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开关频率需考虑的因素有哪些

开关频率需考虑的因素有哪些

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余英姿

2021-3-11 14:21:08
  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。
  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 1.ADP2386 降压变换器,其开关频率由电阻 RT 设置
  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 2. 受开关频率变化影响的峰到峰线圈电流纹波
  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。
  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。
  
  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
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