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说说我的十几年电源设计之路(三)(转载)

说说我的十几年电源设计之路(三)(转载)

我也不知道为什么自己要选择到上海来。可能是因为在合肥没有合适的公司要我。也可能是上海这个城市充满了机会。事实上当时的上海环境并不优美,黑黑的苏州河贯穿整个城市,臭气熏天。很多街道非常狭窄,每次乘公交巨龙车穿行在这些小巷的时候,我就惊叹于司机的水平真高!上海人排外吗?排外!但是欺生其实在世界各地都会发生。排外的往往是一些素质低下的人,这种人哪里都有。见过世面的人,反而包容性更强。另外,排外还有一种原因,是因为人口密度太大,资源有限,人与人之间竞争生存资源,自然会有排斥现象。真正接触下来,其实人都是一样的,与地域关系不大。有的只是文化和风格上的差异。

我的第一个公司,是上海航天局下属单位,前身是空间电源研究所,后来厂所分家。分出了一个上海新宇电源厂,现在这个厂已经破产分家了。做为一家国企,带着很明显的国企色彩。比如当时我们同时进去的几个年轻人,党员就会被领导重用。当然,估计还有一些背后的人情问题。当时公司有两块业务,一块是电力上用的直流柜,一块是矩形镍镉电池。其实以前也生产圆柱形镍镉电池的,在上海曾经小有名气,那时候的新宇电源厂,要进去是需要托关系的。 但我进厂的时候,这个企业已经在苟延残喘了。后来生产圆柱形电池的那部分,拆分出去和香港公司成立新公司了。我的任务就是因为公司领导看到电动自行车这个市场,想开发大容量的镍镉电池进入电动自行车市场。因为这个产品生产过程的污染很严重,不许在市区生产,所以公司在上海南汇泥城横港村有个生产基地。我到了公司不久,就被发配到了生产第一线的南汇车间去实习。那时候的心理落差真大啊!事实上后来的开发工作就没有真正开展起来,一方面公司已经没有人专心做研究,另一方面人才凋零,仅有的一个博士,化学水平差的还不如我。还好从炮兵部队退伍的车间主任杨岳平很信任我,给了我很多支持,我也帮助他解决了一只困扰他的生产上的技术问题。我还设计了一个废料回收,降低生产成本的方案,后来老杨经过试验采用了,公司因为这个给南汇的车间发了奖金奖励。我那时已经不在电池生产部门,但老杨还是给我发了奖金。南汇那个地方,适应下来还真的不错,空气很好,夜里可以看见满天星斗。周围的人也很淳朴。南汇的西瓜8424,桃子,桔子都很好吃。

大约在南汇待了一年,我回到位于老沪闵路的总部。在实验室里混日子。一天晚上在宿舍聊天,我哀叹这个日子这么混下去可怎么办,还不如去公司做直流柜的那个部门呢。说者无意,听者有心,同宿舍的一位室友,我们同一年进的公司,在直流柜的部门担任销售工作,他把这个信息告诉了他们的头,直流柜部门的负责人。他们的头对我印象不错,于是说如果我愿意,可以过去。我考虑着,这么混日子,真的是没有出路,要跳槽的话,要赔付2万块的违约金。我没有那么多钱。既然这样,就来个公司内部跳槽吧。于是我就到了新的工作岗位上。从事的是直流开关柜的调试与技术支持工作。说白了,就是一个技术工人。别人把线接好,我去开机检查各项功能是否正常,如果有问题,需要解决。还经常会有出差维修的工作。如此熬了一年,我进步飞快,领导终于让我进行设计工作了。

其实,直流柜的设计,属于电气级别的系统设计,我个人感觉比电子电路设计要简单的多,就是模块化的应用。核心用PLC来控制,配合继电器和电源模块来完成系统的功能。 在这段时间里,我对职业发展作了反思。化学和电子,我将来究竟应该走哪条路?事实上可能都能走的通的。因为后来有一位曾经在南汇见过一次,在世界上最大的镍产品公司——加拿大的Inco公司任职的胡蓉晖博士主动给我打电话,说有一份不错的职位,觉得我不错,问我愿不愿意过去。不过那时候,我已经走在电源这条路上,不想再回头了,但是很感谢胡博士对我的赏识。 我当时的想法,化学,一直没有合适的公司给我机会,我学的是理科,不是工科,更适合进一些研究所什么的。但是研究所等地方一方面对学历要求很高,另外是需要熬资历的。我对大学里实验室里的那种学术环境有些害怕,根本不想再回到研究所那种论资排辈的地方。那么电子呢,从电诞生的那一刻起,电子行业就在不断发展,而且只要有用电器的存在,就会有电源的需求,至少短时间内,电源这个行业是不会衰败的。于是,我下定决心,改变自己的发展方向,往电子和电源这个方向发展。

工作之余,我开始看关于开关电源的书,最早接触的一本,是张占松、蔡宣三编著的《开关电源的原理与设计》,貌似那时候也没的选择,开关电源的书很少。在看这本书之前,我根本不懂什么叫开关电源,也不知道什么BUCK、BOOST、正激、反激、推挽、半桥、全桥,更不懂什么叫PFC。说实话,这本书写的不是那么通俗易懂,甚至知识结构的安排上有些乱。但不管怎么说,我的开关电源设计入门,还是从这本书开始的。后来又买到了《实用电源技术手册》丛书的几本。还是像以前那样,看一遍不懂就看两遍,每多看一遍,思考一次,就理解的多一些。而且,从那以后直到现在,我都是没有师傅教,全部靠自己自学。 不怕大家笑话,当我第一次看到BOOST的电路结构的时候,心里想的是,当这个开关管导通的时候,这电路输入不是短路了吗?后来才想明白,这正是开关电源和传统的线性电源之间的差异,要用带时间性质的瞬间去分析电路,在高频特性下,电感是有感抗的,电流在短时间不会变的特别大,那样就不是短路了。

其实分析开关电源的功率变换回路,一个很基本的原则就是电感电流不能突变、电容电压不能突变。把握了这个基本原则,很多原理性的东西都很容易就可以理解了。 学习的过程需要一个渐进的理解,这个是需要时间去理解一些细节上的东西。一开始学习的时候,为了化繁为简,可以先把一些东西理解为理想化的东西。例如MOS管,一开始学习开关电源的时候,就把它当成一个理想的电压控制开关就行了。等到熟悉了一些基本的知识,再去看MOS的一些非理想性的参数,导通电阻、结电容、体二极管,然后是结合在这些参数背后对电路性能和原理的影响等等。就好象作家画人体画像的时候,其实在他的眼里,先是有了骨架,然后才有了肌肉和皮肤。我们在学习过程,首先也是需要掌握那些主要的原理,然后在做这个基础上学习细节。 对于磁性元件的理解。其实主要就是集中在法拉第电磁感应定律、楞次定律等几个基本的定律上,再加上一个磁场能量和电场能量互相转换的概念,基本上就应该能全部理解了。当然,这是基于理想情况下的。当要考虑一些非理想性质的时候,就需要慢慢了解关于材料性质、分布电容、磁导率、绕组结构。进一步要追寻关于邻近效应、趋肤效应产生的原因,以及如何消除它们的影响。

再进一步,要知道电磁兼容和安规对变压器结构的要求,以及如何把协调一些互相矛盾的参数之间的关系。这些是需要一方面理论学习,一方面通过实验验证并思考总结的东西。需要多思多实验多总结。至于变压器的匝数计算啊什么的,一旦你理解了真正的原理,根本不需要去套用那些别人总结出来的公式。 在那段比较清闲的时间里,看了不少基本原理方面的书,但是缺乏实战经验。因为我们公司当时的充电机,主要是工频的磁放大式的和可控硅调节导通角的那种,没有我们目前所言的那种真正的高频开关电源。有句话说,机会只留给那些有准备的人。我想这句话对我来说,真的是得到了应验。因为不久以后,领导不知道从哪里搞来一个高频开关电源的样机,说是这个东西现在开始流行起来,想在我们公司也做起来,替代当前在使用的工频电源。但是这个开关电源的设计难度不小,当时公司里的电子技术人员,没有人敢接手。我知道了以后,觉得这是一个极好的机会,反正这么混日子下去也没有大出息,不如尝试一下看看。于是我向领导来了个毛遂自荐。领导反正也觉得没有人敢接,不如交给我试试的念头,就把这个项目交给了我。

现在总结一下,这个项目是一个220V输入,300V10A输出的,3000W的高频开关电源充电机,没有PFC电路,有恒流与恒压两个工作模式。参考当时样机的电路,我用的是3525控制的硬开关全桥电路。也是因为做这个项目,我才接触到了protel软件,学会通过protel设计原理图和PCB。其实,这个电源不能算我设计的,只能算是仿造的。基本电路、元件参数都是参考那台样机的。那段时间,画电路,画PCB,跑电子市场,联系供应商,一个人忙的不亦乐乎,也特别充实。幸运的是,样机做出来了,一次上电就能工作。当然,在随后的实验过程中,也曾经炸过机,但都能找出原因。那时候的实验条件也很艰苦,只有一台很破的模拟示波器,几个万用表。做出来的电源,也就是能正常输出电压电流,根本就没有考虑电磁兼容和安规等。一个典型的山寨电源。不过,这的确是我做出来的第一台真正意义上的高频开关电源。完成这个项目以后,我的信心增强了很多,开始盯上了更先进的开关电源技术。   

《开关电源的原理与设计》这本书中,讲到了移相全桥的ZVS软开关电路,而《实用电源技术手册》丛书中,有一本是讲器件的。其中提到了控制移相全桥的控制IC,比较常见的是ML4818和UC3875。我先联系的ML4818的供应商,可惜对方了解了我们公司是个小公司以后,就不愿意再理我了。后来联系了UNITRODE的代理,很感谢这位代理,即便了解到了我们公司是个小公司,还是很支持我的工作,给我提供了样品。从那以后,UC系列的控制IC,就是我设计电源的首选。联想到最近我想研究一下FAIRCHILD的集成LLC谐振功率变换器,向Fairchild公司申请样品被踢来踢去的感受,我真的觉得一个公司能走多远,和这个公司的企业文化有很大的关系。这几件事,也时刻提醒我自己,不要因为对方的弱小而冷漠,也不要因为对方的强大而谦卑。

有了控制IC,有了做开关电源的基本经验,有了基本的设计能力,我开始了我的首次软开关设计之旅。而公司由于资不抵债,为了摆脱银行贷款,则开始进入了破产流程。当我的软开关电源样机刚刚完成的时候,公司完成了破产程序。我这时候已经一点留下去的心思也没有了,去意已决。在这个公司的几年时间里,除了一些技术问题让我还觉得有点意义,公司的管理上混乱不堪,一点希望都看不见。在这个软开关项目中,我尝试了两个新技术,一是移相软开关,另一个是倍流整流。而后来的的设计经验告诉我,在经验不够丰富的时候,不要一次尝试太多的新技术,那样不容易做好。这个项目也是这样,虽然样机做出来了,但由于采用的过多的没有尝试过的新技术,机器的工作不稳定。但已经没有时间给我继续改进了。

我找到了新的工作,我辞职了。抛开少数几个人之外,大多数人对我的印象还是不错的。我的离职,有很多人觉得很可惜,但是同时也觉得留下来对我没有前途。人事经理一直记得是我帮她修改的Foxbase软件,解决了软件中的千年虫的问题。那也是我比较得意的几件事之一。其实,抛开组织的结构来看,公司里的绝大部分人都是挺好的,虽然各自都有些缺点,但人无完人嘛。那为什么这些人组合起来的公司,就那么让人不满意呢?我想这就是组织架构,领导用人的艺术问题、企业文化和信念的问题了。也有些人表现的很奇怪,当我还在公司里的时候,喜欢给我冷脸看,当知道我在外面找到新工作,薪水翻了好几番以后,对我的态度来了个180度大转弯,真让人捉摸不透。 但是不管如何,2001年的春节过后,我来到上海的第四个年头,因为公司破产,我不用支付违约金,就可以离职了。

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