开关电源产品日趋要求小型、轻量、高功率、低辐射、低成本等特色,增大开关电源产品的功率密度,能够经过进步其作业频率来完结,但高频化产品会发生一系列工程问题,然后约束了开关频率的进步。
开关电源产品在商场的使用主导下,日趋要求小型、轻量、高功率、低辐射、低成本等特色满意各种电子终端设备,为了满意现在电子终端设备的便携式,有必要使开关电源体积小、重量轻的特色,因而,进步开关电源的作业频率,成为规划者越来越重视的问题,但是约束开关电源频率进步的要素是什么呢?
一、开关频率的进步,功率器材的损耗增大
1、开关管约束开关频率的要素有哪些?
a、开关速度
MOS管的损耗由开关损耗和驱动损耗组成,如图1所示:注册延迟时刻td(on)、上升时刻tr、关断延迟时刻td(off)、下降时刻tf。
图1
以FAIRCHILD公司的MOS为例,如表1所示:FDD8880开关时刻特性表。
表1
关于这个MOS管,它的极限开关频率为:fs= 1/(td(on)+ tr+ td(off)+ tf) Hz=1/(8ns+91ns+38ns+32ns) =5.9MHz,在实践规划中,由于操控开关占空比完结调压,所以开关管的导通与截止不可能瞬间完结,即开关的实践极限开关频率远小于5.9MHz,所以开关管自身的开关速度约束了开关频率进步。
b、开关损耗
开关导通时对应的波形图如图2(A),开关截止时对应的波形图如图2(B),能够看到开关管每次导通、截止时开关管VDS电压和流过开关管的电流ID存在交叠的时刻(图中黄色暗影方位),然后形成损耗P1,那么在开关频率fs作业状态下总损耗PS= P1 *fs,即开关频率进步时,开关导通与截止的次数越多,损耗也越大。
图2
总结:开关速度、开关损耗是约束开关频率的两个要素。
1、变压器的铁损约束了频率的进步
变压器的铁损主由变压器涡流损耗发生,如图3所示,给线圈加载高频电流时,在导体内和导体外发生了改变的磁场垂直于电流方向(图中1→2→3和4→5→6)。依据电磁感应规律,改变的磁场会在导体内部发生感应电动势,此电动势在导体内整个长度方向(L面和N面)发生涡流(a→b→c→a和d→e→f→d),则主电流和涡流在导体外表加强,电流趋于外表,那么,导线的有用沟通截面积削减,导致导体沟通电阻(涡流损耗系数)增大,损耗加大。
图3
如图4所示,变压器铁损是和开关频率的kf次方成正比,又与磁性温度的约束有关,所以跟着开关频率的进步,高频电流在线圈中流通发生严峻的高频效应,然后降低了变压器的转化功率,导致变压器温升高,然后约束开关频率进步。
图4
二、开关频率的进步,EMI规划、PCB布局难度增大
假定上述的功率器材损耗处理了,真实做到高频还需要处理一系列工程问题,由于在高频下,电感现已不是咱们了解的电感,电容也不是咱们已知的电容了,一切的寄生参数都会发生相应的寄生效应,严峻影响电源的功能,如变压器原副边的寄生电容、变压器漏感,PCB布线间的寄生电感和寄生电容,会形成一系列电压电流波形振动和EMI问题,一起对开关管的电压应力也是一个检测。
要进步开关电源产品的功率密度,首要考虑的是进步其开关频率,能有用减小变压器、滤波电感、%&&&&&%的体积,但面对的是由开关频率引起的损耗,而导致温升散热规划难,频率的进步也会导致驱动、EMI等一系列工程问题。