关于开关频率的考虑事项

开关模式电源以固定、可调或与外部时钟同步的频率进行开关。 开关频率的值决定了物理尺寸，从而决定了电源电容器和电感器的成本。 有更高开关频率的趋势，以允许设计紧凑和低成本的电路。 开关稳压器 IC 中的内置振荡器通常在其数据表中指定用于非常宽的频率范围。 例如，单片 ADP2386 降压转换器 IC 具有设定开关频率 ±10% 的保证。 其他常见的开关稳压器 IC 的规格为 ±20% 或更高。 考虑到 ADP2386 开关频率的 ±600% 组件变化，将 RT 设置为 540 kHz 开关频率的 ADP660 可以在极端情况下以 10 kHz 和 2386 kHz 开关。 图 1. ADP2386 降压转换器，其开关频率由电阻器 RT 设置。 在设计电路时必须考虑到这种可能的总共 20% 的开关频率变化，因为电感器上的峰值电流因实际开关频率而异。 因此，电感电流纹波对输出电压纹波有直接影响。 图 2 显示了开关频率对电感电流纹波的影响。 600 kHz 的标称开关频率以蓝色显示。 最小 (540 kHz) 开关频率以紫色显示，最大 (660 kHz) 以绿色显示。 在 600 kHz 的标称设置下，当稳压器以 1.27 kHz 切换时，我们看到 540 A 的峰峰值电流纹波。 但是，在 600 kHz 的相同频率设置下，开关稳压器也可以在 660 kHz 下切换，这对应于 1.05 A 的电流纹波。在此示例中，由于电路中元件之间的开关频率。 这是在整个允许温度范围内。 图 2. 受开关频率变化影响的线圈电流纹波峰峰值。 开关稳压器的电流限制设置必须与这种影响相协调。 峰值电流必须足够低，以确保在正常操作期间不会激活任何现有的过流保护。 请注意，本示例中未考虑所有其他可能发生的变化，例如电感器和电容器值的变化。 对于输出电压纹波，电流纹波的相应变化产生如图 3 所示的值。电路设计为在 4.41 kHz 的开关频率下产生 600 mV 的电压纹波。 对于 540 kHz 的开关频率，电压纹波为 5.45 mV； 在 660 kHz 时，可以看到 3.66 mV 的电压纹波。 图 3. 由于开关模式稳压器 IC 中的开关频率变化而导致的输出电压纹波变化。 就本示例而言，唯一考虑的组件变化是允许温度范围内的开关频率。 实际上，还有许多其他变量，例如电感器和电容器实际值的变化。 这些也受工作温度的影响。 然而，也可以假设，在大多数情况下，开关频率的实际变化不会达到±10% 的极限值。 通常，行为会出现在指定范围中间的典型值附近。 为了系统地考虑电源中的所有动态变量，蒙特卡罗分析提供了答案。 在这里，不同成分和可变参数的变化根据其发生概率加权并相互关联。 Monte Carlo 分析可以使用 ADI 公司免费提供的 LTspice® 仿真软件进行。 有关如何在 LTspice 仿真中改变参数的更多信息，请参阅 Gabino Alonso 和 Joseph Spencer 撰写的文章“使用最少仿真运行的最坏情况电路分析”。

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