• 发布日期：2014-08-18
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导读:为您的电源选择最佳的工作频率是一个复杂的权衡过程，其中包括尺寸、效率以及本钱。通常来说，低频率设计往往是最为高效的但是其尺寸最大且利息也最高。

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为您的电源选择最佳的工作频率是一个复杂的权衡过程，其中包括尺寸、效率以及本钱。通常来说，低频率设计往往是最为高效的但是其尺寸最大且利息也最高。虽然调高频率可以缩小尺寸并降低成本，但会增加电路损耗。接下来，使用一款简单的降压电源来描述这些权衡过程。

以滤波器组件作为开始。这些组件占据了电源体积的大部分，同时滤波器的尺寸同工作频率成反比关系。另一方面，每一次开关转换都会伴有能量损耗；工作频率越高，开关损耗就越高，同时效率也就越低。其次，较高的频率运行通常意味着可以使用较小的组件值。因此，更高频率运行能够带来极大的利息节约。

图1.1显示的降压电源频率与体积的关系。频率为100kHz时，电感占据了电源体积的大部分(深蓝色区域)如果我假设电感体积与其能量相关，那么其体积缩小将与频率成正比例关系。由于某种频率下电感的磁芯损耗会极大增高并限制尺寸的进一步缩小，因此在此情况下上述假设就不容乐观了如果该设计使用陶瓷电容，那么输出电容体积(褐色区域)便会随频率缩小，即所需电容降低。另一方面，之所以通常会选用输入电容，因为其具有纹波电流额定值。该额定值不会随频率而明显变化，因此其体积(黄色区域)往往可以坚持恒定。另外，电源的半导体局部不会随频率而变化。这样，由于低频开关，无源器件会占据电源体积的大部分。当我转到高工作频率时，半导体(即半导体体积，淡蓝色区域)开始占据较大的空间比例。

图1.1开关电源组件体积主要由半导体占据

该曲线图显示半导体体积实质上并未随频率而变化，而这一关系可能过于简单化。与半导体相关的损耗主要有两类：传导损耗和开关损耗。同步降压转换器中的传导损耗与MOSFET裸片面积成反比关系。MOSFET面积越大，其电阻和传导损耗就越低。

开关损耗与MOSFET开关的速度以及MOSFET具有多少输入和输出电容有关。这些都与器件尺寸的大小相关。大体积器件具有较慢的开关速度以及更多的电容。图1.2显示了两种不同工作频率(F关系。传导损耗(Pcon与工作频率无关，而开关损耗(PswF1和PswF2与工作频率成正比例关系。因此更高的工作频率(PswF2会产生更高的开关损耗。当开关损耗和传导损耗相等时，每种工作频率的总损耗最低。另外，随着工作频率提高，总损耗将更高。

图1.2提高工作频率会导致更高的总体损耗

但是更高的工作频率下，最佳裸片面积较小，从而带来利息节约。实际上，低频率下，通过调整裸片面积来最小化损耗会带来极高成本的设计。但是转到更高工作频率后，就可以优化裸片面积来降低损耗，从而缩小电源的半导体体积。这样做的缺点是如果我不改进半导体技术，那么电源效率将会降低。

如前所述，更高的工作频率可缩小电感体积；所需的内层芯板会减少。更高频率还可降低对于输出电容的要求。有了陶瓷电容，就可以使用更低的电容值或更少的电容。这有助于缩小半导体裸片面积，进而降低本钱。