電源模塊發(fā)展至今,，工程師們都著眼于如何將模塊做得更為小型化,，輕量化,，其實(shí)大家都明白可以通過(guò)提升開(kāi)關(guān)頻率來(lái)提高產(chǎn)品的功率密度,。但為什么迄今為止模塊的體積沒(méi)有變化太大,？是什么限制了開(kāi)關(guān)頻率的提升呢,？

　　開(kāi)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(kāi)關(guān)電源體積小,、重量輕的特點(diǎn),，因此，提高開(kāi)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(kāi)關(guān)電源頻率提升的因素是什么呢？其實(shí)主要包括三方面,，開(kāi)關(guān)管,、變壓器和EMI及PCB設(shè)計(jì)。

　　1,、開(kāi)關(guān)管與開(kāi)關(guān)頻率

　　開(kāi)關(guān)管作為開(kāi)關(guān)電源模塊的核心器件,，其開(kāi)關(guān)速度與開(kāi)關(guān)損耗直接影響了開(kāi)關(guān)頻率的極限，下文為大家大概分析一下

　　a,、開(kāi)關(guān)速度

　　MOS管的損耗由開(kāi)關(guān)損耗和驅(qū)動(dòng)損耗組成,，如圖1所示：開(kāi)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  MOS管開(kāi)關(guān)示意圖

　　以FAIRCHILD公司的MOS為例,，如圖2所示：FDD8880開(kāi)關(guān)時(shí)間特性表,。

　　圖2  FDD8880開(kāi)關(guān)時(shí)間特性表

　　對(duì)于這個(gè)MOS管，它的極限開(kāi)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(kāi)關(guān)占空比實(shí)現(xiàn)調(diào)壓，所以開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通與截止不可能瞬間完成,，即開(kāi)關(guān)的實(shí)際極限開(kāi)關(guān)頻率遠(yuǎn)小于5.9MHz,，所以開(kāi)關(guān)管本身的開(kāi)關(guān)速度限制了開(kāi)關(guān)頻率提高。

　　b,、開(kāi)關(guān)損耗

　　開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)對(duì)應(yīng)的波形圖如圖2(A),，開(kāi)關(guān)截止時(shí)對(duì)應(yīng)的波形圖如圖2(B)，可以看到開(kāi)關(guān)管每次導(dǎo)通,、截止時(shí)開(kāi)關(guān)管VDS電壓和流過(guò)開(kāi)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(kāi)關(guān)頻率fs工作狀態(tài)下總損耗PS=P1 *fs,，即開(kāi)關(guān)頻率提高時(shí)，開(kāi)關(guān)導(dǎo)通與截止的次數(shù)越多,，損耗也越大,，如下圖3所示。

　　圖3  開(kāi)關(guān)管損耗示意圖

　　2,、變壓器鐵損與開(kāi)關(guān)頻率

　　變壓器的鐵損主要由變壓器渦流損耗產(chǎn)生,，如圖4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4  變壓器渦流示意圖

　　如圖5所示,，變壓器鐵損是和開(kāi)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(kāi)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(kāi)關(guān)頻率提高。

　　圖5  變壓器鐵損與開(kāi)關(guān)頻率關(guān)系圖

　　3,、EMI及PCB設(shè)計(jì)與開(kāi)關(guān)頻率

　　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(kāi)關(guān)管的電壓應(yīng)力也是一個(gè)考驗(yàn),。

　　要提高開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品的功率密度,，首先考慮的是提高其開(kāi)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(kāi)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。

　　ZLG致遠(yuǎn)電子自主研發(fā),、生產(chǎn)的隔離電源模塊已有近20年的行業(yè)積累,，當(dāng)前采用全新方案，實(shí)現(xiàn)同類型產(chǎn)品,，體積最小,，例如E_UHBDD-10W模塊較上一代ZY_UHBD-10W體積縮減了一半，如下圖6所示,。

　　圖6  E_UHBDD-10WN與ZY_UHBD-10W規(guī)格對(duì)比

　　同時(shí)為保證電源產(chǎn)品性能建設(shè)了行業(yè)內(nèi)一流的測(cè)試實(shí)驗(yàn)室,，配備最先進(jìn)、齊全的測(cè)試設(shè)備,，全系列隔離DC-DC電源通過(guò)完整的EMC測(cè)試,，靜電抗擾度高達(dá)4KV、浪涌抗擾度高達(dá)2KV,，可應(yīng)用于絕大部分復(fù)雜惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng),，為用戶提供穩(wěn)定、可靠的電源隔離解決方案,。