電源設計技巧十例:為電源選擇最佳工作頻率
發布時間:2013-07-26 責任編輯:eliane
【導讀】隨sui著zhe環huan保bao節jie能neng意yi識shi的de提ti升sheng,如ru何he設she計ji高gao性xing能neng且qie環huan保bao的de綠lv色se電dian源yuan成cheng為wei工gong程cheng師shi的de首shou要yao難nan題ti。為wei了le幫bang助zhu工gong程cheng師shi解jie決jue這zhe方fang麵mian的de難nan題ti,本ben站zhan搜sou集ji了le電dian源yuan開關設計技巧係列文章,對電源開關設計技巧做出了詳細的說明,希望能為工程師朋友們帶來幫助。
為電源選擇最佳的工作頻率是一個複雜的權衡過程,其中包括尺寸、xiaolvyijichengben。tongchanglaishuo,dipinlvshejiwangwangshizuiweigaoxiaode,danshiqichicunzuidaqiechengbenyezuigao。suirantiaogaopinlvkeyisuoxiaochicunbingjiangdichengben,danhuizengjiadianlusunhao。jiexialai,womenshiyongyikuanjiandandejiangyadianyuanlaimiaoshuzhexiequanhengguocheng。
我wo們men以yi濾lv波bo器qi組zu件jian作zuo為wei開kai始shi。這zhe些xie組zu件jian占zhan據ju了le電dian源yuan體ti積ji的de大da部bu分fen,同tong時shi濾lv波bo器qi的de尺chi寸cun同tong工gong作zuo頻pin率lv成cheng反fan比bi關guan係xi。另ling一yi方fang麵mian,每mei一yi次ci開kai關guan轉zhuan換huan都dou會hui伴ban有you能neng量liang損sun耗hao;gongzuopinlvyuegao,kaiguansunhaojiuyuegao,tongshixiaolvyejiuyuedi。qici,jiaogaodepinlvyunxingtongchangyiweizhekeyishiyongjiaoxiaodezujianzhi。yinci,genggaopinlvyunxingnenggoudailaijidadechengbenjieyue。
圖 1 顯示的是降壓電源頻率與體積的關係。頻率為 100 kHz 時,電感占據了電源體積的大部分(深藍色區域)。ruguowomenjiashediangantijiyuqinengliangxiangguan,nameqitijisuoxiaojiangyupinlvchengzhengbiliguanxi。youyumouzhongpinlvxiadiangandecixinsunhaohuijidazenggaobingxianzhichicundejinyibusuoxiao,yincizaiciqingkuangxiashangshujiashejiuburongleguanle。ruguogaishejishiyongtaocidianrong,nameshuchudianrongtiji(褐色區域)bianhuisuipinlvsuoxiao,jisuoxudianrongjiangdi。lingyifangmian,zhisuoyitongchanghuixuanyongshurudianrong,shiyinweiqijuyouwenbodianliuedingzhi。gaiedingzhibuhuisuipinlvermingxianbianhua,yinciqitiji(黃色區域)往(wang)往(wang)可(ke)以(yi)保(bao)持(chi)恒(heng)定(ding)。另(ling)外(wai),電(dian)源(yuan)的(de)半(ban)導(dao)體(ti)部(bu)分(fen)不(bu)會(hui)隨(sui)頻(pin)率(lv)而(er)變(bian)化(hua)。這(zhe)樣(yang),由(you)於(yu)低(di)頻(pin)開(kai)關(guan),無(wu)源(yuan)器(qi)件(jian)會(hui)占(zhan)據(ju)電(dian)源(yuan)體(ti)積(ji)的(de)大(da)部(bu)分(fen)。當(dang)我(wo)們(men)轉(zhuan)到(dao)高(gao)工(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv)時(shi),半(ban)導(dao)體(ti)(即半導體體積,淡藍色區域)開始占據較大的空間比例。

圖1:電源組件體積主要由半導體占據
開關損耗與 MOSFET 開關的速度以及 MOSFET 具有多少輸入和輸出電容有關。這些都與器件尺寸的大小相關。大體積器件具有較慢的開關速度以及更多的電容。圖 2 顯示了兩種不同工作頻率 (F) 的關係。傳導損耗 (Pcon)與工作頻率無關,而開關損耗 (Psw F1 和 Psw F2) 與工作頻率成正比例關係。因此更高的工作頻率 (Psw F2) 會產生更高的開關損耗。當開關損耗和傳導損耗相等時,每種工作頻率的總損耗最低。另外,隨著工作頻率提高,總損耗將更高。
但(dan)是(shi),在(zai)更(geng)高(gao)的(de)工(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv)下(xia),最(zui)佳(jia)裸(luo)片(pian)麵(mian)積(ji)較(jiao)小(xiao),從(cong)而(er)帶(dai)來(lai)成(cheng)本(ben)節(jie)約(yue)。實(shi)際(ji)上(shang),在(zai)低(di)頻(pin)率(lv)下(xia),通(tong)過(guo)調(tiao)整(zheng)裸(luo)片(pian)麵(mian)積(ji)來(lai)最(zui)小(xiao)化(hua)損(sun)耗(hao)會(hui)帶(dai)來(lai)極(ji)高(gao)成(cheng)本(ben)的(de)設(she)計(ji)。但(dan)是(shi),轉(zhuan)到(dao)更(geng)高(gao)工(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv)後(hou),我(wo)們(men)就(jiu)可(ke)以(yi)優(you)化(hua)裸(luo)片(pian)麵(mian)積(ji)來(lai)降(jiang)低(di)損(sun)耗(hao),從(cong)而(er)縮(suo)小(xiao)電(dian)源(yuan)的(de)半(ban)導(dao)體(ti)體(ti)積(ji)。這(zhe)樣(yang)做(zuo)的(de)缺(que)點(dian)是(shi),如(ru)果(guo)我(wo)們(men)不(bu)改(gai)進(jin)半(ban)導(dao)體(ti)技(ji)術(shu),那(na)麼(me)電(dian)源(yuan)效(xiao)率(lv)將(jiang)會(hui)降(jiang)低(di)。

圖2:提高工作頻率會導致更高的總體損耗
如前所述,更高的工作頻率可縮小電感體積;所(suo)需(xu)的(de)內(nei)層(ceng)芯(xin)板(ban)會(hui)減(jian)少(shao)。更(geng)高(gao)頻(pin)率(lv)還(hai)可(ke)降(jiang)低(di)對(dui)於(yu)輸(shu)出(chu)電(dian)容(rong)的(de)要(yao)求(qiu)。有(you)了(le)陶(tao)瓷(ci)電(dian)容(rong),我(wo)們(men)就(jiu)可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)更(geng)低(di)的(de)電(dian)容(rong)值(zhi)或(huo)更(geng)少(shao)的(de)電(dian)容(rong)。這(zhe)有(you)助(zhu)於(yu)縮(suo)小(xiao)半(ban)導(dao)體(ti)裸(luo)片(pian)麵(mian)積(ji),進(jin)而(er)降(jiang)低(di)成(cheng)本(ben)。
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