開關(guān)頻率的注意事項

開關(guān)模式電源的開關(guān)頻率可以是固定的、可調(diào)的或與外部時鐘同步的。開關(guān)頻率的值決定了物理尺寸，從而決定了電源電容和電感器的成本。有一種趨勢是更高的開關(guān)頻率，以便設(shè)計緊湊和低成本的電路。

開關(guān)穩(wěn)壓器IC中的內(nèi)置振蕩器通常在其數(shù)據(jù)手冊中指定用于非常寬的頻率范圍。例如，單芯片ADP2386降壓轉(zhuǎn)換器IC保證為設(shè)定開關(guān)頻率的±10%。其他常見的開關(guān)穩(wěn)壓器IC的額定值為±20%甚至更高。考慮到ADP2386開關(guān)頻率的分量變化±10%，將RT設(shè)置為600 kHz開關(guān)頻率的ADP2386可以在540 kHz和660 kHz極端情況下切換。

圖1.ADP2386降壓轉(zhuǎn)換器，其開關(guān)頻率由電阻RT設(shè)置。

在設(shè)計電路時，必須考慮總共20%的開關(guān)頻率變化，因為電感兩端的峰值電流因?qū)嶋H開關(guān)頻率而異。因此，電感電流紋波對輸出電壓紋波有直接影響。

圖2顯示了開關(guān)頻率對電感電流紋波的影響。600 kHz的標(biāo)稱開關(guān)頻率以藍(lán)色顯示。最小 （540 kHz） 開關(guān)頻率以紫色顯示，最大 （660 kHz） 以綠色顯示。在600 kHz的標(biāo)稱設(shè)置下，當(dāng)穩(wěn)壓器以540 kHz切換時，我們看到峰峰值電流紋波為1.27 A。但是，在600 kHz的相同頻率設(shè)置下，開關(guān)穩(wěn)壓器也可以以660 kHz的頻率切換，這對應(yīng)于1.05 A的電流紋波。在本例中，由于電路中不同元件的開關(guān)頻率變化，可能導(dǎo)致220 mA的線圈電流紋波差。這是在整個允許的溫度范圍內(nèi)。

圖2.線圈電流紋波峰間峰值受開關(guān)頻率變化的影響。

開關(guān)穩(wěn)壓器的電流限制設(shè)置必須與這種效果相協(xié)調(diào)。峰值電流必須足夠低，以確保在正常工作期間不會激活任何現(xiàn)有的過流保護。

請注意，本例中未考慮所有其他可能發(fā)生的變化，例如電感和電容值的變化。

對于輸出電壓紋波，電流紋波的相應(yīng)變化得出圖3所示值。該電路的設(shè)計使得在600 kHz開關(guān)頻率下產(chǎn)生4.41 mV的電壓紋波。開關(guān)頻率為540 kHz時，電壓紋波為5.45 mV;在660 kHz時，可以看到3.66 mV的電壓紋波。

圖3.開關(guān)模式穩(wěn)壓器IC中開關(guān)頻率變化引起的輸出電壓紋波變化。

在本例中，唯一考慮的元件變化是允許溫度范圍內(nèi)的開關(guān)頻率變化。實際上，還有許多其他變量，例如電感和電容器的實際值的變化。這些也受到工作溫度的影響。但是，也可以假設(shè)，在大多數(shù)情況下，開關(guān)頻率的實際變化不會達(dá)到±10%的極限值。通常，該行為將出現(xiàn)在指定范圍中間的典型值周圍。為了系統(tǒng)地考慮電源中的所有動態(tài)變量，蒙特卡羅分析提供了答案。在這里，不同組件和變量參數(shù)的變化根據(jù)其發(fā)生概率進行加權(quán)并相互關(guān)聯(lián)。

審核編輯：郭婷