关于开关频率要考虑什么

作者:Frederik Dostal

开关模式电源开关的频率是固定的，可调的，或同步到外部时钟。开关频率的值决定了物理尺寸，相应地，也决定了电源电容器和电感的成本。现在有一种趋向于更高的开关频率，以允许设计紧凑和低成本的电路。

开关稳压器ic中的内置振荡器通常在其数据表中指定非常宽的频率范围。例如，单片的ADP2386buck变换器IC有±10%的设定开关频率的保证。其他常见的开关稳压器芯片被指定为±20%或更多。ADP2386的RT开关频率为600khz，在极端情况下可以切换到540 kHz和660 kHz，给定ADP2386开关频率±10%的成分变化。

在设计电路时必须考虑到开关频率总共20%的可能变化，因为通过电感器的峰值电流会随着实际开关频率的不同而不同。因此，电感电流纹波对输出电压纹波有直接影响。

图2显示了开关频率对电感电流纹波的影响。标称开关频率为600khz，用蓝色表示。最小开关频率(540千赫)用紫色表示，最大开关频率(660千赫)用绿色表示。在标称设置为600 kHz时，当稳压器在540 kHz开关时，我们看到峰值电流纹波为1.27 a。然而，在相同的频率设置为600 kHz的情况下，开关调节器也可以在660 kHz进行开关，对应的电流纹波为1.05 a。在本例中，由于电路中元件之间的开关频率的变化，可以产生220ma的线圈电流纹波差。这超过了整个允许的温度范围。

开关稳压器的电流限制的设置必须与此效果相协调。峰值电流必须足够低，以确保任何现有过流保护在正常运行期间不被激活。

注意，所有其他可能发生的变化，如电感和电容值的变化，在本例中没有考虑在内。

对于输出电压纹波，相应的电流纹波变化产生如图3所示的值。该电路被设计为在开关fSynchronous降压DC-to-DC调节器频率为600khz时出现4.41 mV的电压纹波。对于540 kHz的开关频率，电压纹波为5.45 mV;在660 kHz，可以看到3.66 mV的电压纹波。

为了本例的目的，唯一考虑的成分变化是开关频率在允许的温度范围内。在实际应用中，还有许多其他变量，如电感和电容的实际值的变化。这些也受到操作温度的影响。但也可以假设，在大多数情况下，开关频率的实际变化不会达到±10%的极限值。通常情况下，行为会出现在指定范围中间的典型值附近。为了系统地考虑电源中的所有动态变量，蒙特卡罗分析提供了答案。在这里，不同成分和可变参数的变化是根据其发生的概率加权，并相互联系。蒙特卡罗分析可以用免费的方法进行LTspice®仿真软件从模拟设备。