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开关电源调节频率被限制的原因有哪些?

2020-11-10 16:06 行业新闻 已读

  1、器件的限制

  对于开关管,在实际应用中,不是给个驱动就开,拿掉驱动就关掉,有接通延迟时间(tdon),上升时间(tr),关断延迟时间(tdoff)和下降时间tf。相应的波形为:

开关电源调节频率被限制的原因有哪些?

  2、开关损耗

  当然,随着器件的进步,开关管开关速度会变得越来越快,特别是在低电压和低功率应用中。仅考虑设备本身的开关速度,开关频率可能会很高,但实际并没有,有开关损耗的限制。

开关电源调节频率被限制的原因有哪些?

  可以看出,每当开关管导通时,开关管DS的电压(Vds)与流过开关管(Id)的电流之间就会有重叠时间,从而导致导通损耗和导通,关掉也是这个样子。假设由开关管中的每个开关产生的能量损耗(以Esw表示)是确定的,则开关管中的开关功率损耗为Psw = Esw * fs。显然,开关频率越高,开关损耗越大。开关频率为5M时的开关损耗是500K开关损耗的10倍,这对于注重效率的开关电源显然是不可接受的。因此,开关损耗是限制开关频率的第二个因素。

  3、磁性元件损耗

  绕组的趋肤效应和临近效应。在变压器的高频运行中,影响更为严重。使得绕组的涡流损耗增加。开关频率越高,绕组匝数越少。相应绕组的交流阻抗会更高,但是绕组的长度会更短。问题似乎没有那么大。谐振半桥应用通常选择200KHZ的频率。因此,磁性成分的体积和损耗在更好的范围内。

  4、软开关的困难

  软开关无疑是解决开关损耗的有效方法。关于软交换的各种论文已经提出了许多令人眼花缭乱的软开关方案。软开关似乎可以解决所有问题。但是,实际的工程应用不同于理论分析。实际的工程目标是低成本,高效率和高可靠性。在实际工程中,需要添加大量辅助电路或非常精确的控制的软开关方法不是很好。由于它是乐观的,因此业界最常用的软开关拓扑仍然只需要移相全桥和一些谐振拓扑(例如LLC)。关于提到的反激,但是即使有类似的解决方案,需要考虑以上一些问题,以确定它们是否适用于实际工程。

  5、高频引起的一系列问题

  假设已经解决了上述问题,则必须解决一系列工程问题才能实现高频。例如,在高频下,电路的寄生参数通常会严重影响电源的性能,例如变压器的一次侧和二次侧。寄生电容,变压器漏感,PCB布线之间的寄生电感和寄生电容等),如何通过在一系列电压和电流波形中甚至是寄生参数引起振动和EMI问题来消除寄生参数的影响电路服务是所有要研究的问题。

  6、EMI和干扰使PCB布局更加困难

  EMI与开关频率没有线性关系。在某些开关频率下,EMI滤波器的转折频率较高,但总体趋势是,开关频率越高,EMI体积越小。开关频率越高,功率密度越高。在此阶段真正阻碍功率密度提高的因素是散热系统,电磁设计(包括EMI滤波器和变压器)和功率集成技术。仔细选择开关频率,开关频率对整个变速器的功率密度有很大影响,并且不同的设备和拓扑,最佳开关频率也是随之变化的。

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