ADI：关于开关频率需考虑的因素

作者：Frederik Dostal，ADI 现场应用工程师

开关模式电源采用固定、可调或与外部时钟同步的频率进行开关转换。开关频率值决定了电源电容和电感的外形尺寸，因此也决定了其成本。为设计出小型低成本威廉希尔官方网站 ，设计人员开始使用更高的开关频率。

根据其数据手册技术规格，开关稳压器IC中内置的振荡器通常可用于非常宽的频率范围。例如：单片ADP2386降压变换器IC可确保其开关频率在设定值的±10%范围内。其他常用的开关稳压器IC则指定为设定值的±20%或更高范围。由于ADP2386开关频率具有±10%的变化范围，在极端情况下，ADP2386使用RT将开关频率设置为600 kHz，即可在540 kHz和660 kHz频率下进行开关转换。

图1.ADP2386降压变换器，其开关频率由电阻RT设置

在设计威廉希尔官方网站 时，必须考虑到开关频率可能会有20%的变化，由于流经电感的峰值电流会随实际开关频率有所不同，因此，电感电流纹波会直接影响输出电压纹波。

图2.受开关频率变化影响的峰到峰线圈电流纹波

图2显示了开关频率对电感电流纹波的影响。图中，600 kHz的标称开关频率以蓝色显示。最小（540 kHz）开关频率以紫色显示，最大（660 kHz）开关频率以绿色显示。在600 kHz的标称设置频率下，当稳压器在540 kHz频率下开关时，可以看到峰峰纹波电流为1.27 A。但是，在600 kHz的相同频率设置下，开关稳压器也能够在660 kHz频率下开关，相应的纹波电流为1.05 A。在此例中，220 mA的线圈电流纹波差异可能是由于威廉希尔官方网站 中不同组件的开关频率变化导致的。这已经超过了整个允许的温度范围。

开关稳压器的限流值设置必须考虑这个因素。峰值电流必须足够低，才能确保在正常运行期间不会激活现有的任何过流保护。

请注意，本例未考虑所有其他可能出现的变化因素，如电感和电容值变化。

图3显示了不同的电流纹波变化的相应输出电压纹波值。威廉希尔官方网站 设计为开关频率为600 kHz时产生4.41 mV纹波电压。在540 kHz开关频率下，纹波电压为5.45 mV；在660 kHz开关频率下，纹波电压为3.66 mV。

图3.在开关模式稳压器IC中，开关频率变化导致的输出电压纹波变化

本例中，考虑的唯一变量就是允许的温度范围内开关频率的变化。在实际应用中，可能存在许多其他变量，如电感和电容的实际值变化。这些亦受工作温度的影响。但是，我们也可以假设，在大多数情况下，开关频率的实际变化不会达到±10%的限值。通常，开关频率会在指定范围中间的典型值附近变化。为了系统地考虑电源中的所有动态变量，我们可以通过蒙特卡罗分析找到答案。其中不同分量和变量参数的变化根据其发生的概率进行加权，并相互关联。使用ADI公司免费提供的LTspice®仿真软件可进行蒙特卡罗分析。

有关如何在LTspice仿真中改变参数的更多信息，请参阅Gabino Alonso和Joseph Spencer撰写的文章“利用最少的仿真运行进行最差情况的威廉希尔官方网站 分析”。

作者简介

Frederik Dostal曾就读于德国埃尔兰根大学微电子学专业。他于2001年开始工作，涉足电源管理业务，曾担任各种应用工程师职位，并在亚利桑那州凤凰城工作了4年，负责开关模式电源。他于2009年加入ADI公司，并在慕尼黑ADI公司担任电源管理现场应用工程师。