開關電源產品在市場的應用主導下，日趨要求小型、輕量、高效率、低輻射、低成本等特點滿足各種電子終端設備，為了滿足現在電子終端設備的便攜式，必須使開關電源體積小、重量輕的特點，因此，提高開關電源的工作頻率，成為設計者越來越關注的問題，然而製約開關電源頻率提升的因素是什麼呢？

 

 

 

a
、開關速度

 

MOS管的損耗由開關損耗和驅動損耗組成，如圖1所示：開通延遲時間td(on)
、上升時間tr
、關斷延遲時間td(off)、下降時間tf。

 

圖1

 

以FAIRCHILD公司的MOS為例，如表1所示：FDD8880開關時間特性表。

 

表1

 

對於這個MOS管，它的極限開關頻率為：fs= 1/(td(on)+ tr+ td(off)+ tf) Hz=1/(8ns+91ns+38ns+32ns) =5.9MHz，在實際設計中，由於控製開關占空比實現調壓，所以開關管的導通與截止不可能瞬間完成，即開關的實際極限開關頻率遠小於5.9MHz
，所以開關管本身的開關速度限製了開關頻率提高。

 

b
、開關損耗

 

開關導通時對應的波形圖如圖2(A)，開關截止時對應的波形圖如圖2(B)，可以看到開關管每次導通
、截止時開關管VDS電壓和流過開關管的電流ID存在交疊的時間(圖中黃色陰影位置)
，從而造成損耗P1，那麼在開關頻率fs工作狀態下總損耗PS= P1 *fs，即開關頻率提高時，開關導通與截止的次數越多，損耗也越大。

 

圖2

 

總結：開關速度、開關損耗是限製開關頻率的兩個因素。

 

 

變壓器的鐵損主要由變壓器渦流損耗產生
，如圖3所示，給線圈加載高頻電流時，在導體內和導體外產生了變化的磁場垂直於電流方向(圖中1→2→3和4→5→6)。根據電磁感應定律，變化的磁場會在導體內部產生感應電動勢，此電動勢在導體內整個長度方向(L麵和N麵)產生渦流(a→b→c→a和d→e→f→d)，則主電流和渦流在導體表麵加強，電流趨於表麵，那麼，導線的有效交流截麵積減少，導致導體交流電阻(渦流損耗係數)增大，損耗加大。

 

圖3

 

如圖4所示，變壓器鐵損是和開關頻率的kf次ci方fang成cheng正zheng比bi

，又you與yu磁ci性xing溫wen度du的de限xian製zhi有you關guan，所suo以yi隨sui著zhe開kai關guan頻pin率lv的de提ti高gao，高gao頻pin電dian流liu在zai線xian圈quan中zhong流liu通tong產chan生sheng嚴yan重zhong的de高gao頻pin效xiao應ying，從cong而er降jiang低di了le變bian壓ya器qi的de轉zhuan換huan效xiao率lv，導dao致zhi變bian壓ya器qi溫wen升sheng高gao
，從cong而er限xian製zhi開kai關guan頻pin率lv提ti高gao。

 

圖4

 

 

假(jia)設(she)上(shang)述(shu)的(de)功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)損(sun)耗(hao)解(jie)決(jue)了(le)
，真(zhen)正(zheng)做(zuo)到(dao)高(gao)頻(pin)還(hai)需(xu)要(yao)解(jie)決(jue)一(yi)係(xi)列(lie)工(gong)程(cheng)問(wen)題(ti)，因(yin)為(wei)在(zai)高(gao)頻(pin)下(xia)，電(dian)感(gan)已(yi)經(jing)不(bu)是(shi)我(wo)們(men)熟(shu)悉(xi)的(de)電(dian)感(gan)，電(dian)容(rong)也(ye)不(bu)是(shi)我(wo)們(men)已(yi)知(zhi)的(de)電(dian)容(rong)了(le)，所(suo)有(you)的(de)寄(ji)生(sheng)參(can)數(shu)都(dou)會(hui)產(chan)生(sheng)相(xiang)應(ying)的(de)寄(ji)生(sheng)效(xiao)應(ying)
，嚴(yan)重(zhong)影(ying)響(xiang)電(dian)源(yuan)的(de)性(xing)能(neng)
，如(ru)變(bian)壓(ya)器(qi)原(yuan)副(fu)邊(bian)的(de)寄(ji)生(sheng)電(dian)容(rong)、變壓器漏感，PCB布線間的寄生電感和寄生電容，會造成一係列電壓電流波形振蕩和EMI問題，同時對開關管的電壓應力也是一個考驗。

 

要提高開關電源產品的功率密度，首先考慮的是提高其開關頻率，能有效減小變壓器、濾波電感
、電容的體積，但麵臨的是由開關頻率引起的損耗
，而導致溫升散熱設計難，頻率的提高也會導致驅動
、EMI等一係列工程問題。