炼，然后就要明确自己的研究方向了。明确方向后，一定要拜读下你这个方向的经典书籍，比如磁设计方面的书籍，《Transformer and inductor design handbook》. 逆变器和整流器控制方面的脉宽调制方法，《Pulse Width Modulation for Power Converters Principles and Practice》。这些书籍都是由该研究领域的顶尖大牛所写，认真阅读理解后，可以对现有技术有一个全面而系统的认识。
在泛和专的阅读书籍期间，你可能已经跃跃欲试了，说不一定脑海里已经有了自己的idea。不过别急，很重要的一点，电力电子是一门工程实践性学科，如果你不动手，上面做了那么多的努力全白费了。这个阶段你应该注重工程经验的积累，因为真正的问题来源于工程，真正的应用也在工业界。如果你一味的做paper design，做一些控制，也许可以发文章，但是我想说的是: You are not a power electronics guy, you are a control guy. 你也许这辈子也无法理解电力电子的精髓了。Build your own converter！参加一些项目，虽然可能会非常辛苦，作为一个电力电子的学生，你要自己打孔、拧螺丝，这些都是常事。在工程实践的过程中，你会做一些物理设计，你会解决散热，解决EMI不符合要求，解决控制干扰不稳定的问题等等，而且有一个你的好伙伴“炸机”会时常来慰问下你，搞得你心烦意乱，心灰意冷。这时候一定要找到问题（往往是最关键的一步），找到问题的实质，就是你成功的基础，然后利用分析手段解决问题，再去实际实施。这个过程就是非常有价值的，具有工程应用意义的技术和方法都是在解决实际实施中遇到的问题得来的。如果你发现了一个十分有意义的问题，那么，Dig it deep! 要沉下心来非常细致的研究和解决问题（我做不到呀！），那么你的工作会非常有价值。
如果你想紧跟最新的研究成果，那么你还得阅读大量的paper，这也是解决问题的手段之一，看看那些和你遇到同样问题的伙伴怎么做的，往往很有启发。
这里给出部分我熟悉领域的顶尖大牛。
DC-DC： 这个我不用说了吧，CPES的Fred Lee，他就是DC-DC的丰碑。专注DC-DC 30年，他的学生，他的同事的文章都是非常有质量的。用CPES 徐明的话说：“别以为Buck没什么好做的，我自己带的博士有15个靠做buck毕业的。Intel VRM 10年的发展就是由我们推动的。”听了这个你还有什么好说的，快去看文章吧。国内的话推荐阮新波老师的文章，是比较用心的。他的研究也比较系统性。在移相全桥、三电平直流变换器方面做出了卓越贡献。
AC-DC：首推ETH的文章，J.W. Kolar。这位教授专注AC-DC 20年，不仅发明了vienna整流器，其做的变换器样机秒天秒地，这家伙在别人还在20-300Khz做AC-DC变换器的时候，他已经做到1Mhz了。我觉得他是我见过实验室把样机做的最产品化的人，功率密度高的令人咋舌，是我很佩服的一位教授，如此完美的把工程和理论结合。另外推荐的是CPES的Dushan Boroyevich&教授和UTK的Fred Wang教授。他们的AC-DC研究也是学界和工业界公认非常牛逼的。
其实还想说点其他内容，但先写到这里吧，我是个很懒的人，写这么长已经很难得了。哈哈，祝每一位致力于电力电子的同行，做出令自己的满意的成绩。谢谢！&
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《电力电子学：电力电子变换和控制技术》【转载】
编辑推荐语
& &&&陈坚、康勇主编的《电力电子学：电力电子变换和控制技术(第3版)》以电气工程、电子学和控制理论最基本的原理为起点，完整、系统地讲述电力电子变换和控制技术的基础知识、新技术的发展和应用前景。鉴于改进教学方式，例如采用多媒体教学，可以提高电力电子学课程的教学效率，本书所选内容较以往50学时课程内容要多一些。为便于自学，重要内容的分析和重要公式的推证都比较详细。每章最后有小结、复习题及思考题。
& &&&陈坚、康勇主编的《电力电子学：电力电子变换和控制技术(第3版)》 为普通高等教育“十一五”国家级规划教材，是基于普通高等教育“十五 ”国家级规划教材《电力电子学——电力电子变换和控制技术》(第二版) (2004年12月由高等教育出版社出版)六年多的使用情况并参考国外出版的 相关教材的体系、内容作了增、删修订。 第三版修订原则是：以电路理论、电子学和控制理论的基本原理为起 点，完整、系统地介绍电力电子变换和控制的基本知识和新技术的发展， 论述电力电子变换电源和电力系统中电力电子补偿控制技术。第三版共分 10章，保留了第二版的体系结构：电力电子开关器件，直流／直流、直流 ／交流、交流／直流和交流／交流四类电力电子变换器，辅助元器件和系 统，谐振开关型变换器，多级开关电路组合型电力电子变换电源，电力电 子开关型电力电子补偿控制器。鉴于全控型开关器件的广泛应用、控制技 术的新发展以及电力电子技术的应用已逐渐从电力电子变换电源扩展到电 力系统中高压大功率电力电子补偿控制，第三版各章内容都有一些修改、 调整，使《电力电子学：电力电子变换和控制技术(第3版)》内容的选取和 安排更趋合理、完善。 《电力电子学：电力电子变换和控制技术(第3版)》配有精选的四个教 学实验，也已录入与《电力电子学：电力电子变换和控制技术(第3版)》配 套的多媒体课件光盘，以供选用。 《电力电子学：电力电子变换和控制技术(第3版)》适用于电气工程及 其自动化专业、自动化专业及其他相关专业的本科生，可用作相关专业研 究生的参考书，也可供从事电力电子变换和控制技术的工程技术人员使用 。
& &&&陈坚，1935年生。1958年原华中工学院电机系毕业，留校任教至2006年退休，其间于在加拿大多伦多大学做电力电子技术和电力传动控制研究工作。从事电气工程及自动化教学工作40余年，曾为本科生、研究生讲授电力系统暂态分析、电子技术、电力传动自动控制、电力电子学、交流电机变速传动控制基础及高等电力电子学等基础课和专业课，已培养硕士、博士研究生80多人，被评选为全国优秀教师。从1971年至今，从事电力电子技术及电力传动自动化领域的研究工作。在逆变器控制技术和交流电机传动研究方面做过系统的理论研究，曾编写3本教材，发表论文100多篇。曾任华中科技大学电气与电子工程学院学术委员会主任、教授、电力电子与电力传动专业博士生导师、中国电力电子与传动控制学术委员会副主任、中国电源学会副理事长、IEEE高级会员。 康勇，华中科技大学教授、博士生导师，电气学院院长。1994年华中理工大学博士毕业，留校任教至今。曾为本科生、研究生讲授基础和专业课9门，已培养硕士、博士生90多人。一直从事电力电子与电力传动领域的科学研究，先后承担包括国家、省部级重要科研在内的100多项科研项目，在电力电子装置的数字控制、新型电力电子电路、交流传动、电磁兼容、电能质量控制、新能源发电等领域做过多年研究，曾获国家科技进步三等奖一次、省部级科技奖励多次。获国务院政府特殊津贴。发表论文200多篇.获发明专利授权12项。曾获教育部新世纪优秀人才、湖北省高等学校跨世纪优秀学术带头人、湖北省新世纪高层次人才工程人选、“中达学者”等称号。现任中国电源学会副理事长、湖北省电磁兼容学会副理事长、全国电力电子标准化委员会LJPS技术委员会副秘书长。
第1章&&电力电子变换和控制技术导论
&&1.1&&电力电子学科的形成
&&1.2&&电力电子变换和控制的技术经济意义
&&1.3&&开关型电力电子变换基本原理及控制方法
&&1.4&&开关型电力电子变换器的基本特性
&&1.5&&开关型电力电子变换器的应用领域
&&复习题及思考题
第2章&&半导体电力开关器件
第3章&&直流／直流变换器
第4章&&直流／交流变换器(逆变器)
第5章&&交流／直流变换器(整流器)
第6章&&交流／交流变换器
第7章&&辅助元器件和系统
第8章&&谐振开关型变换器
第9章&&多级开关电路组合型电力
&&电子变换电源的应用
第10章&&电力电子开关型电力补偿、控制器
附录A&&傅里叶级数
附录B&&常系数线性二阶微分方程的通解
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