電源設計技巧十例:為電源選擇最佳工作頻率
發布時間:2013-07-26 責任編輯:eliane
【導讀】suizhehuanbaojienengyishidetisheng,ruheshejigaoxingnengqiehuanbaodelvsedianyuanchengweigongchengshideshouyaonanti。weilebangzhugongchengshijiejuezhefangmiandenanti,benzhansoujiledianyuan開關設計技巧係列文章,對電源開關設計技巧做出了詳細的說明,希望能為工程師朋友們帶來幫助。
為電源選擇最佳的工作頻率是一個複雜的權衡過程,其中包括尺寸、xiaolvyijichengben。tongchanglaishuo,dipinlvshejiwangwangshizuiweigaoxiaode,danshiqichicunzuidaqiechengbenyezuigao。suirantiaogaopinlvkeyisuoxiaochicunbingjiangdichengben,danhuizengjiadianlusunhao。jiexialai,womenshiyongyikuanjiandandejiangyadianyuanlaimiaoshuzhexiequanhengguocheng。
我(wo)們(men)以(yi)濾(lv)波(bo)器(qi)組(zu)件(jian)作(zuo)為(wei)開(kai)始(shi)。這(zhe)些(xie)組(zu)件(jian)占(zhan)據(ju)了(le)電(dian)源(yuan)體(ti)積(ji)的(de)大(da)部(bu)分(fen),同(tong)時(shi)濾(lv)波(bo)器(qi)的(de)尺(chi)寸(cun)同(tong)工(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv)成(cheng)反(fan)比(bi)關(guan)係(xi)。另(ling)一(yi)方(fang)麵(mian),每(mei)一(yi)次(ci)開(kai)關(guan)轉(zhuan)換(huan)都(dou)會(hui)伴(ban)有(you)能(neng)量(liang)損(sun)耗(hao);工(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv)越(yue)高(gao),開(kai)關(guan)損(sun)耗(hao)就(jiu)越(yue)高(gao),同(tong)時(shi)效(xiao)率(lv)也(ye)就(jiu)越(yue)低(di)。其(qi)次(ci),較(jiao)高(gao)的(de)頻(pin)率(lv)運(yun)行(xing)通(tong)常(chang)意(yi)味(wei)著(zhe)可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)較(jiao)小(xiao)的(de)組(zu)件(jian)值(zhi)。因(yin)此(ci),更(geng)高(gao)頻(pin)率(lv)運(yun)行(xing)能(neng)夠(gou)帶(dai)來(lai)極(ji)大(da)的(de)成(cheng)本(ben)節(jie)約(yue)。
圖 1 顯示的是降壓電源頻率與體積的關係。頻率為 100 kHz 時,電感占據了電源體積的大部分(深藍色區域)。如(ru)果(guo)我(wo)們(men)假(jia)設(she)電(dian)感(gan)體(ti)積(ji)與(yu)其(qi)能(neng)量(liang)相(xiang)關(guan),那(na)麼(me)其(qi)體(ti)積(ji)縮(suo)小(xiao)將(jiang)與(yu)頻(pin)率(lv)成(cheng)正(zheng)比(bi)例(li)關(guan)係(xi)。由(you)於(yu)某(mou)種(zhong)頻(pin)率(lv)下(xia)電(dian)感(gan)的(de)磁(ci)芯(xin)損(sun)耗(hao)會(hui)極(ji)大(da)增(zeng)高(gao)並(bing)限(xian)製(zhi)尺(chi)寸(cun)的(de)進(jin)一(yi)步(bu)縮(suo)小(xiao),因(yin)此(ci)在(zai)此(ci)情(qing)況(kuang)下(xia)上(shang)述(shu)假(jia)設(she)就(jiu)不(bu)容(rong)樂(le)觀(guan)了(le)。如(ru)果(guo)該(gai)設(she)計(ji)使(shi)用(yong)陶(tao)瓷(ci)電(dian)容(rong),那(na)麼(me)輸(shu)出(chu)電(dian)容(rong)體(ti)積(ji)(褐色區域)便bian會hui隨sui頻pin率lv縮suo小xiao,即ji所suo需xu電dian容rong降jiang低di。另ling一yi方fang麵mian,之zhi所suo以yi通tong常chang會hui選xuan用yong輸shu入ru電dian容rong,是shi因yin為wei其qi具ju有you紋wen波bo電dian流liu額e定ding值zhi。該gai額e定ding值zhi不bu會hui隨sui頻pin率lv而er明ming顯xian變bian化hua,因yin此ci其qi體ti積ji(黃色區域)往wang往wang可ke以yi保bao持chi恒heng定ding。另ling外wai,電dian源yuan的de半ban導dao體ti部bu分fen不bu會hui隨sui頻pin率lv而er變bian化hua。這zhe樣yang,由you於yu低di頻pin開kai關guan,無wu源yuan器qi件jian會hui占zhan據ju電dian源yuan體ti積ji的de大da部bu分fen。當dang我wo們men轉zhuan到dao高gao工gong作zuo頻pin率lv時shi,半ban導dao體ti(即半導體體積,淡藍色區域)開始占據較大的空間比例。

圖1:電源組件體積主要由半導體占據
開關損耗與 MOSFET 開關的速度以及 MOSFET 具有多少輸入和輸出電容有關。這些都與器件尺寸的大小相關。大體積器件具有較慢的開關速度以及更多的電容。圖 2 顯示了兩種不同工作頻率 (F) 的關係。傳導損耗 (Pcon)與工作頻率無關,而開關損耗 (Psw F1 和 Psw F2) 與工作頻率成正比例關係。因此更高的工作頻率 (Psw F2) 會產生更高的開關損耗。當開關損耗和傳導損耗相等時,每種工作頻率的總損耗最低。另外,隨著工作頻率提高,總損耗將更高。
danshi,zaigenggaodegongzuopinlvxia,zuijialuopianmianjijiaoxiao,congerdailaichengbenjieyue。shijishang,zaidipinlvxia,tongguotiaozhengluopianmianjilaizuixiaohuasunhaohuidailaijigaochengbendesheji。danshi,zhuandaogenggaogongzuopinlvhou,womenjiukeyiyouhualuopianmianjilaijiangdisunhao,congersuoxiaodianyuandebandaotitiji。zheyangzuodequedianshi,ruguowomenbugaijinbandaotijishu,namedianyuanxiaolvjianghuijiangdi。

圖2:提高工作頻率會導致更高的總體損耗
如前所述,更高的工作頻率可縮小電感體積;suoxudeneicengxinbanhuijianshao。genggaopinlvhaikejiangdiduiyushuchudianrongdeyaoqiu。youletaocidianrong,womenjiukeyishiyonggengdidedianrongzhihuogengshaodedianrong。zheyouzhuyusuoxiaobandaotiluopianmianji,jinerjiangdichengben。
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