电源设计的魅力在哪里？

我本不是学电力电子的，所以开始时也并不懂电源设计到底在设计什么。在学校的时候，总感觉电源设计就像是在做一道题，算一个电感，算一下电容，按部就班的去做，做仿真，做实验，搭一个可以输出某个电压，某个功率的电路，就算完成任务。(当然，这或许也是很多企业想要的来的快的所谓研发套路。)

直到两年前，我到某外企做实习生，才算是渐渐打开电力电子的大门。发现一些资深工程师讲“能量”的概念，为什么呢？因为有了能量的概念，就可以理解很多现象，可以分析很多问题（一个波形形状，一段时间意味着什么）。说白了是什么呢？电感可以储能，也可以将能量进行转换（磁场），电容可以储能，也可以将能量进行转换（电场），电阻不可以储能，但可以消耗能量，使其变成热量。而一种形式的电能转换为另一种形式电能的过程就是需要靠储能原件来转换的。那么，能量守恒（伏秒平衡）就在里面起作用了，就像水龙头放水，放一下，关一下，再放一下，再关一下，你放了多少水，就会有多少水出来。那么，控制策略也就起作用了，你怎么放，你是连续不断的隔一段时间放水关水（连续发波CCM DCM），还是放几簇，停一段比较长的时间在放几簇（间歇/burst发波）。放水的过程很像力学中对质点运动的控制，每一个单位时间对质点力的作用，都能使其整体保持一个你想要的运动状态（速度/加速度），就看你怎么控制(控制器是为了简化其设计才引出频域的)。

而这里，最为神奇的也就是能够开一下，关一下的“开关”了。回到水龙头，你开的关的越快，每一滴水就越小，储能的“容器”（电感/电容）就可以越小。也就是高频减小储能滤波器体积的意思。然而，“开关”不是理想的，开它要能量，关它要能量，开着它也要能量消耗。所以，Rdson（导通电阻）就很重要，ZVS（零电压谐振开关）,ZCS（零电流谐振开关）也很重要。另外关着它还要保证它能抗住两端电压，就有了MOS和IGBT两种不同形态。另外，不得不说，它除了不具有理想开关的开关特性，还有我们不想要寄生电感，寄生电容。当然，还有体二极管及其反向恢复问题等等。这些都是导致电源设计中莫名其妙的出现“EMC设计”，“安规设计”，“热设计”，“驱动设计”等一系列玄学出现的根因。

再回到，电感和电容，理想的电感/变压器是什么样？就是只储存我们想要它储能的能量，只释放我们刚才全部储存的能量，然而，实际的电感不听话，因为做不到，他会有电阻（热损耗），会有寄生电容（EMC问题），会有寄生电感（出生高频谐振尖峰的漏感）。电容同样的，除了会有电容的工艺误差，导致能量的存储和释放发生一些不精确，还有ESR，ESL这些不想要的寄生参数。纹波，甚至是功率级开环环路都被它们改变。

说了这些大能量的原件。再看看可以“四两拨千斤”的小原件。检测电路，检测一股能量的大和小，电压算是一股能量，电流也算是。检测一股能量的平均值，就可以作用大能量监测，做一个电源级监控中心（电源输入过压，输出过流，输出过功率告警）。检测一股瞬时能量，就可以用作器件级监控（器件过压/过流失效保护）。检测电路也有问题啊，那就是检测的和实际的总是有偏差，这种偏差可能是有规律的，也可能是没规律的，这就有了一些“处理算法”存在的价值了。
另一个真正“四两拨千斤”的是处理单元，CPU，它可以实现模拟世界和数字世界的衔接，随时通过数字的方式，监督和解决模拟世界里的能量问题。但它也有问题，模拟和数字不是无缝衔接，(ADC/DAC)总有一定的精度上的，实时性上的误差，导致能量的监督和执行出现些微的偏差。再有，数字世界本身就不是一个完美的世界，离散周期越长，越失真，那么这样的“四两拨千斤”处理出来的大能量也可能会有很大的错误。离散周期越短，相对精度越高，但是“心脏起搏器”晶振也不会有原子钟那么精准，这个纳秒和下一个纳秒丝毫不差。这又会导致实际上这个纳秒写的0101的完美二进制回到模拟世界仍然不是绝对0101对应的那么完美，以弱控强，控制的大能量也不是绝对你想要的。
就在这种情况下，人类一步一步在储能器件，开关器件，检测器件，处理器件上挖掘创新，才有了今天这么“接近”理想的能量控制方案。然而，在不断解决方方面面的细微处的问题，还想把它做的更小，能控制的能量更大，这就是电源设计不断追求的。所以，并不是一人之力就能革新的。
但，电源设计的魅力，也许就是在不美好中找到让它哪怕稍微美好一点(如提高0.01效率？)的解决办法。