開關(guān)電源產(chǎn)品日趨要求小型、輕量、高效率,、低輻射,、低成本等特點(diǎn)，增大開關(guān)電源產(chǎn)品的功率密度,，可以通過(guò)提高其工作頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)，但高頻化產(chǎn)品會(huì)產(chǎn)生一系列工程問(wèn)題，從而限制了開關(guān)頻率的提升,。

　　開關(guān)電源產(chǎn)品在市場(chǎng)的應(yīng)用主導(dǎo)下，日趨要求小型,、輕量,、高效率、低輻射,、低成本等特點(diǎn)滿足各種電子終端設(shè)備,，為了滿足現(xiàn)在電子終端設(shè)備的便攜式，必須使開關(guān)電源體積小,、重量輕的特點(diǎn),，因此，提高開關(guān)電源的工作頻率,，成為設(shè)計(jì)者越來(lái)越關(guān)注的問(wèn)題,，然而制約開關(guān)電源頻率提升的因素是什么呢？

　　一,、開關(guān)頻率的提高,，功率器件的損耗增大

　　1、開關(guān)管限制開關(guān)頻率的因素有哪些？

　　a,、開關(guān)速度

　　MOS管的損耗由開關(guān)損耗和驅(qū)動(dòng)損耗組成,，如圖1所示：開通延遲時(shí)間td(on)、上升時(shí)間tr,、關(guān)斷延遲時(shí)間td(off),、下降時(shí)間tf。

　　圖1

　　以FAIRCHILD公司的MOS為例,，如表1所示：FDD8880開關(guān)時(shí)間特性表,。

　　表1

　　對(duì)于這個(gè)MOS管，它的極限開關(guān)頻率為：fs= 1/(td(on)+ tr+ td(off)+ tf) Hz=1/(8ns+91ns+38ns+32ns) =5.9MHz,，在實(shí)際設(shè)計(jì)中,，由于控制開關(guān)占空比實(shí)現(xiàn)調(diào)壓，所以開關(guān)管的導(dǎo)通與截止不可能瞬間完成,，即開關(guān)的實(shí)際極限開關(guān)頻率遠(yuǎn)小于5.9MHz,，所以開關(guān)管本身的開關(guān)速度限制了開關(guān)頻率提高。

　　b,、開關(guān)損耗

　　開關(guān)導(dǎo)通時(shí)對(duì)應(yīng)的波形圖如圖2(A),，開關(guān)截止時(shí)對(duì)應(yīng)的波形圖如圖2(B)，可以看到開關(guān)管每次導(dǎo)通,、截止時(shí)開關(guān)管VDS電壓和流過(guò)開關(guān)管的電流ID存在交疊的時(shí)間(圖中黃色陰影位置),，從而造成損耗P1，那么在開關(guān)頻率fs工作狀態(tài)下總損耗PS= P1 *fs,，即開關(guān)頻率提高時(shí),，開關(guān)導(dǎo)通與截止的次數(shù)越多，損耗也越大,。

　　圖2

　　總結(jié)：開關(guān)速度,、開關(guān)損耗是限制開關(guān)頻率的兩個(gè)因素。

　　1,、變壓器的鐵損限制了頻率的提高

　　變壓器的鐵損主要由變壓器渦流損耗產(chǎn)生,，如圖3所示，給線圈加載高頻電流時(shí),，在導(dǎo)體內(nèi)和導(dǎo)體外產(chǎn)生了變化的磁場(chǎng)垂直于電流方向(圖中1→2→3和4→5→6),。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，變化的磁場(chǎng)會(huì)在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),，此電動(dòng)勢(shì)在導(dǎo)體內(nèi)整個(gè)長(zhǎng)度方向(L面和N面)產(chǎn)生渦流(a→b→c→a和d→e→f→d),，則主電流和渦流在導(dǎo)體表面加強(qiáng)，電流趨于表面,，那么,，導(dǎo)線的有效交流截面積減少，導(dǎo)致導(dǎo)體交流電阻(渦流損耗系數(shù))增大,，損耗加大,。

　　圖3

　　如圖4所示，變壓器鐵損是和開關(guān)頻率的kf次方成正比,，又與磁性溫度的限制有關(guān),，所以隨著開關(guān)頻率的提高，高頻電流在線圈中流通產(chǎn)生嚴(yán)重的高頻效應(yīng),，從而降低了變壓器的轉(zhuǎn)換效率,，導(dǎo)致變壓器溫升高，從而限制開關(guān)頻率提高,。

　　圖4

　　二,、開關(guān)頻率的提高，EMI設(shè)計(jì),、PCB布局難度增大

　　假設(shè)上述的功率器件損耗解決了,，真正做到高頻還需要解決一系列工程問(wèn)題，因?yàn)樵诟哳l下,，電感已經(jīng)不是我們熟悉的電感,，電容也不是我們已知的電容了，所有的寄生參數(shù)都會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的寄生效應(yīng),，嚴(yán)重影響電源的性能,，如變壓器原副邊的寄生電容、變壓器漏感,，PCB布線間的寄生電感和寄生電容,，會(huì)造成一系列電壓電流波形振蕩和EMI問(wèn)題，同時(shí)對(duì)開關(guān)管的電壓應(yīng)力也是一個(gè)考驗(yàn),。

　　要提高開關(guān)電源產(chǎn)品的功率密度,，首先考慮的是提高其開關(guān)頻率，能有效減小變壓器,、濾波電感,、電容的體積，但面臨的是由開關(guān)頻率引起的損耗,，而導(dǎo)致溫升散熱設(shè)計(jì)難,，頻率的提高也會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)、EMI等一系列工程問(wèn)題,。