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淺談電力電子領域

我經歷甚淺,只是想分享一些目前所見所聞,供給「剛接觸」或「碩0」等閒雜人士了解電力電子到底在幹嘛?以及研究所有那些課程可以修,有見解的大老們也可以留言分享。 如果要我簡單一句話描述這門科學,我要說:「如同excel一樣,容易上手,但難精通。」 而教授們常說:「電力電子就是吃不飽也餓不死的科技業。」(如果跟ic廠比較的話,人家的地板是我們的天花板一云?這也要等大老們分享證實了) 文章會分成幾個小節 一、日常所見的電力電子產品 二、研究所專業課程 三、工作 四、雜敘 那麼直接進入內容主題 一、日常所見的電力電子產品 這東西可能有修過電力電子學的朋友們都再清楚不過了,不過沒接觸過的朋友不用擔心,我就稍微點一下。簡單來說電力電子也就是交流(AC)與直流(DC)兩者之間電能的互換而已。什麼而已!就為了將AC轉為DC,或是DC轉為AC,或是DC轉換不同DC值,我也是花了至少研究所兩年,才漸漸看清輪廓呢。而電能轉換最重要的也就是效率,我們都知道能量守恆定律,當輸入100W,輸出只有20W時,這些能量最簡單容易就是變成熱能,你總不會希望拔個充電器被燙傷吧。 反正呢!只要需要用「電」的產品,像是手機的充電器(AC-DC)、電腦中的主機板內部電源(DC-DC)、馬達控制(AC-DC-AC)...,都需要我們的存在,更不用說未來移動式載具的普及,電能轉換器需求可說是大幅度提升(但薪水沒有......)。如果沒有了穩定的電源,也就沒有了如今看到這麼先進的高科技產品,但千萬不要看到這裡就覺得好像很熱血,一股腦兒的衝進來想讀此專業,作為畢生的生活消遣,請讓我娓娓道來。 二、研究所專業課程 電力電子其實是一門相當多門專業科目整合為一的領域,從最基本電子電機領域 <大學部必修> -電路學 -電子學 -電磁學(EE硬體工程師"可能"有概念比較好) -控制系統 -C語言(FW韌體工程師必修) -微控制器(FW) 一直到<碩博班>(先不要博士...)的專業課程 -功率半導體 -電力電子學(最基本,又稱交換式電源轉換器Switching Power Supply) -數位控制(FW可修,有點概念不錯,但是唐詩三百首一樣,可能只記得不到三首) -切換式電源與積體電路(可選修,稍微了解做power ic廠在幹嘛) 而為何碩博班的課這麼少呢?因為電力電子學是一個門派的統稱,裡面的電路架構對初學者來說已經是多到看不完了, 從最基礎的非隔離型DC-DC架構就可分為升壓(Boost)、降壓(Buck)、升降壓(Buck-Boost); 隔離型DC-DC從返馳式(Flyback)、全橋(Full-bridge)、半橋(Half-bridge)、推挽式(Push-pull); AC-DC最常見功率因素修正器PFC(也就是boost);還沒完勒,上述的只是責任週期控制(Duty control); 還有頻率控制的LLC、LCC、CLLC...有完沒完,還真的還沒完,你去看看IEEE三不五時印度仔都會突發奇想一些很酷(?)的電路架構,有沒有實用價值是其次,但是很coolllllllll~可以發paper,還有點數可以拿,教授不愛嗎? 不過真正業界常用的也就那幾款電路,第三章會稍微提到。 其實還有很多,像是電路布局(Layout)、散熱片的選用...里里叩叩一大堆,其實都可以不用理他(看各位待的實驗室的功力),反正只要你的電路在畢業前不要燒毀,可以產出優良可發paper的波形,那麼你就可以畢業啦!(喴~) 不過上述的電路架構,其實也就是要做電力電子EE的基本功,而如果你想做電力電子的FW(千萬別想不開),那麼你還須具備多項能力,也就是對一顆微控制器(MCU)能做什麼事,要有基本的認知外,你還要會寫C code,反覆翻著Datashit或是上網如何設定MCU底層設定答案外,基本的通訊方法(UART、CANBUS、I2C、SPI...)會的話更好,因為既然走向數位化了,資訊必然需要可以溝通。等等,你說這些東西有人教嗎?某些學校資工系好像有(成大Wiki)。雖然這些東西都已經行之有年了,而且幾乎每家MCU大廠也都包好API可以直接使用了,但老闆們你們不要以為這麼簡單好嗎?不然你自己下海下來從零開始學習阿!(抱歉,帶入了一點個人情緒) 總之,MCU也是一池很深的池子呀,也是一個易學難精的領域。 三、工作 先談一下電力電子出去可以從事何種職位,以及他們在產業界中的定位好了。 - 電源廠: 台達、光寶、康舒、明緯...... 都可以屬於電源零組件代工廠,你可以拿起你的筆電充電器,不外乎就是這幾間做的。因為消費性電子產品一定都要電源,所以這個產業的餅很大,雖然毛利已經被壓得很低,但還是像便當店是必要的存在。 在電源廠常見的職缺不外乎就是EE、FW,與ME一起合作,開發出能夠量產的電源產品。 那麼EE幹些什麼事呢?所有電阻、電容、電感、OPA、功率開關等,你電路板上看的到的東西,除了機構,都是EE需要負責設計(Copy?)與開發驗證的,所以在這裡你常常看到EE有各式各樣的支線任務,NPC不會駐點,會主動找上你; 那麼FW呢?如果是數控的話,那麼你也逃不掉。EE也絕對會三不五時看到問題就呼喊你,儘管不是數控,EE還是會呼喊你,畢竟你兄倆可是好麻吉。另外FW又別名擦屁股工程師,儘管去別的領域也是一樣。 - 品牌廠: 華碩、MSI、HP...有品牌的 像筆電的充電器輸入電壓是19V,而一台電腦裏面有許許多多需要吃不同電壓規格的IC,所以這裡面電源轉換的需求也很大。 - 電源IC廠: 德州儀器、MPS、立錡...... 許多量大並且功能單一的電源,多半都是純類比電源,而這些類比電源都需要類比控制IC,這些公司中可以說是含金量比較高的(跟電源廠比較起來),畢竟電源廠若要做類比電源,也不會自己兜一個控制IC,會去找相對應電路的控制IC,所以才會說含金量高。 在電源IC廠職缺會有Application Engineer(AE)、FAE(Field Application Engineer)、DE(Designer),簡單來說DE就是負責規劃類比控制IC,那又是不同領域了,是需要更多半導體專業的領域,那麼DE設計出來的晶片,誰來幫忙兜線路驗證呢?那就是AE要來做驗證版,來確認DE所生產出來的IC可以應用在某某電路架構上;最後就是這些晶片驗證完,要賣給客人啦(電源廠、品牌廠),所以當客人在應用你們家的IC有問題時總要有負責窗口,那位就是FAE,負責應付各式各樣客戶的問題,能解決的就解決,不能解決的再回報原廠支援。 其實在科技業中每個職位你都有機會,只能看你有沒有明確的目標,我也有認識的諸位朋友,雖然從電力電子領域畢業,也是在科技業的其他領域發光發熱,只不過大部分還是會選擇比較熟悉的領域繼續摸索。 四、雜敘 各行各業都有他的專業所在,有人負責踢皮球,有人負責擦屁股,有人任勞任怨,有人能力強負責規劃,有人負責打混摸魚,有人看似認真但也不知道在幹嘛......反正就是我們這些人,促成公司與社會這樣微妙的和諧。IC廠賺的可與醫學系的醫生相提並論,但他們對該領域的學習與認知並非一蹴可及,看到許多同學2.5~3.5年才畢業;電力電子雖然好入手,但一些核心的控制方法,還是需要歷練豐富的前輩們提攜,雖然不難理解,但當看到問題到提出解決方法,這過程是不簡單的。當然錢沒有在嫌多的,如果有機會,當然想往更高的地方跳,這就需要前輩們給予後輩們一盞脫離電源廠的明燈了。
愛心
哈哈
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