開關頻率的注意事項

開關模式電源的開關頻率可以是固定的、可調的或與外部時鐘同步的。開關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頻率，以便設計緊湊和低成本的電路。

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

圖1.ADP2386降壓轉換器，其開關頻率由電阻RT設置。

在設計電路時，必須考慮總共20%的開關頻率變化，因為電感兩端的峰值電流因實際開關頻率而異。因此，電感電流紋波對輸出電壓紋波有直接影響。

圖2顯示了開關頻率對電感電流紋波的影響。600 kHz的標稱開關頻率以藍色顯示。最小 （540 kHz） 開關頻率以紫色顯示，最大 （660 kHz） 以綠色顯示。在600 kHz的標稱設置下，當穩(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的相同頻率設置下，開關穩(wěn)壓器也可以以660 kHz的頻率切換，這對應于1.05 A的電流紋波。在本例中，由于電路中不同元件的開關頻率變化，可能導致220 mA的線圈電流紋波差。這是在整個允許的溫度范圍內。

圖2.線圈電流紋波峰間峰值受開關頻率變化的影響。

開關穩(wěn)壓器的電流限制設置必須與這種效果相協(xié)調。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，電流紋波的相應變化得出圖3所示值。該電路的設計使得在600 kHz開關頻率下產生4.41 mV的電壓紋波。開關頻率為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.開關模式穩(wěn)壓器IC中開關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的開關頻率變化。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，在大多數情況下，開關頻率的實際變化不會達到±10%的極限值。通常，該行為將出現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的變化根據其發(fā)生概率進行加權并相互關聯。

審核編輯：郭婷