开关频率设计讲解和扩展

今天我们就对开关频率设计进行讲解和扩展。

开关的规律性动作，是开关电源工作的根本机制，频率特性在电路各个环节的计算中，都起到了决定作用。例如Buck电路公式中，频率fs决定了电感电流纹波和输出电压纹波两个核心指标。可以看到频率fs与纹波幅值成近似反比关系，频率越高，纹波值越小。

电感电流纹波：

输出电压纹波：

从纹波计算公式和储能公式同时还可以看出：频率fs、电感L的乘积，以及频率fs和输出电容C的乘积，作为因子影响计算结果，所以在其他条件相同的情况下，提高频率可以降低对电感量和电容值，同时也会对器件体积进行优化，其实质是频率提高，单次需要储存的能量更少，这样就降低了对储能元件的要求；另外，频率越高，输出纹波越小，还可以提高电源质量。

电感和电容储能公式：

频率的提高会带来其他问题吗？

首先是增加了损耗，直接影响了开关电源的损耗、效率、发热三个核心指标，以降压型Buck电路举例，损耗主要包括三部分：导通损耗、开关损耗和驱动损耗；开关频率对开关损耗和驱动损耗这两种有直接的影响。

开关损耗，拿MOSFET管的开通过程举例，每次的MOSFET开通都会发生电压和电流变化，交叠部分面积就是产生的开关损耗，其损耗正比于开关频率；所以我们要想办法来降低这个损耗的面积，就是提高开关的开通和关断的边沿速度，提高Ids和Vds变化率，使交叠面积直接降低；开关损耗估算如下：

电路EMI的设计中，固定频率开关电源，由于频率点单一，所以能量集中在频点和倍频点附近，产生较高的EMI噪声；我们通过频率在一定范围内的抖动，来分散噪声信号的能量，达到降低噪声峰值的目的，来优化EMI。

随着EMI解决方案日益成熟，高频设计难度逐渐减小。除了抖频设计外，关于电源的轻载满载开关频率的设计也是很有讲究的，比如，固定频率模式和变频模式的差别，就会在电路动态特性和轻载效率、静态功耗上产生很大的差别，需要根据实际应用场景，在电源设计之初就确定下来。

以上是我们关于开关电源频率设计中，基础部分的讲解。

责任编辑：haq

原文标题：【短视频】MPS电源小课堂第十四话(上)：选择开关电源的频率有讲究

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