來源：CSDN技術社區(qū)；作者：云軒

一、開關電源調(diào)節(jié)頻率被限制的原因有哪些?

1、器件的限制

對于開關電源，在實際應用中，不是給個驅(qū)動就開，拿掉驅(qū)動就關掉，有接通延遲時間(tdon)，上升時間(tr)，關斷延遲時間(tdoff)和下降時間tf。相應的波形為：

2、開關損耗

當然，隨著器件的進步，開關管開關速度會變得越來越快，特別是在低電壓和低功率應用中。僅考慮設備本身的開關速度，開關頻率可能會很高，但實際并沒有，有開關損耗的限制。

可以看出，每當開關管導通時，開關管DS的電壓(Vds)與流過開關管(Id)的電流之間就會有重疊時間，從而導致導通損耗和導通，關掉也是這個樣子。假設由開關管中的每個開關產(chǎn)生的能量損耗(以Esw表示)是確定的，則開關管中的開關功率損耗為Psw = Esw * fs。顯然，開關頻率越高，開關損耗越大。開關頻率為5M時的開關損耗是500K開關損耗的10倍，這對于注重效率的開關電源顯然是不可接受的。因此，開關損耗是限制開關頻率的第二個因素。

3、磁性元件損耗

繞組的趨膚效應和臨近效應。在變壓器的高頻運行中，影響更為嚴重。使得繞組的渦流損耗增加。開關頻率越高，繞組匝數(shù)越少。相應繞組的交流阻抗會更高，但是繞組的長度會更短。問題似乎沒有那么大。諧振半橋應用通常選擇200KHZ的頻率。因此，磁性成分的體積和損耗在更好的范圍內(nèi)。

4、軟開關的困難

軟開關無疑是解決開關損耗的有效方法。關于軟交換的各種論文已經(jīng)提出了許多令人眼花繚亂的軟開關方案。軟開關似乎可以解決所有問題。但是，實際的工程應用不同于理論分析。實際的工程目標是低成本，高效率和高可靠性。在實際工程中，需要添加大量輔助電路或非常精確的控制的軟開關方法不是很好。由于它是樂觀的，因此業(yè)界最常用的軟開關拓撲仍然只需要移相全橋和一些諧振拓撲(例如LLC)。關于提到的反激，但是即使有類似的解決方案，需要考慮以上一些問題，以確定它們是否適用于實際工程。

5、高頻引起的一系列問題

假設已經(jīng)解決了上述問題，則必須解決一系列工程問題才能實現(xiàn)高頻。例如，在高頻下，電路的寄生參數(shù)通常會嚴重影響電源的性能，例如變壓器的一次側和二次側。寄生電容，變壓器漏感，PCB布線之間的寄生電感和寄生電容等)，如何通過在一系列電壓和電流波形中甚至是寄生參數(shù)引起振動和EMI問題來消除寄生參數(shù)的影響電路服務是所有要研究的問題。

6、EMI和干擾使PCB布局更加困難

EMI與開關頻率沒有線性關系。在某些開關頻率下，EMI濾波器的轉折頻率較高，但總體趨勢是，開關頻率越高，EMI體積越小。開關頻率越高，功率密度越高。在此階段真正阻礙功率密度提高的因素是散熱系統(tǒng)，電磁設計(包括EMI濾波器和變壓器)和功率集成技術。仔細選擇開關頻率，開關頻率對整個變速器的功率密度有很大影響，并且不同的設備和拓撲，最佳開關頻率也是隨之變化的。

二、開關電源中，為什么頻率越高，電感越小？

先給出結論

事實上，不僅僅是電感，在開關電源里，對于任何儲能元件都有這樣的結論。

我們不妨先回想一下電感在在開關電源中的作用，一般情況下電感通常有兩個用處。

一個是濾波

一個是儲能

那么當電源的工作頻率上升之后，對它們的影響分別是什么呢？

對于電感來說，當它做儲能原件使用

在穩(wěn)態(tài)條件下，作為儲能用的電感滿足伏秒平衡，開關管導通時間內(nèi)（電流上升段）的伏秒乘積須與開關管關斷時間內(nèi)（電流下降段）時的伏秒乘積在數(shù)值上相等。

伏秒平衡的原理比較繞口，我更習慣從能量上去理解：電源在開關管開通時間（ton）給電感充電的能量和電感在開關管關斷的時間（toff）釋放的能量相同。

也就是說在一定頻率下，一個開關周期內(nèi)，儲能電感需要做兩件事，

1、接受能量 Wton

2、釋放能量 Wtoff

然后，Wton = Wtoff

理解這一步后，我們再往下看

那么如果提高開關頻率會發(fā)生什么變化呢？

答案很顯然：頻率升高后，電感在一個開關周期所需要存儲釋放的能量也就減小，因此不需要太大的電感值。（電感值越大，能儲存能量的能力也就越大）。

通俗的說法，可以理解，你在家用盆在水龍頭下接水。

剛開始1分鐘開一次水龍頭，1分鐘關一次水龍頭，每次能接一盆水。

現(xiàn)在提高水龍頭的開關頻率了，改成1秒開關一次水龍頭，你還需要再用盆去接嗎？

直接用杯子不就行了。

拿杯子換盆，這是什么概念？這就是節(jié)約硬件資源啊，節(jié)省成本啊。

對于用作濾波的電感來說

從理論上面解釋其實挺容易的，直接套經(jīng)驗公式，紋波大小和頻率成反比，和電感成反比，因此，紋波要求不變，頻率增大，電感值相應可以減小。或者可以這樣理解，頻率增加，電流紋波個數(shù)增加，更加有利于濾波，因此電感值可以相應減小。

但是這個通俗的說法該怎么解釋，我還沒想好，先發(fā)上去，后續(xù)有什么好的想法再補充。

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