簡(jiǎn)介

頻率是開(kāi)關(guān)電源的一個(gè)基本屬性，它代表了直流電壓開(kāi)啟和關(guān)斷的速率。了解開(kāi)關(guān)頻率就可以了解實(shí)際應(yīng)用中電源線路的工作原理。本文是開(kāi)關(guān)頻率設(shè)計(jì)相關(guān)系列文章中的上篇。?

本篇將討論如何計(jì)算開(kāi)關(guān)頻率的關(guān)鍵變量，以及如何實(shí)現(xiàn)更高的頻率。下篇將介紹如何在實(shí)際應(yīng)用中針對(duì)一定的頻率范圍設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源。

開(kāi)關(guān)頻率相關(guān)原理

開(kāi)關(guān)電源利用開(kāi)關(guān)動(dòng)作將直流電轉(zhuǎn)換為特定頻率的脈沖電流能量。電能按照預(yù)定的要求釋放，電感能量和電容能量存儲(chǔ)在電路組件中。與人類(lèi)的心率可以代表健康狀況類(lèi)似，規(guī)律且自我調(diào)節(jié)的開(kāi)關(guān)頻率也代表了開(kāi)關(guān)電源的質(zhì)量（參見(jiàn)圖 1）。所以，開(kāi)關(guān)頻率是開(kāi)關(guān)電源的關(guān)鍵指標(biāo)之一。

規(guī)律的開(kāi)關(guān)動(dòng)作是開(kāi)關(guān)電源工作的主要機(jī)制，頻率在電路計(jì)算中也起到?jīng)Q定性的作用。例如一個(gè)降壓電路，其頻率 (fS) 決定了電感電流紋波 (ΔIL) 和輸出電壓紋波 (VRIPPLE)。 fS?和紋波幅度成近似反比關(guān)系，這意味著頻率越高，紋波越小。ΔIl?可以用公式 (1) 來(lái)計(jì)算：

VRIPPLE可以用公式 (2) 來(lái)計(jì)算：

從公式 (2) 可以看出，頻率fs、電感L的乘積，以及頻率fs和輸出電容C的乘積，作為因子影響計(jì)算結(jié)果。

存儲(chǔ)的電感和電容能量可以使用公式 (3) 來(lái)計(jì)算：

在其他條件相同的情況下，提高頻率可以降低對(duì)電感量和電容值，同時(shí)也會(huì)對(duì)器件體積進(jìn)行優(yōu)化，其實(shí)質(zhì)是頻率提高，單次需要儲(chǔ)存的能量更少，這樣就降低了對(duì)儲(chǔ)能元件的要求；另外，頻率越高，輸出紋波越小，還可以提高電源質(zhì)量。

提高頻率帶來(lái)的其他問(wèn)題

增加fS也會(huì)增加損耗，并直接影響電源的三個(gè)核心指標(biāo)：開(kāi)關(guān)電源損耗、效率和散熱。例如一個(gè)降壓電路，其大部分損耗由導(dǎo)通損耗、開(kāi)關(guān)損耗和驅(qū)動(dòng)損耗組成。而開(kāi)關(guān)頻率直接影響開(kāi)關(guān)損耗和驅(qū)動(dòng)損耗。

驅(qū)動(dòng)損耗是 MOSFET 寄生電容（CGS?和CGD）在驅(qū)動(dòng)電壓下的驅(qū)動(dòng)電流損耗（見(jiàn)圖 2）。 這種損耗主要來(lái)自MOSFET管的寄生充放電（QG）。

驅(qū)動(dòng)損耗可以用公式（4）來(lái)估算：

對(duì)于開(kāi)關(guān)損耗，我們以MOSFET管的導(dǎo)通過(guò)程為例。每當(dāng)MOSFET 導(dǎo)通，電壓和電流都會(huì)發(fā)生變化。 圖 3 顯示出，開(kāi)關(guān)損耗與開(kāi)關(guān)頻率成正比，而 VDS?和IDS?之間的重疊區(qū)域即表示開(kāi)關(guān)損耗。

繼續(xù)閱讀 >>>請(qǐng)復(fù)制下方鏈接進(jìn)入MPS官網(wǎng)查看：

https://www.monolithicpower.cn/202210_1